Ortuťové výpary, dióda vyžarujúca svetlo (LED) a excimer sú odlišné technológie UV vytvrdzovacích lámp. Zatiaľ čo všetky tri sa používajú v rôznych procesoch fotopolymerizácie na zosieťovanie atramentov, náterov, lepidiel a vytláčaní, mechanizmy generujúce vyžarovanú UV energiu, ako aj charakteristiky zodpovedajúceho spektrálneho výstupu, sú úplne odlišné. Pochopenie týchto rozdielov je nevyhnutné pri vývoji aplikácií a formulácií, výbere zdroja vytvrdzovania UV žiarením a integrácii.
Ortuťové výbojky
Elektródové oblúkové výbojky aj bezelektródové mikrovlnné výbojky patria do kategórie ortuťových pár. Ortuťové výbojky sú typom stredotlakových plynových výbojok, v ktorých sa malé množstvo elementárnej ortuti a inertného plynu odparí do plazmy vo vnútri utesnenej kremennej trubice. Plazma je neuveriteľne vysokoteplotný ionizovaný plyn schopný viesť elektrinu. Vyrába sa privedením elektrického napätia medzi dve elektródy v oblúkovej lampe alebo mikrovlnným ohrevom bezelektródovej lampy vo vnútri krytu alebo dutiny podobnej koncepcii ako domáca mikrovlnná rúra. Po odparení ortuťová plazma vyžaruje širokospektrálne svetlo cez ultrafialové, viditeľné a infračervené vlnové dĺžky.
V prípade elektrickej oblúkovej lampy aplikované napätie dodáva energiu do utesnenej kremennej trubice. Táto energia odparuje ortuť do plazmy a uvoľňuje elektróny z odparených atómov. Časť elektrónov (-) prúdi smerom ku kladnej volfrámovej elektróde alebo anóde (+) lampy a do elektrického obvodu UV systému. Atómy s novo chýbajúcimi elektrónmi sa stanú pozitívne nabitými katiónmi (+), ktoré prúdia smerom k záporne nabitej volfrámovej elektróde alebo katóde (-). Ako sa pohybujú, katióny narážajú na neutrálne atómy v zmesi plynov. Náraz prenáša elektróny z neutrálnych atómov na katióny. Keď katióny získavajú elektróny, klesajú do stavu nižšej energie. Energetický diferenciál sa vybíja ako fotóny, ktoré vyžarujú smerom von z kremennej trubice. Za predpokladu, že je lampa vhodne napájaná, správne chladená a prevádzkovaná počas svojej životnosti, konštantný prísun novovytvorených katiónov (+) gravituje smerom k zápornej elektróde alebo katóde (-), dopadá na viac atómov a produkuje nepretržitú emisiu UV svetla. Mikrovlnné lampy fungujú podobným spôsobom okrem toho, že elektrický obvod nahrádzajú mikrovlny, známe tiež ako rádiofrekvenčné (RF). Keďže mikrovlnné lampy nemajú volfrámové elektródy a sú to jednoducho utesnené kremenné trubice obsahujúce ortuť a inertný plyn, bežne sa označujú ako bezelektródové.
UV výstup širokopásmových alebo širokospektrálnych ortuťových výbojok pokrýva ultrafialové, viditeľné a infračervené vlnové dĺžky v približne rovnakom pomere. Ultrafialová časť obsahuje zmes vlnových dĺžok UVC (200 až 280 nm), UVB (280 až 315 nm), UVA (315 až 400 nm) a UVV (400 až 450 nm). Lampy, ktoré vyžarujú UVC vo vlnových dĺžkach pod 240 nm, vytvárajú ozón a vyžadujú odsávanie alebo filtráciu.
