选择紫外固化胶粘剂、涂料与灌封胶

紫外固化胶粘剂、涂料与灌封胶将较短的工艺时间与可主动控制的固化过程结合在一起。然而，哪种材料类别合适，并不仅取决于可用的紫外波长。基材透过率、涂层厚度、颜料含量、填料含量、氧气接触以及遮光区域，共同决定了自由基型、阳离子型或双重固化体系是否适用。下方的选型指南按应用场景、工艺限制及所需的后固化条件，对各材料类别进行了分类。

固化反应本身在基础知识页面紫外固化与光聚合的工作原理中有详细说明；如何在接头处设计粘接或灌封工艺，请参见紫外粘接与灌封工艺设计。

在紫外固化过程中，辐射激活光引发剂，从而启动材料的交联反应。关于反应路径、辐照度和剂量的详细说明，请参见专题页面：紫外固化中的反应路径、辐照度和剂量。

在材料选择方面，这里最重要的是化学性质、光学特性以及整个反应区域的可及性。

在选择材料时，有两个层面的区别很重要：粘结剂体系的化学性质——自由基型与阳离子型之间的区别，以及针对几何形状复杂的部件在单固化体系和双固化体系之间的选择。

关于辐射源，这里只需说明一点：汞蒸气灯发出宽带辐射，紫外LED则在离散峰值（365、385、395和405 nm）处发出窄带辐射。对材料选择而言，重要的只是所用光引发剂的吸收带是否真正被覆盖到。各类光源本身的比较请参见技术页面用于UVA、UVB和UVC的紫外LED。

该矩阵为每种典型需求指定应首先研究的材料体系，以及该体系失效的极限。

所选光源是否真正在工件处提供所需的辐照，只有通过测量才能证明：哪种传感器能可靠测量哪种物理量，请参见紫外传感器的选型；为什么在同一光源下两台仪器会显示不同的读数，请参见光谱失配。

在材料选择过程中，有几种假设反复出现，可能导致固化不完全或客户投诉。关于灯功率、剂量和倒易律的常见误区，请参见基础知识页面：剂量的极限与倒易律：

• 「氧阻聚影响整个体积」：本体中溶解的氧在辐照下会很快被消耗；真正的问题在于表面持续重新扩散而来的氧层，它会在低辐照度下尤其导致表面发粘、未固化。
• 「为365 nm配方设计的丙烯酸酯可用任何365 nm LED固化至无粘性」：为了获得无粘性表面，多种常见的丙烯酸酯胶粘体系需要220～260 nm范围内的额外辐射来克服氧阻聚——而仅在365 nm发光的LED系统无法满足这一要求，这一点在选择配方时必须予以考虑。
• 「灯与粘接线之间无需直射光路」：在被紫外不透明部件（金属、陶瓷、填充塑料）遮挡的区域，纯紫外材料会保持液态，即便其旁边被直接照射的区域已完全固化。

光源老化会加剧这一问题：辐照度和光谱会随运行时间发生变化，因此已发布的工艺窗口需要定期重新测量——请参见紫外灯与紫外LED的老化。

含填料或颜料的配方与透明体系的表现存在根本差异。炭黑、二氧化钛等不透明颜料会吸收部分光引发剂所需的紫外辐射，使其无法到达更深层；玻璃微珠、二氧化硅等无机填料还会散射光线，使强度随深度呈指数级下降。

其结果是形成一种固化梯度：表面附近的材料完全固化，而芯部仍保持液态。朗伯-比尔定律通过穿透深度D_p（即强度降至其初始值1/e时的深度）以及引发聚合反应所需的最小临界能量E_c，对此现象进行了定量描述。

对于含颜料体系，改用更长波长（385或405 nm而非365 nm）是值得考虑的方案，因为许多颜料对这些波长的散射和吸收较弱。单纯提高剂量只能在一定程度上有所帮助：它可能导致近表面区域过度交联并发黄，却无法改善芯部的固化效果。涂层厚度还会影响固化过程中产生的收缩应力：典型数值为线性收缩1～2%、体积收缩2～5%，在较厚涂层中这种收缩以三维方式作用，若固化速度快于应力松弛速度，可能对相邻部件施加机械应力。

对于存在倒扣结构或采用紫外不透光材料（金属、陶瓷、含填料塑料）等几何形状复杂的零件，双重固化体系已成为成熟方案。此类体系将紫外一次固化与二次机制相结合：紫外加湿气固化用于无需额外热输入的阴影区域，紫外加热后固化用于高负荷粘接部位，紫外加厌氧固化用于惰性基材。

阳离子型环氧体系则从化学原理本身提供了另一种方案：曝光结束后，其鎓盐光引发剂会持续进行酸催化的暗反应，因此无需第二种固化机制即可到达阴影区域——代价是初始强度低于丙烯酸酯体系，且对湿度更为敏感。对于光源与粘接线之间完全没有直射路径的应用，研究领域也在实验性地探索非光学激发方式，例如无需直射路径的X射线；不过该方法目前仍处于研究阶段，尚未广泛应用于工业生产。

