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僅需傳統(tǒng)五分之一的能耗，就能實(shí)現(xiàn)高一半的光纖生產(chǎn)速度——由復(fù)旦大學(xué)電光源研究所副所長(zhǎng)、信息科學(xué)與工程學(xué)院教授張善端及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的光纖拉絲塔用高效紫外LED光固化系統(tǒng)完成了技術(shù)上的創(chuàng)新突破。這一紫外LED光固化系統(tǒng)即將亮相第18屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)。絕大部分的光固化油墨經(jīng)該系統(tǒng)的照射，短短幾秒就能固化。如此高功率密度、低能耗的創(chuàng)新技術(shù)將使光纖行業(yè)的生產(chǎn)制造實(shí)現(xiàn)飛躍發(fā)展。

超越傳統(tǒng) 以五分之一的能耗實(shí)現(xiàn)高出一倍的輻射照度

紫外LED光固化系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在耗能低。較之于傳統(tǒng)的微波中壓汞燈動(dòng)輒6000多瓦的高耗能，由紫外LED組成的線光源僅需消耗1200瓦，節(jié)省了80%的能耗。

而微波中壓汞燈是過(guò)去通常用于光纖拉絲塔的固化裝置。在制造光纖的過(guò)程中，當(dāng)光纖被拉成細(xì)絲后，需要在其表面涂覆一層保護(hù)性質(zhì)的油墨材料并進(jìn)行固化。所謂固化，通俗來(lái)說(shuō)就是使涂料由液態(tài)變成固態(tài)。印刷、汽車、電子、家具等行業(yè)的生產(chǎn)，都少不了這一環(huán)節(jié)。紫外光固化是最常見的快速固化工藝，對(duì)紫外光波段敏感的涂料經(jīng)相應(yīng)光源照射后就能夠?qū)崿F(xiàn)固化。

然而微波中壓汞燈這一傳統(tǒng)光源存在著諸多弊端，不僅耗能很高，其發(fā)生微波的磁控管在工作時(shí)會(huì)散發(fā)大量的熱。同時(shí)，其所能達(dá)到的輻射效率也很低，根據(jù)光譜顯示，中壓汞燈發(fā)出的光線中對(duì)固化有用的紫外光僅有10%左右，可見光20%，發(fā)熱量達(dá)到70%。顯然，微波中壓汞燈的固化效率難以滿足光纖行業(yè)日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，也與時(shí)下倡導(dǎo)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的理念相悖。

針對(duì)傳統(tǒng)工藝中的各類問(wèn)題，張善端團(tuán)隊(duì)采用紫外LED光源研發(fā)出更為高效的紫外光固化系統(tǒng)，除了降低能耗的特點(diǎn)外，傳統(tǒng)設(shè)備只有6000小時(shí)的壽命，而這套系統(tǒng)則將使用壽命延長(zhǎng)到了30000小時(shí)。經(jīng)過(guò)一年多的持續(xù)運(yùn)行，幾乎沒有光衰，光電參數(shù)依然保持出廠狀態(tài)。此外，同樣根據(jù)光譜顯示，紫外LED在針對(duì)光纖油墨固化的365至385納米波段上，能量非常集中，相比于中壓汞燈，對(duì)固化更為有利。張善端表示：“新型的紫外LED光固化系統(tǒng)僅需傳統(tǒng)五分之一的能耗，就能實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)高出一倍的輻射照度，拉絲速度提高一半，且工作得更加長(zhǎng)久�！�

領(lǐng)先國(guó)際 LED功率密度全球第一

據(jù)介紹，這套紫外LED光固化系統(tǒng)不僅僅能完全取代傳統(tǒng)的微波中壓汞燈，與現(xiàn)有的同類LED產(chǎn)品相比，在多方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破與創(chuàng)新。

該系統(tǒng)由光纖固化爐、驅(qū)動(dòng)電源和冷卻系統(tǒng)三個(gè)部分組合而成，光纖固化爐是技術(shù)的核心所在，而這其中的LED光源又是整套系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部分。三年前的工博會(huì)上，張善端團(tuán)隊(duì)研制的紫外LED光固化系統(tǒng)初次亮相，當(dāng)時(shí)的紫外LED光源能實(shí)現(xiàn)200瓦每平方厘米的功率密度，已經(jīng)達(dá)到了全球領(lǐng)先的水準(zhǔn)。然而那只是一次初步嘗試，經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的持續(xù)探索，他們不斷將LED技術(shù)推向新的高峰，今年的工博會(huì)上，這套針對(duì)光纖拉絲塔的紫外LED光固化系統(tǒng)已經(jīng)將最高封裝功率密度提升至700瓦每平方厘米，穩(wěn)固了全球第一的技術(shù)地位。對(duì)此，張善端感到十分自豪：“我們掌握了光纖拉絲塔核心技術(shù)之一的光纖固化爐技術(shù)，這是我們中國(guó)的解決方案�！�

另一方面，行業(yè)常見的紫外LED芯片最高只能經(jīng)受1安培每平方毫米的電流密度，而由張善端特別設(shè)計(jì)定制的LED芯片則能將這個(gè)承受上限提高到4.5安培每平方毫米，這主要得益于其創(chuàng)新的封裝技術(shù)。通常情況下，電流不斷提高時(shí)，發(fā)出的熱量占比更高，導(dǎo)致輻射效率下降的同時(shí)還會(huì)使得器件快速老化。而張善端團(tuán)隊(duì)的封裝方法能夠有效散熱，將光源的芯片控制在合理的溫度范圍內(nèi)，改善輻射效率，保持安全高效的工作狀態(tài)，進(jìn)一步提高了紫外LED光源的功率密度。

除了功率密度極高的紫外LED光源，另一大技術(shù)創(chuàng)新亮點(diǎn)則是高效的紫外光折射和反射系統(tǒng)。這套光學(xué)系統(tǒng)包含了精心設(shè)計(jì)的透鏡和反射器，能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的紫外光匯聚到圓柱軸心，增強(qiáng)軸心的輻射照度，降低光學(xué)損耗，從而提高拉絲固化的速度。

助力生產(chǎn) 未來(lái)有望推動(dòng)更多行業(yè)變革

目前，該系統(tǒng)已經(jīng)申報(bào)6項(xiàng)發(fā)明專利，卓越的技術(shù)性能也產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

在該系統(tǒng)的助力之下，保持同等的系統(tǒng)輸入功率，光纖拉絲塔的拉絲速度能夠增加近50%，達(dá)到每分鐘3000米的驚人速度。如今，只需兩個(gè)拉絲塔就可以獲得原本三個(gè)拉絲塔的產(chǎn)量，既節(jié)省了投資，又增加了產(chǎn)量，同時(shí)還可以降低能耗。

數(shù)據(jù)顯示，幾家國(guó)際光纖巨頭企業(yè)在小規(guī)模使用該系統(tǒng)后，近三年共新增產(chǎn)值18.4億元，新增利潤(rùn)達(dá)3億元，并且節(jié)電402萬(wàn)千瓦時(shí)，節(jié)電效益折算443萬(wàn)元，減排二氧化碳0.4萬(wàn)噸。因此，這套光纖拉絲塔用紫外LED光固化系統(tǒng)對(duì)于光纖行業(yè)的生產(chǎn)制造是一項(xiàng)重大突破，將有力推動(dòng)光固化設(shè)備的革新。張善端有把握在三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)企業(yè)光纖固化爐技術(shù)的升級(jí)換代。

而將來(lái)，該技術(shù)還有望應(yīng)用于更多與光固化相關(guān)的領(lǐng)域，例如印刷、木地板、家居、地坪等行業(yè)。依仗卓越的芯片封裝功率密度，該LED光源能夠廣泛適用于各種類型的光固化應(yīng)用。張善端表示：“對(duì)絕大部分不同顏色或成分的光固化油墨，用這個(gè)紫外LED光源幾秒就能實(shí)現(xiàn)固化。在國(guó)際上我們是走在前面的。”而對(duì)于油漆、木器、印刷等類型的光固化，該技術(shù)還能夠?qū)⒐?jié)能幅度推升至90%。

雖然“光固化”對(duì)大部分人而言有些陌生，但每個(gè)人的日常生活都與油墨、涂料、油漆等息息相關(guān)。在張善端看來(lái)，紫外LED光固化系統(tǒng)在光纖行業(yè)的應(yīng)用只是它形成的第一次行業(yè)突破，憑借其高質(zhì)高效、節(jié)能環(huán)保、安全長(zhǎng)久的優(yōu)勢(shì)，這套技術(shù)以后將無(wú)所不在�！拔覀兿矚g難題，難題意味著有門檻，不可能被快速?gòu)?fù)制。我們現(xiàn)在要做到推出一代、研發(fā)一代、預(yù)研一代�！睆埳贫诉@樣描述研發(fā)團(tuán)隊(duì)的理念。