Spektrálny výstup ortuťovej výbojky možno zmeniť pridaním malého množstva dopantov, ako sú: železo (Fe), gálium (Ga), olovo (Pb), cín (Sn), bizmut (Bi) alebo indium (In). ). Pridané kovy menia zloženie plazmy a následne aj energiu uvoľnenú, keď katióny získavajú elektróny. Lampy s pridanými kovmi sa označujú ako dopované, aditívne a halogenidové. Väčšina atramentov, náterov, lepidiel a výtlačkov formulovaných pre UV žiarenie je navrhnutá tak, aby zodpovedala výkonu štandardných lámp dopovaných ortuťou (Hg) alebo železom (Fe). Lampy s prídavkom železa posúvajú časť UV výstupu na dlhšie, takmer viditeľné vlnové dĺžky, čo vedie k lepšiemu prieniku cez hustejšie, silne pigmentované formulácie. UV formulácie obsahujúce oxid titaničitý majú tendenciu lepšie vytvrdzovať lampy s prímesou gália (GA). Je to preto, že gálové výbojky posúvajú značnú časť UV výstupu smerom k vlnovým dĺžkam dlhším ako 380 nm. Pretože aditíva oxidu titaničitého vo všeobecnosti neabsorbujú svetlo nad 380 nm, použitie gálových lámp s bielymi formuláciami umožňuje, aby fotoiniciátory absorbovali viac UV energie v porovnaní s aditívami.
Spektrálne profily poskytujú tvorcom a koncovým používateľom vizuálnu reprezentáciu toho, ako je vyžarovaný výstup pre konkrétny dizajn lampy distribuovaný v elektromagnetickom spektre. Zatiaľ čo odparená ortuť a prídavné kovy majú definované radiačné charakteristiky, presná zmes prvkov a inertných plynov vo vnútri kremennej trubice spolu s konštrukciou lampy a dizajnom vytvrdzovacieho systému ovplyvňujú výstup UV žiarenia. Spektrálny výstup neintegrovanej lampy napájanej a meranej dodávateľom lampy pod holým nebom bude mať iný spektrálny výstup ako lampa namontovaná v hlave lampy so správne navrhnutým reflektorom a chladením. Spektrálne profily sú ľahko dostupné od dodávateľov UV systémov a sú užitočné pri vývoji formulácií a výbere lampy.
Spoločný spektrálny profil zobrazuje spektrálnu ožiarenosť na osi y a vlnovú dĺžku na osi x. Spektrálna ožiarenosť môže byť zobrazená niekoľkými spôsobmi vrátane absolútnej hodnoty (napr. W/cm2/nm) alebo ľubovoľných, relatívnych alebo normalizovaných (bez jednotiek) meraní. Profily bežne zobrazujú informácie buď ako čiarový graf, alebo ako stĺpcový graf, ktorý zoskupuje výstup do 10 nm pásiem. Nasledujúci graf spektrálneho výstupu ortuťovej oblúkovej lampy ukazuje relatívnu ožiarenosť vzhľadom na vlnovú dĺžku pre systémy GEW (obrázok 1).
OBRÁZOK 1 »Spektrálne výstupné grafy pre ortuť a železo.
Lampa je termín používaný na označenie kremennej trubice vyžarujúcej UV žiarenie v Európe a Ázii, zatiaľ čo obyvatelia Severnej a Južnej Ameriky majú tendenciu používať zameniteľnú kombináciu žiarovky a žiarovky. Lampa a hlava lampy sa vzťahujú na celú zostavu, v ktorej je umiestnená kremenná trubica a všetky ostatné mechanické a elektrické komponenty.
Elektródové oblúkové lampy
Systémy elektródových oblúkových lámp pozostávajú z hlavy lampy, chladiaceho ventilátora alebo chladiča, napájacieho zdroja a rozhrania človek-stroj (HMI). Hlava lampy obsahuje lampu (žiarovku), reflektor, kovový kryt alebo kryt, zostavu uzávierky a niekedy aj kremenné okienko alebo drôtený chránič. GEW montuje svoje kremenné trubice, reflektory a uzávierkové mechanizmy do kazetových zostáv, ktoré možno ľahko vybrať z vonkajšieho krytu alebo krytu hlavy lampy. Vybratie kazety GEW sa zvyčajne vykoná v priebehu niekoľkých sekúnd pomocou jedného imbusového kľúča. Pretože výstup UV žiarenia, celková veľkosť a tvar hlavy lampy, systémové vlastnosti a potreby doplnkových zariadení sa líšia v závislosti od aplikácie a trhu, systémy elektródových oblúkových lámp sú vo všeobecnosti navrhnuté pre danú kategóriu aplikácií alebo podobné typy strojov.