• 波长从365 nm向385、395和405 nm偏移：紫外LED在较长波长下可实现更高的电光转换效率，但这需要针对波长重新配制光引发剂体系，因为为汞灯开发的传统引发剂在405 nm下可能效率下降。
• 双固化配方日益增多：新产品线将紫外固化与湿气固化相结合，以便在无需额外加热的情况下固化阴影区域；由此带来的技术后果是在生产计划中需要增加一个时间上独立的后固化工序。
• 不带关键分类的光引发剂：针对TPO的REACH分类，业界正在开发细胞毒性更低的替代型脂肪族多官能引发剂，这意味着每当原材料发生变化时，都必须重新评估现有配方的固化性能和吸收特性。
• 电子和光学领域的小型化：更小的零件几何形状和更紧凑的空腔结构增加了对双固化系统和精确剂量控制的需求，因为泛光固化已达到其几何极限。

如何在零件处捕获所需的辐照度和紫外剂量，详见紫外测量仪器与辐射计的产品概览。

选型首先要解决的问题是：在粘接层中，实际到达胶粘剂的波长是多少——这取决于基材透过率、被遮挡区域以及灯源与光引发剂之间的光谱匹配度——并据此判断单固化型丙烯酸酯是否足够，或者未曝光区域是否需要双重固化型或阳离子型体系。只有在明确了应用场景、技术问题、测量参数与工艺参数以及合适的技术之后，具体的产品选型才有意义。

现有光源实际输出的光谱如何，唯有在工件上进行测量才能得知；常见灯型的实测光谱可供参考，详见紫外灯光谱数据库。

以下选择是基于公开可查的制造商技术数据表汇编而成，并附有参考来源。本汇编不声称完整无缺；有关波长和化学基材的数据均摘自相应的技术数据表，在进行工艺设计之前，应始终以最新数据表为准进行核实。每个产品名称均链接至所评估的制造商文档——技术数据表、产品数据表或产品页面。Opsytec不销售粘接剂、涂层或灌封材料；本概览仅供技术参考之用。

选择标准：光引发剂的化学基础和吸收范围必须与现有光源匹配；随后，粘接间隙、基材透光率以及所需的初始强度将决定选择自由基丙烯酸酯、阳离子环氧树脂还是双重固化体系。局限性：在阴影区域以及紫外线不透明连接件的背面，纯紫外丙烯酸酯会保持液态——此处需要辅助固化机制。典型应用：用于电子、光学、医疗技术和电池组装中的定位与连接，这些场合要求秒级的循环时间和局部受限的热输入。

选择标准：决定选择的因素是涂层厚度、所需的表面硬度以及表面是否需要固化至不粘手——这决定了是接受氧阻聚、采用惰性气氛，还是使用专为此设计的配方。局限性：颜料型和高不透明涂层在深度方向固化不完全；单纯提高剂量会导致表面附近过度交联和泛黄。典型应用：印刷电路板的三防涂层、卷材生产线上的家具和零部件涂层，以及印刷品表面处理。

选择标准：灌封高度、填料含量以及辐射是否能到达整个灌封体积是决定性因素；对于光电子部件，还需考虑折射率和抗黄变性。局限性：随着灌封高度和填料含量的增加，会出现带有液态芯部的固化梯度——超过几毫米时，应优先选用具有暗反应的双重固化或阳离子体系。典型应用：传感器、连接器和光电子组件的封装，耐潮湿灌封。

波长、辐照度和剂量之间是什么关系？
波长决定光引发剂是否会被激发，辐照度决定自由基或酸生成的速率，而剂量则是该辐照度对时间的积分。较高的辐照度并不能弥补波长不匹配的问题，仅凭剂量数值也无法还原整个工艺过程。关于这一点——包括互易律的局限性——在基础知识页面紫外固化工艺参数中有详细推导。

自由基型与阳离子型紫外固化有何区别？
自由基型丙烯酸酯体系可在数秒内固化，但表面对氧敏感，且呈现1～2%的线性收缩。阳离子型环氧体系对氧不敏感，在照射结束后仍会在暗处继续后固化，收缩率也更低，但对湿度较为敏感，且初始强度形成较慢。

何时需要双重固化体系？
一旦反应区域的一部分与辐射源之间没有直接的照射路径——例如倒角、空腔、位于金属、陶瓷或填充塑料背后的粘接区域——就需要双重固化体系。第二种固化机制（湿气、热或厌氧型）会随后使这些区域固化，但需要在工艺方案中额外安排一道后固化工序。阳离子型环氧树脂凭借其暗反应，部分情况下无需第二种机制即可固化被遮挡的区域。

