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좋은 UV 램프를 사용해야 하는 이유

UV 경화기를 사용하는 많은 사람들은 UV 램프는 모두 똑 같은 것으로 알고 있다.
UV 램프를 켜면 UV가 나오고, 열도 당연히 나오는 것으로 알고, 모든 UV 램프는 품질이 같은 줄 안다. 그러나 모든 제품이 그러하듯 UV 램프도 램프 메이커에 따라 품질이 천차 만별이다. UV 램프의 품질은 UV 램프의 설계 방법, 제조 공정에 따라 품질이 달라진다.

유감스럽게도 UV 경화기를 사용하는 대부분의 기술자들이 좋은 UV 램프를 사용해야 하는 이유를 모르고 있다. UV 경화기에서 좋은 UV 램프를 사용해야 하는 것은 첫단추를 잘 끼는 만큼 중요하다. UV 경화기는 사용하는 동안 계속 열이 발생하고 있고, 이 열은 제품의 품질에 결정적인 영향을 미치므로 좋은 UV 램프를 사용해야 하는 것은 첫단추를 잘 끼는 만큼 중요하다.

1. 좋은 UV 램프를 사용해야 하는 이유
좋은 UV 램프를 사용해야 하는 이유는 다음과 같다.

1.1. UV 램프에서 발생하는 열은 uv수지나 잉크의 경화 후의 물성에 결정적인 영향을 미친다.
UV 수지는 경화된 후에 요구되는 여러가지 물성이 있다. 이러한 요구 물성들이 uv 수지가 경화하는 동안 받는 열에 따라 경화후 수지의 물성이 달라진다. 받는 열량에 따라 경화된 후 바뀌어 질수 있는 수지의 물성은 다음과 같다.

경화 중에 받는 열에 따라 달라질 수 있는 UV 수지의 경화 후의 물성
No
항목
1
표면 경도
2
광택
3
접착력
3
경화후 표면의 중합도와 내부 중합도

경화후 나타나는 수지의 접착력, 경도 등이 일정 값의 범위를 넘어가면 소위 “불량”으로 나타난다.
예를 들면 수지는 경화 후에 수지의 표면이 갈라지는 경우가 많다. uv 경화하는 동안 받는 열에 따라 경화된 수지 층에 크랙(crack) 이 발생하거나 접착력이 나빠지는 경우이다. 경화 후의 크랙과 접착력 불량은 기본적으로는 수지 조성, 경화후 경도, 연성, 접착면의 표면 에너지, 재질 고유의 팽창계수 등 여러가지 요인이 있지만, uv 경화하는 동안 받는 열의 세기와 누적량에 따라 경도, 광택, 크랙, 접착력 불량 등이 달라지는 경우가 많다.

(UV 수지가 경화하는 동안 열을 받는 정도에 따라 수지의 경화 후의 물성이 변하는 것은 금속을 열처리하는 것과 비슷하다. 같은 조성의 철이라도 열처리 온도, 시간, 식히는 스케줄에 따라 열처리 후의 금속의 강도, 경도, 연성, 인성, 내 마모성, 내 충격성 등이 전혀 다른 금속 재료가 되는 것과 마찬가지이다. 금속의 열처리 뿐만 아니라, 쇠고기 등심을 굽는데도 적당한 세기의 불에 일정한 시간 동안 구워야 등심을 잘 구울 수 있는데, 너무 뜨거운 불로 구우면 타거나 갈라지는 것처럼 UV 수지도 경화하는 동안 받는 열의 강도와 총 열량에 따라 경화후 수지의 물성이 전혀 다르게 변한다, 쇠고기 등심만 그런게 아니라 크라상을 구울 때도 적당한 온도로 일정시간만 구워야지 온도가 너무 높거나 오랫동안 구우면 크라상이 타거나 너무 바삭바삭해서 잘 부서진다).