Ortuťové výbojky vyžarujú 360° svetlo z kremennej trubice. Systémy oblúkových lámp využívajú reflektory umiestnené na bokoch a zadnej strane svietidla na zachytenie a zaostrenie väčšieho množstva svetla do špecifikovanej vzdialenosti pred hlavou svietidla. Táto vzdialenosť je známa ako ohnisko a je to miesto, kde je ožiarenie najväčšie. Oblúkové lampy typicky vyžarujú v rozsahu 5 až 12 W/cm2 v ohnisku. Keďže približne 70 % UV výstupu z hlavy lampy pochádza z reflektora, je dôležité udržiavať reflektory čisté a pravidelne ich vymieňať. Nečistenie alebo výmena reflektorov často prispieva k nedostatočnému vyliečeniu.
Už viac ako 30 rokov GEW zlepšuje efektivitu svojich vytvrdzovacích systémov, prispôsobuje funkcie a výstup tak, aby vyhovovali potrebám špecifických aplikácií a trhov, a vyvíja široké portfólio integračného príslušenstva. Výsledkom je, že dnešná komerčná ponuka od GEW zahŕňa kompaktný dizajn krytu, reflektory optimalizované pre väčšiu UV odrazivosť a znížené infračervené, tiché integrované mechanizmy uzávierky, obruby a štrbiny, škrupinové napájanie, inertizáciu dusíka, pretlakové hlavy, dotykovú obrazovku operátorské rozhranie, polovodičové napájacie zdroje, vyššiu prevádzkovú efektivitu, monitorovanie výstupu UV žiarenia a vzdialené monitorovanie systému.
Keď bežia stredotlakové elektródové výbojky, povrchová teplota kremeňa je medzi 600 °C a 800 °C a vnútorná teplota plazmy je niekoľko tisíc stupňov Celzia. Nútený vzduch je primárnym prostriedkom na udržanie správnej prevádzkovej teploty lampy a odstránenie časti vyžarovanej infračervenej energie. GEW dodáva tento vzduch negatívne; to znamená, že vzduch je ťahaný cez kryt, pozdĺž reflektora a lampy a odsávaný zo zostavy a preč zo stroja alebo povrchu vytvrdzovania. Niektoré systémy GEW, ako napríklad E4C, využívajú kvapalinové chladenie, ktoré umožňuje mierne väčší výstup UV žiarenia a znižuje celkovú veľkosť hlavy lampy.
Elektródové oblúkové lampy majú cykly zahrievania a ochladzovania. Lampy sú odpálené s minimálnym chladením. To umožňuje ortuťovej plazme stúpnuť na požadovanú prevádzkovú teplotu, produkovať voľné elektróny a katióny a umožniť tok prúdu. Keď je hlava lampy vypnutá, chladenie pokračuje niekoľko minút, aby sa kremenná trubica rovnomerne ochladila. Príliš horúca lampa už nezasvieti a musí ďalej chladnúť. Dĺžka cyklu spúšťania a ochladzovania, ako aj degradácia elektród pri každom údere napätia sú dôvodom, prečo sú pneumatické uzávery vždy integrované do zostáv elektródových oblúkových lámp GEW. Obrázok 2 znázorňuje vzduchom chladené (E2C) a kvapalinou chladené (E4C) elektródové oblúkové lampy.
OBRÁZOK 2 »Kvapalinou chladené (E4C) a vzduchom chladené (E2C) elektródové oblúkové lampy.
UV LED lampy
Polovodiče sú pevné, kryštalické materiály, ktoré sú do určitej miery vodivé. Elektrina preteká polovodičom lepšie ako izolantom, ale nie tak dobre ako kovovým vodičom. Prirodzene sa vyskytujúce, ale skôr neefektívne polovodiče zahŕňajú prvky kremík, germánium a selén. Synteticky vyrobené polovodiče navrhnuté pre výkon a účinnosť sú zložené materiály s nečistotami presne impregnovanými v kryštálovej štruktúre. V prípade UV LED je bežne používaným materiálom nitrid hliníka a gália (AlGaN).
