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复旦大学研制光纤拉丝塔用紫外LED光固化系统

复旦大学研制光纤拉丝塔用紫外LED光固化系统。这一高功率密度、低能耗的创新技术将使光纤行业的生产制造实现飞跃发展。 紫外LED光固化系统最突出的优势是耗能低。较之于传统的微波中压汞灯动辄6000多瓦的高耗能,由紫外LED组成的线光源仅需消耗1200瓦,节省了80%能耗。

微波中压汞灯是过去通常用于光纤拉丝塔的固化装置。在制造光纤过程中,当光纤被拉成细丝后,需要在其表面涂覆一层保护性质的油墨材料并进行固化,通俗地说就是使涂料由液态变成固态。印刷、汽车、电子、家具等行业的生产,都少不了这一环节。紫外光固化是最常见的快速固化工艺,对紫外光波段敏感的涂料经相应光源照射后就能够实现固化。

然而微波中压汞灯这一传统光源存在着诸多弊端,不仅耗能很高,发生微波的磁控管在工作时会散发大量的热,辐射效率也很低。据光谱显示,中压汞灯发出的光线中对固化有用的紫外光仅有10%左右,可见光20%,发热量达到70%。其固化效率难以满足光纤行业日益增长的生产需求,也与时下倡导经济环保的理念相悖。

张善端团队为此采用紫外LED光源研发出更为高效的紫外光固化系统,除降低能耗外,传统设备只有6000小时的寿命,这套系统则将使用寿命延长到了30000小时。经过一年多持续运行,几乎没有光衰,光电参数依然保持出厂状态。根据光谱显示,紫外LED在针对光纤油墨固化的365至385纳米波段上,能量非常集中,相比于中压汞灯,对固化更为有利。张善端表示:“新型的紫外LED光固化系统仅需传统五分之一的能耗,就能实现比传统高出一倍的辐射照度,拉丝速度提高一半,且工作得更加长久。”

据介绍,这套紫外LED光固化系统不仅能完全取代传统的微波中压汞灯,与现有的同类产品相比,在多方面实现了技术上的突破与创新。

该系统由光纤固化炉、驱动电源和冷却系统三个部分组合而成,光纤固化炉是技术的核心所在,而这其中的LED光源又是整套系统最为关键的部分。三年前的工博会上,张善端团队研制的紫外LED光固化系统初次亮相,当时的紫外LED光源能实现200瓦每平方厘米的功率密度,已经达到了全球领先的水准。今年这套针对光纤拉丝塔的紫外LED光固化系统已经将最高封装功率密度提升至700瓦每平方厘米,稳固了全球第一的技术地位。

行业常见的紫外LED芯片最高只能经受1安培每平方毫米的电流密度,由张善端特别设计定制的LED芯片则能将这个承受上限提高到4.5安培每平方毫米,这主要得益于其创新的封装技术。

另一大技术创新亮点则是高效的紫外光折射和反射系统。这套光学系统包含了精心设计的透镜和反射器,能够将光源发出的紫外光汇聚到圆柱轴心,增强轴心的辐射照度,降低光学损耗,从而提高拉丝固化的速度。

目前,该系统已经申报6项发明专利,卓越的技术性能也产生了显著的经济和社会效益。

在该系统的助力之下,保持同等的系统输入功率,光纤拉丝塔的拉丝速度能够增加近50%,达到每分钟3000米的惊人速度。如今,只需两个拉丝塔就可以获得原本三个拉丝塔的产量,既节省了投资,又增加了产量,同时还可以降低能耗。

数据显示,几家国际光纤巨头企业在小规模使用该系统后,近三年共新增产值18.4亿元,新增利润达3亿元,并且节电402万千瓦时,节电效益折算443万元,减排二氧化碳0.4万吨。因此,这套光纤拉丝塔用紫外LED光固化系统对于光纤行业的生产制造是一项重大突破,将有力推动光固化设备的革新。张善端有把握在三年内实现国内企业光纤固化炉技术的升级换代。而将来,该技术还有望应用于更多与光固化相关的领域,例如印刷、木地板、家居、地坪等行业。对于油漆、木器、印刷等类型的光固化,该技术还能够将节能幅度推升至90%。 

Source:转自《电缆网》   Editor:普通管理员
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