경화 후에 표면에 크랙이 생기는 원인은 수지 성분, 조성, 그 수지의 경화후 경도, 연성, 접착면의 팽창계수 등의 여러가지가 그 원인이지만, UV 경화하는 동안 받는 열의 세기와 열 누적량에 따라 정상적으로는 크랙이 안생기는 수지인데도 UV 경화 중에 받는 열의 세기와 량에 따라 크랙이 생기는 경우가 많다.
UV 경화하는 동안 받는 열의 세기와 열량에 따라 경도, 광택, 크랙, 접착력 불량 등이 달라지는 과정과 정도는 수지 종류와 수지의 화학조성에 따라 다르다. UV수지의 종류가 워낙 많으므로 각 수지 계열별로 그 메커니즘이 명확히 밝혀 지지 않았지만 대략적인 경도, 크랙, 접착력 불량 과정은 다음과 같다.

UV 경화형 수지는 여러가지 계열의 모노머, 다이머, 올리고머와 일부 광개시제 등 첨가제로 이루어져 있다. 탄소 수소 결합이 주를 이루고 있고, 종류에 따라 카복실기, 수산기, 방향족기, 환형 체인과 여러가지 첨가제로 이루어져 있다. UV 경화 중에 과다한 열을 받으면 표면에 크랙이 생기는 이유와 발생과정에 대해서는 2가지의 원인이 있다.

1가지는 수지가 경화되면서 받는 열을 많이 받아 휘발성이 강한 저분자량의 올리고머가 중합하기 전에 많이 증발하여 상대적으로 개시제, pigment, filller의 농도는 높은 상태로 중합한 결과물과, 내면층에는 원래 설계된 농도의 올리고머, 개시제, pigment, filller가 존재한 상태에서 광중합한 수지의 물성은 경도, 연성, 신성 등의 물성이 달라진다.
표면층에서는 평균 분자량이 높거나 체인이 더 긴 수지가 형성되어 코팅 내면에 비해 경도가 높거나 프렉스빌리티가 낮은 수지로 되어 표면 크랙이 발생되는 것으로 보여진다.

다른 하나는 UV 수지 중에 들어 있는 개시제, Inhibitor, pigment, filllere등이 열을 많이 받으면 광중합시 seed 역할을 하여 경도, 신성 등이 내부 수지의 그것과 다른 고분자가 생기는 현상인데 그 차이가 일정값을 넘어가면 표면 크랙으로 나타난다는 것이다.

수지 베이스와 관능기의 종류가 많고, 개시제 등의 첨가제 종류가 많아서 각 수지 조성에 따라 경화하는 동안 받는 열과 크랙 발생이나 접착력에 대해 연구된 자료가 부족하지만, UV 수지 경화시 수지 받는 열을 달리해 보면 “표면 크랙” 발생이 증가 혹은 감소되는 것을 쉽게 알 수 있다.

UV 경화하는 동안 열을 받는 강도와 총 열량에 따라 경화 후의 접착력이 나빠지는 문제도 결정적으로 영향을 미친다. 접착력이 나빠지는 것은 대부분 수지 자체의 표면 에너지와 소재 자체의 표면 에너지에 대한 문제이지만, 경화하는 동안 받는 열의 강도와 세기에 따라 수지의 연성, 표면에너지, 신성이 달라지므로 접착력이 나빠지는 경우가 자주 발생한다. 이러한 접착력 불량은 UV 램프와 UV 경화기에서 열을 10-20% 제거해 주면 접착력이 좋아지는 것을 알 수 있다.

1.2. 열에 취약한 필름등의 제품은 열변형 된다.
얇은 PET필름, 프라스틱 부품, 전자 칩등 열에 취약한 제품에 코팅하거나 uv 막을 만드는 경우 담당자들의 가장 큰 고민은 제품의 열 변형이나, 열로 인하여 칩이 데미지가 발생하는 것이다. 좋은 램프는 열이 적게 나고 열이 적게 발생하는 UV 램프를 사용한다면 현재 제품이 받는 온도 보다 10-20%를 낮추면 불량을 획기적으로 줄일 수 있다.