Polovodiče sú základom modernej elektroniky a sú navrhnuté tak, aby tvorili tranzistory, diódy, diódy vyžarujúce svetlo a mikroprocesory. Polovodičové zariadenia sú integrované do elektrických obvodov a namontované vo vnútri produktov, ako sú mobilné telefóny, notebooky, tablety, spotrebiče, lietadlá, autá, diaľkové ovládače a dokonca aj detské hračky. Tieto drobné, ale výkonné komponenty zaisťujú funkčnosť každodenných produktov a zároveň umožňujú, aby boli položky kompaktné, tenšie, ľahké a cenovo dostupnejšie.
V špeciálnom prípade LED, presne navrhnuté a vyrobené polovodičové materiály vyžarujú relatívne úzke pásy vlnovej dĺžky, keď sú pripojené k zdroju jednosmerného prúdu. Svetlo sa generuje iba vtedy, keď prúd preteká z kladnej anódy (+) do zápornej katódy (-) každej LED. Keďže výstup LED je rýchlo a ľahko ovládateľný a kvázi monochromatický, LED diódy sú ideálne vhodné na použitie ako: kontrolky; infračervené komunikačné signály; podsvietenie pre televízory, notebooky, tablety a smartfóny; elektronické značky, billboardy a jumbotrony; a UV vytvrdzovanie.
LED je pozitívno-negatívne spojenie (pn spojenie). To znamená, že jedna časť LED má kladný náboj a označuje sa ako anóda (+) a druhá časť má záporný náboj a označuje sa ako katóda (-). Zatiaľ čo obe strany sú relatívne vodivé, hranica spojenia, kde sa obe strany stretávajú, známa ako zóna vyčerpania, nie je vodivá. Keď je kladná (+) svorka zdroja jednosmerného prúdu (DC) pripojená k anóde (+) LED a záporná (-) svorka zdroja je pripojená ku katóde (-), záporne nabité elektróny v katóde a kladne nabité elektrónové prázdne miesta v anóde sú odpudzované zdrojom energie a tlačené smerom k zóne vyčerpania. Toto je skreslenie dopredu a má za následok prekonanie nevodivých hraníc. Výsledkom je, že voľné elektróny v oblasti typu n prechádzajú a zapĺňajú voľné miesta v oblasti typu p. Ako elektróny prúdia cez hranicu, prechádzajú do stavu nižšej energie. Príslušný pokles energie sa uvoľní z polovodiča ako fotóny svetla.
Materiály a prísady, ktoré tvoria kryštalickú štruktúru LED, určujú spektrálny výstup. Dnes komerčne dostupné LED vytvrdzovacie zdroje majú ultrafialové výstupy sústredené na 365, 385, 395 a 405 nm, typickú toleranciu ± 5 nm a Gaussovu spektrálnu distribúciu. Čím väčší je vrchol spektrálneho žiarenia (W/cm2/nm), tým vyšší je vrchol zvonovej krivky. Zatiaľ čo vývoj UVC prebieha medzi 275 a 285 nm, výkon, životnosť, spoľahlivosť a náklady ešte nie sú komerčne realizovateľné pre vytvrdzovacie systémy a aplikácie.
Keďže výstup UV-LED je v súčasnosti obmedzený na dlhšie vlnové dĺžky UVA, UV-LED vytvrdzovací systém nevyžaruje širokopásmový spektrálny výstup charakteristický pre stredotlakové ortuťové výbojky. To znamená, že UV-LED vytvrdzovacie systémy nevyžarujú UVC, UVB, väčšinu viditeľného svetla a infračervené vlnové dĺžky generujúce teplo. Aj keď to umožňuje použitie UV-LED vytvrdzovacích systémov v aplikáciách citlivejších na teplo, existujúce atramenty, nátery a lepidlá formulované pre stredotlakové ortuťové výbojky musia byť preformulované pre UV-LED vytvrdzovacie systémy. Našťastie dodávatelia chémie čoraz viac navrhujú ponuky ako duálne liečivo. To znamená, že formulácia s dvojitým vytvrdzovaním určená na vytvrdzovanie pomocou UV-LED lampy vytvrdne aj pomocou ortuťovej lampy (obrázok 3).