为什么紫外胶粘剂在被遮挡区域常常仍保持液态？
自由基型固化体系需要与光源之间存在直接的照射路径，因为光引发剂的激活依赖于光子实际到达。位于紫外不透明部件、金属背后或倒角处的区域接收不到足够的辐照，除非另外提供第二种固化机制（如湿气或热后固化），否则不会固化。

氧气在紫外固化中起什么作用？
氧气会将自由基猝灭为无反应活性的过氧自由基，因此其影响主要体现为表面效应，因为体相中溶解的氧气在辐照下会很快被消耗，而在与空气的界面处持续扩散进入的氧气则会延迟表干固化。阳离子型体系不受此影响，但对湿气敏感。

颜料和涂层厚度如何影响固化？
炭黑或二氧化钛等颜料会在辐射到达更深层之前吸收和散射部分辐射；随着涂层厚度增加，这会形成固化梯度，即表面已固化而芯部仍为液态。改用更长的波长（385或405 nm而非365 nm）会有所帮助，而单纯提高剂量则无济于事——这只会导致表面附近过度交联和泛黄，而对芯部固化并无实质改善。

紫外胶粘剂需要多大的辐照度？
这没有统一答案——决定因素是胶粘剂的技术数据表以及其光引发剂的吸收范围。在相应波长范围内，典型数值介于几十至几百mW/cm²之间，并需配合一个最低剂量要求。

紫外灌封胶适用哪些标准？
对于反应型树脂化合物和灌封体系，适用IEC 60455系列标准，特别是IEC 60455-2:2023，其中规定了固化度和力学性能等测试方法。在医疗技术领域，还需依据灌封部件的具体应用场景，另行适用用于生物学评价的ISO 10993标准以及来自汽车和航空航天行业的特定领域认证标准。

• ISO 10993-1:2018/2025 – 医疗器械生物学评价，第1部分；修订版EN ISO 10993-1:2026自2026年1月15日起施行。
• IEC 60455-2:2023 – 反应性树脂化合物（灌封料）试验方法，2023年第4版。
• ASTM D1002 / D3163-01(2023) – 金属及刚性塑料粘接接头的搭接剪切强度。
• UV-Curable Adhesives Market – Mordor Intelligence，数据截至2026年；市场规模及细分市场份额。
• UV-Curable Coatings Market Report – Grand View Research，2025年；紫外涂料全球市场数据。
• RoHS exemption 4(f)-IV – 关于2027年到期的说明，UV+EB Technology，2026年；汞灯的监管现状。

有关紫外应用相关法规的概述，请参见紫外领域的指南、规范与标准。

以下科学出版物是本报告中关于反应动力学、互易律及测量方法所作陈述的主要依据。有关制造商完整数据表和标准文件，请参阅上述引用来源。

• Wydra JW, Cramer NB, Stansbury JW, Bowman CN: The reciprocity law concerning light dose-relationships applied to BisGMA/TEGDMA photopolymers. Dental Materials 30(6):605–612, 2014.
• Palagummi SV, Hong T, Wang Z, Moon CK, Chiang MYM: Resin Viscosity Determines the Condition for a Valid Exposure Reciprocity Law in Dental Composites. Dental Materials, 2019/2020.
• Sangermano M, Roppolo I, Chiappone A: New Horizons in Cationic Photopolymerization. Polymers 10(2):136, 2018.
• Eibel A, Fast DE, Gescheidt G: Choosing the ideal photoinitiator for free radical photopolymerizations. Polymer Chemistry 9:5107–5115, 2018.
• Lang M, Hirner S, Wiesbrock F, Fuchs P: A Review on Modeling Cure Kinetics and Mechanisms of Photopolymerization. Polymers 14(10):2074, 2022.
• Bennett J: Measuring UV Curing Parameters of Commercial Photopolymers used in Additive Manufacturing. Additive Manufacturing 18:203–212, 2017.
• Stadler E, Eibel A, Fast D, Freißmuth H, Holly C, Wiech M, Moszner N, Gescheidt G: A versatile method for the determination of photochemical quantum yields via online UV-Vis spectroscopy. Photochemical & Photobiological Sciences 17:660–669, 2018.
• Noè C, Hakkarainen M, Sangermano M: Cationic UV-Curing of Epoxidized Biobased Resins. Polymers 13(1):89, 2021.
• Bauer F et al.: Free-Radical Photopolymerization. Polymers, 2022.

编辑状态：2026年9月2日。

放行的工艺窗口在实际使用的光源下是否仍然符合要求，只有通过在工件处的测量才能确定。我们会测量贵司固化工艺的光谱、辐照度和剂量，并就合适的测量技术提供建议——从可穿行于设备中的扁平型UVpad光谱辐射计，到用于工艺监测的RMD Pro辐射计和XT系列紫外固化传感器，再到用于实验室中可重复固化试验的紫外辐照箱。欢迎您向我们咨询。