1.3. 불필요한 열 때문에 돈을 계속 버리고 있다.
UV 경화기에 전기가 소모되는 부분은 UV 램프, 배기용 블로어, 급기용 블로어, 수냉 장치, 콘베어 모터 등이다.
램프에서 열이 10% 적게 발생하고, uv가 20% 더 발생하는 좋은 uv램프를 사용한다면 우선 램프수를 20% 줄일 수 있고, 냉각하기 위한 배기용 블로어, 급기용 블로어, 수냉 장치에 들어가는 전력을 줄일 수 있다.
급기용 블로어, 배기용 블로어는 1-2 마력에 불과하므로 소비 전력 절감 부분이 작지만, 공기 냉각 방법으로 낵각이 제대로 되지 않아 수냉 장치를 사용한다면 전력비는 10마력 정도이다. 수냉 장치 가동에 10마력의 전력을 사용하는 것도 문제이지만, 고압 전기가 들어가는 기계에 누전 사고의 원인이 될수 있는 수냉 장치를 사용한다는 것은 전력비 절감을 떠나 안전을 위해서도 바람직 하지 않다.

품질이 좋은 uv램프를 사용한다면 전체 전력의 20%를 더 절감할 수 있고, 필요 불가결하지 않은 경우의 수냉 장치를 사용하지 않아도 된다.

2. 좋은 UV 램프를 사용함으로써 얻는 이익
좋은 UV 램프는 uv 효율은 좋고 열은 최소로 발생하는 램프이다.
좋은 UV 램프를 사용함으로써 UV 경화기 사용자가 얻는 이익은 다음과 같다.

2.1. 열에 취약한 제품의 열 변형을 막을 수 있다.
UV 경화기를 이용하여 생산하는 제품은 PET필름, 프라스틱 부품, 전자 칩등 열에 취약한 제품이 많다. 제품에 따라 열 변형 온도가 다르지만, 열발생을 줄임으로써 제품의 열 변형을 막을 수 있다. 특히 광학용 PET필름 코팅, 전자 칩을 본딩하는 경우 담당자들의 가장 큰 고민은 제품의 열 변형이다. 좋은 램프는 열이 적게 나고 열이 적게 발생하는 UV 램프를 사용한다면 현재 제품이 받는 온도보다 10%를 낮출 수 있다.

2.2. 라인 스톱을 막을 수 있다.
UV램프가 갑자기 켜지지 않아서 생산 라인이 정지되거나 속도를 줄이는 겨우가 있다.
심지어 지금 라인이 스톱되었으니 성남시 까지 초긴급으로 가져 달라거나 오토바이 퀵을 요구하는 경우가 있다. 물론 예비품을 비치하지 않은 경우이지만 라인 관리자로서는 있을 수도 없는 일이다.
UV 램프 품질이 좋은 램프를 사용한다면 기준 수명 시간 내에 UV램프가 갑자기 꺼지는 일은 거의 없다.

2.3. 전기 요금을 아낄 수 있다.
UV 경화기 사용한다면 이미 총 전력비의 70-80%는 버리고 있는 셈이다.
UV 램프에서는 열이 70-80% 발생하고 있고, 이 열을 돈을 들여서 버려야 하기 때문이다.

UV 경화기에 전기가 가장 많이 들어가는 부분은 램프 가동 전력이다.
좋은 램프를 사용한다면 UV 램프에서 열이 10% 적게 발생하고, uv가 20% 더 발생한다. 좋은 램프를 사용한다면 전기 요금을 20% 줄일 수 있고, 냉각하기 위한 배기용 블로어, 급기용 블로어에 들어가는 전력을 줄일 수 있다.

램프를 생산하는 품질에 따라 UV 효율이13-20%로 60% 이상 차이가 나고 이에 따라 열 발생이 10% 이상 차이가 나므로 UV 효율이 높은 램프를 사용하는 것은 매우 중요하다. 일반인은 uv램프에 대해 잘 모르는 경우가 많으므로 램프 전반에 대해 기본 기술이 강한 회사나 수출을 많이 하는 회사의 램프를 선택하는 것도 좋은 방법이다.