OBRÁZOK 3 »Graf spektrálneho výstupu pre LED.
UV-LED vytvrdzovacie systémy GEW vyžarujú až 30 W/cm2 vo vyžarujúcom okienku. Na rozdiel od elektródových oblúkových lámp, UV-LED vytvrdzovacie systémy nezahŕňajú reflektory, ktoré smerujú svetelné lúče do sústredeného ohniska. Výsledkom je, že vrchol UV-LED žiarenia sa vyskytuje v blízkosti vyžarovacieho okna. Vyžarované UV-LED lúče sa navzájom rozchádzajú so zväčšujúcou sa vzdialenosťou medzi hlavou lampy a vytvrdzovacím povrchom. To znižuje koncentráciu svetla a veľkosť žiarenia, ktoré dosiahne vytvrdzovací povrch. Zatiaľ čo vrchol ožiarenia je dôležitý pre zosieťovanie, stále vyššie ožiarenie nie je vždy výhodné a môže dokonca inhibovať väčšiu hustotu zosieťovania. Vlnová dĺžka (nm), ožiarenie (W/cm2) a hustota energie (J/cm2) zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri vytvrdzovaní a ich spoločný vplyv na vytvrdzovanie by sa mal správne pochopiť pri výbere zdroja UV-LED.
LED diódy sú lambertovské zdroje. Inými slovami, každá UV LED vyžaruje rovnomerný dopredný výstup cez celú pologuľu 360° x 180°. Početné UV LED diódy, každá v ráde milimetrového štvorca, sú usporiadané v jednom rade, matici riadkov a stĺpcov alebo v inej konfigurácii. Tieto podzostavy, známe ako moduly alebo polia, sú navrhnuté s rozstupom medzi LED, ktorý zaisťuje miešanie medzi medzerami a uľahčuje chladenie diód. Viaceré moduly alebo polia sú potom usporiadané do väčších zostáv, aby vytvorili rôzne veľkosti systémov vytvrdzovania UV žiarením (obrázky 4 a 5). Medzi ďalšie komponenty potrebné na zostavenie UV-LED vytvrdzovacieho systému patrí chladič, vyžarovacie okienko, elektronické ovládače, zdroje jednosmerného prúdu, kvapalinový chladiaci systém alebo chladič a rozhranie človek-stroj (HMI).
OBRÁZOK 4 »Systém LeoLED pre web.
OBRÁZOK 5 »Systém LeoLED pre vysokorýchlostné inštalácie s viacerými žiarovkami.
Pretože UV-LED vytvrdzovacie systémy nevyžarujú infračervené vlnové dĺžky. Vo svojej podstate prenášajú na povrch vytvrdzovania menej tepelnej energie ako ortuťové výbojky, ale to neznamená, že by sa UV LED mali považovať za technológiu vytvrdzovania za studena. UV-LED vytvrdzovacie systémy môžu vyžarovať veľmi vysoké špičkové žiarenie a ultrafialové vlnové dĺžky sú formou energie. Akýkoľvek výstup nie je absorbovaný chémiou, zahreje podkladovú časť alebo substrát, ako aj okolité komponenty stroja.
