Acroedge Curea UV树脂固化程度测试仪：用荧光强度表征树脂固化程度

在光通信器件、智能手机和显示面板的制造中，UV固化树脂经常用于精密粘接、保护涂层以及薄膜复合。无论是研发试验还是量产调试，工程人员都需要了解树脂固化到了什么程度，以及光照、温度等工艺条件会怎样影响材料状态。

目前较常用的手段包括抽样检测和FT-IR分析。抽样检测需要取样，部分情况下还会损耗样品；FT-IR则通常依赖实验室仪器，后续的数据整理分析也需要一定时间。对于连续生产或固化过程研究而言，通过一种能够连续观察变化趋势的测量方式，会更便于及时判断工艺状态。

Acroedge Curea采用荧光法检测UV树脂的固化变化，测量时设备以非接触方式采集荧光信号，并据此观察树脂状态的变化。其典型响应时间约为0.1秒，不过实际表现仍会受到样品、光路、测量条件和设备配置的影响。^[3]

一、测量原理：从荧光曲线观察固化变化

测量时，Curea使用365nm附近的紫外光照射样品，同时接收样品发出的荧光信号。对于含有光聚合引发剂的UV固化树脂，聚合反应会改变材料的局部粘度、分子运动状态以及荧光猝灭程度，荧光强度也会随之发生变化。因而，在配方和测量条件保持一致的情况下，可以通过荧光曲线来比较固化过程中的相对变化。

从实际使用角度看，这种测量方式主要有以下几个特点：

· 非接触采集：只要材料透光性和光路条件合适，传感器可以隔着玻璃或薄膜获取信号。

· 采样速度较快：典型响应时间约为0.1秒，适合连续记录固化过程。

· 可跟踪照射过程：在光路和工艺条件匹配时，能够记录UV照射期间的荧光变化。

Acroedge提供的曲线对比显示，在相同材料体系和试验条件下，Curea荧光曲线与FT-IR反应收率曲线的时间变化趋势较为接近。由此可以看出，荧光数据适合用来监测固化进程的变化趋势，但不宜在缺少标定的情况下直接等同于绝对固化度。

二、案例与数据解读

2.1 精密定位粘接：利用荧光数据建立固化模型

在光通信器件的精密定位粘接研究中，研究人员使用Acroedge Curea连续记录阳离子聚合UV固化胶的转化趋势。整个过程被分为UV照射初始反应、暗反应和热固化反应三个阶段，并采用n阶动力学模型进行拟合。在此基础上，研究团队又把转化率与固化收缩、热膨胀系数及粘弹性参数联系起来，用于比较不同固化条件下材料性能的变化。^[1]

图1  UV照射时间对粘合剂固化程度的影响

图2  UV照射后加热条件对粘合剂固化程度的影响

2.2 光学组件位移：从固化模型到FEM仿真

后续研究把基于Acroedge Curea测量得到的荧光数据建立的转化率模型引入有限元分析（FEM），用来研究玻璃光学组件在UV照射和后续暗反应阶段的位移。仿真得到的位移趋势与相干扫描干涉测量结果基本一致，说明“荧光测量—转化率建模—FEM仿真—位移分析"这一分析思路具有一定参考价值。

从该组实验结果来看，光学组件的位移主要出现在UV照射结束后的暗反应阶段。由于照射强度在空间上并不全部均匀，组件不仅会沿胶层厚度方向（Z向）移动，也可能在胶层平面内发生位移。文献记录显示，在约4500s时，X向位移约为0.4μm，Y向位移约为2.4μm。^[2]

图3  (a) UV照射期间的转化；(b) UV照射后的暗反应转化

三、如何理解荧光变化与内部应力

从下图可以看出，UV固化开始后，荧光信号先明显上升，随后短暂回落，之后又逐步升高。这一变化可能与聚合反应加快、体系粘度上升，以及内部应力的积累和松弛等有关。具体到某一种树脂材料时，还需要通过相关实验加以验证。Curea测量的只是荧光强度信号，并不能给出内部应力的数值。曲线中的下降段可以用来观察状态变化，不能替代应力测试、力学分析或有限元验证。

四、总结与使用建议

Curea树脂固化程度测试仪通过连续检测UV树脂固化过程中的荧光强度变化，为监测树脂材料的固化进程、暗反应以及状态提供了一种快速的测量手段。实际应用时更适合把荧光强度值作为相对指标或趋势指标，并尽量在相同配方、光路和工艺条件下进行比较。若需要对固化度、转化率或内部应力作定量判断，还应结合FT-IR、DSC、流变测试和位移测量等方法进行标定或交叉验证。

参考文献

[1] Takahashi A., Sekiguchi Y., Sato C. Volume change and viscoelastic properties of UV-curable adhesives for precise positioning during curing process and their formulation. The Journal of Adhesion, 2022, 98(13):2029-2044. DOI:10.1080/00218464.2021.1950538

[2] Takahashi A., Sekiguchi Y., Taki N., Okamura M., Sato C. Analyzing Deformation of a Cationic Photopolymerized Epoxy Adhesive during the Curing Process in UV Irradiation and Dark Reaction based on Finite Element Method and Measurement. The Journal of Adhesion, 2024, 100(7):599-615. DOI:10.1080/00218464.2023.2238611

[3] JP4185939B2：紫外线固化树脂状态评估方法，2008-11-26。