UV LED diódy sú tiež elektrické komponenty s neefektívnosťou poháňanou surovým polovodičovým dizajnom a výrobou, ako aj výrobnými metódami a komponentmi používanými na balenie LED do väčšej vytvrdzovacej jednotky. Zatiaľ čo teplota ortuťovej parnej kremennej trubice sa musí počas prevádzky udržiavať medzi 600 a 800 °C, teplota LED pn prechodu musí zostať pod 120 °C. Len 35 – 50 % elektriny napájajúcej UV-LED pole sa premení na ultrafialový výstup (veľmi závislé od vlnovej dĺžky). Zvyšok sa premieňa na tepelné teplo, ktoré sa musí odvádzať, aby sa udržala požadovaná teplota spoja a zabezpečila sa špecifikovaná ožiarenosť systému, hustota energie a rovnomernosť, ako aj dlhá životnosť. LED diódy sú vo svojej podstate pevné polovodičové zariadenia s dlhou životnosťou a integrácia LED diód do väčších zostáv so správne navrhnutými a udržiavanými chladiacimi systémami je rozhodujúca pre dosiahnutie špecifikácií dlhej životnosti. Nie všetky UV-vytvrdzovacie systémy sú rovnaké a nesprávne navrhnuté a chladené UV-LED vytvrdzovacie systémy majú väčšiu pravdepodobnosť prehriatia a katastrofálneho zlyhania.
Oblúkové/LED hybridné lampy
Na každom trhu, kde sa zavádza úplne nová technológia ako náhrada za existujúcu technológiu, môže nastať obava, pokiaľ ide o jej prijatie, ako aj skeptický výkon. Potenciálni používatelia často odkladajú prijatie, kým sa nevytvorí dobre zavedená základňa inštalácie, nezverejnia sa prípadové štúdie, nezačnú masovo kolovať pozitívne posudky a/alebo nezískajú skúsenosti z prvej ruky alebo referencie od jednotlivcov a spoločností, ktorých poznajú a ktorým dôverujú. Predtým, ako sa celý trh úplne vzdá starého a úplne prejde na nový, je často potrebný pevný dôkaz. Nepomáha to, že príbehy o úspechu sú často prísne tajné, keďže prví používatelia nechcú, aby konkurenti realizovali porovnateľné výhody. Výsledkom je, že skutočné aj prehnané príbehy o sklamaní sa niekedy môžu ozývať celým trhom a maskovať skutočné prednosti novej technológie a ďalej odďaľovať prijatie.
V priebehu histórie a ako protiklad k neochotnému prijatiu boli hybridné dizajny často prijímané ako prechodný most medzi existujúcou a novou technológiou. Hybridy umožňujú používateľom získať dôveru a sami si určiť, ako a kedy by sa mali používať nové produkty alebo metódy, bez toho, aby obetovali súčasné možnosti. V prípade UV vytvrdzovania umožňuje hybridný systém používateľom rýchlo a jednoducho prepínať medzi ortuťovými výbojkami a technológiou LED. Pre linky s viacerými vytvrdzovacími stanicami umožňujú hybridné lisy prevádzkovať 100 % LED, 100 % ortuťové pary alebo akúkoľvek kombináciu týchto dvoch technológií, ktorá je potrebná pre danú úlohu.
GEW ponúka oblúkové/LED hybridné systémy pre web konvertory. Riešenie bolo vyvinuté pre najväčší trh GEW, úzky webový štítok, ale hybridný dizajn má využitie aj v iných webových a newebových aplikáciách (obrázok 6). Oblúk/LED obsahuje bežné puzdro hlavy lampy, ktoré môže obsahovať ortuťové výpary alebo kazetu LED. Obe kazety majú univerzálny systém napájania a ovládania. Inteligencia v rámci systému umožňuje rozlíšenie medzi typmi kaziet a automaticky poskytuje vhodné napájanie, chladenie a rozhranie operátora. Odstránenie alebo inštalácia ortuťových alebo LED kaziet GEW sa zvyčajne vykoná v priebehu niekoľkých sekúnd pomocou jediného imbusového kľúča.
OBRÁZOK 6 »Oblúkový/LED systém pre web.
Excimerové lampy
Excimerové výbojky sú typom plynovej výbojky, ktorá vyžaruje kvázi monochromatickú ultrafialovú energiu. Zatiaľ čo excimerové lampy sú dostupné v mnohých vlnových dĺžkach, bežné ultrafialové výstupy sú sústredené na 172, 222, 308 a 351 nm. 172-nm excimerové lampy spadajú do vákuového UV pásma (100 až 200 nm), zatiaľ čo 222 nm je výlučne UVC (200 až 280 nm). 308-nm excimerové lampy vyžarujú UVB (280 až 315 nm) a 351 nm je pevné UVA (315 až 400 nm).
172-nm vákuové UV vlnové dĺžky sú kratšie a obsahujú viac energie ako UVC; snažia sa však preniknúť veľmi hlboko do látok. Vlnové dĺžky 172 nm sú v skutočnosti úplne absorbované v rámci 10 až 200 nm UV formulovanej chémie. Výsledkom je, že 172-nm excimerové lampy zosieťujú iba vonkajší povrch UV prípravkov a musia byť integrované v kombinácii s inými vytvrdzovacími zariadeniami. Pretože vákuové UV vlnové dĺžky sú tiež absorbované vzduchom, 172-nm excimerové lampy musia byť prevádzkované v atmosfére inertnej dusíkom.
Väčšina excimerových lámp pozostáva z kremennej trubice, ktorá slúži ako dielektrická bariéra. Skúmavka je naplnená vzácnymi plynmi schopnými vytvárať molekuly excimeru alebo exciplexu (obrázok 7). Rôzne plyny produkujú rôzne molekuly a rôzne excitované molekuly určujú, ktoré vlnové dĺžky lampa vyžaruje. Po vnútornej dĺžke kremennej trubice prebieha vysokonapäťová elektróda a po vonkajšej dĺžke uzemňovacie elektródy. Napätia sú pulzované do lampy pri vysokých frekvenciách. To spôsobí, že elektróny prúdia vo vnútornej elektróde a vybíjajú sa cez zmes plynov smerom k vonkajším uzemňovacím elektródam. Tento vedecký jav je známy ako dielektrický bariérový výboj (DBD). Ako elektróny cestujú plynom, interagujú s atómami a vytvárajú energizované alebo ionizované druhy, ktoré produkujú excimerové alebo exciplexové molekuly. Molekuly excimeru a exciplexu majú neuveriteľne krátku životnosť a ako sa rozkladajú z excitovaného stavu do základného stavu, emitujú sa fotóny s kvázi monochromatickým rozložením.
OBRÁZOK 7 »Excimerová lampa
Na rozdiel od ortuťových výbojok sa povrch kremennej trubice excimerovej výbojky nezahrieva. Výsledkom je, že väčšina excimerových lámp pracuje s malým alebo žiadnym chladením. V iných prípadoch je potrebná nízka úroveň chladenia, ktorá je typicky poskytovaná plynným dusíkom. Vďaka tepelnej stabilite lampy sa excimerové lampy okamžite zapínajú/vypínajú a nevyžadujú žiadne cykly zahrievania alebo ochladzovania.
Keď sú excimerové lampy vyžarujúce pri 172 nm integrované v kombinácii s kvázi monochromatickými UVA-LED vytvrdzovacími systémami a širokopásmovými ortuťovými výbojkami, vytvárajú sa matné povrchové efekty. UVA LED lampy sa najskôr používajú na gélovanie chémie. Kvázi-monochromatické excimerové výbojky sa potom použijú na polymerizáciu povrchu a nakoniec širokopásmové ortuťové výbojky zosieťujú zvyšok chémie. Jedinečné spektrálne výstupy troch technológií aplikovaných v oddelených fázach poskytujú priaznivé optické a funkčné efekty povrchového vytvrdzovania, ktoré nie je možné dosiahnuť so žiadnym z UV zdrojov samostatne.
Excimerové vlnové dĺžky 172 a 222 nm sú tiež účinné pri ničení nebezpečných organických látok a škodlivých baktérií, vďaka čomu sú excimerové lampy praktické na čistenie povrchov, dezinfekciu a ošetrenie povrchovou energiou.
Životnosť lampy
Pokiaľ ide o životnosť lampy alebo žiarovky, oblúkové lampy GEW zvyčajne dosahujú až 2 000 hodín. Životnosť lampy nie je absolútna, pretože výstup UV žiarenia sa časom postupne znižuje a je ovplyvnený rôznymi faktormi. Dizajn a kvalita lampy, ako aj prevádzkový stav UV systému a reaktivita formulácie. Správne navrhnuté UV systémy zaisťujú, že je zabezpečený správny výkon a chladenie, ktoré si vyžaduje konkrétny dizajn lampy (žiarovky).
Lampy (žiarovky) dodávané GEW vždy poskytujú najdlhšiu životnosť pri použití vo vytvrdzovacích systémoch GEW. Sekundárne napájacie zdroje vo všeobecnosti reverzne zostrojili lampu zo vzorky a kópie nemusia obsahovať rovnakú koncovku, priemer kremeňa, obsah ortuti alebo zmes plynov, čo všetko môže ovplyvniť výstup UV žiarenia a tvorbu tepla. Keď nie je generovanie tepla vyvážené s chladením systému, lampa trpí na výkone aj životnosti. Lampy, ktoré bežia chladnejšie, vyžarujú menej UV žiarenia. Lampy, ktoré sa zahrievajú, nevydržia tak dlho a pri vysokých povrchových teplotách sa deformujú.
Životnosť elektródových oblúkových lámp je obmedzená prevádzkovou teplotou lampy, počtom prevádzkových hodín a počtom štartov alebo úderov. Zakaždým, keď je lampa zasiahnutá vysokonapäťovým oblúkom počas štartovania, kúsok volfrámovej elektródy sa opotrebuje. Nakoniec lampa znova neudrie. Elektródové oblúkové lampy obsahujú mechanizmus uzávierky, ktorý po zapnutí blokuje výstup UV žiarenia ako alternatívu k opakovanému cyklovaniu napájania lampy. Reaktívnejšie atramenty, nátery a lepidlá môžu mať za následok dlhšiu životnosť lampy; zatiaľ čo menej reaktívne prípravky môžu vyžadovať častejšiu výmenu lampy.
UV-LED systémy majú zo svojej podstaty dlhšiu životnosť ako bežné lampy, ale životnosť UV-LED tiež nie je absolútna. Rovnako ako u bežných lámp, UV LED diódy majú limity, pokiaľ ide o to, ako tvrdo môžu byť poháňané, a vo všeobecnosti musia fungovať pri teplotách pod 120 °C. Preťažovanie LED a podchladzovanie LED ohrozí životnosť, čo má za následok rýchlejšiu degradáciu alebo katastrofické zlyhanie. Nie všetci dodávatelia UV-LED systémov v súčasnosti ponúkajú dizajny, ktoré spĺňajú najvyššiu stanovenú životnosť presahujúcu 20 000 hodín. Lepšie navrhnuté a udržiavané systémy vydržia viac ako 20 000 hodín a horšie systémy zlyhajú v oveľa kratších oknách. Dobrou správou je, že návrhy LED systémov sa neustále zlepšujú a vydržia dlhšie s každou iteráciou dizajnu.
Ozón
Keď kratšie vlnové dĺžky UVC dopadnú na molekuly kyslíka (O2), spôsobia, že sa molekuly kyslíka (O2) rozdelia na dva atómy kyslíka (O). Voľné atómy kyslíka (O) sa potom zrážajú s inými molekulami kyslíka (O2) a vytvárajú ozón (O3). Keďže trikyslík (O3) je na zemi menej stabilný ako dikyslík (O2), ozón sa pri pohybe atmosférickým vzduchom ľahko mení na molekulu kyslíka (O2) a atóm kyslíka (O). Voľné atómy kyslíka (O) sa potom vo výfukovom systéme navzájom rekombinujú a vytvárajú molekuly kyslíka (O2).
Pre priemyselné aplikácie vytvrdzovania UV žiarením vzniká ozón (O3), keď atmosférický kyslík interaguje s ultrafialovými vlnovými dĺžkami pod 240 nm. Širokopásmové zdroje vytvrdzovania ortuťovými parami vyžarujú UVC medzi 200 a 280 nm, ktoré prekrýva časť oblasti generujúcej ozón, a excimerové lampy vyžarujú vákuové UV pri 172 nm alebo UVC pri 222 nm. Ozón vytvorený ortuťovými parami a excimerovými vytvrdzovacími lampami je nestabilný a nepredstavuje významný problém pre životné prostredie, ale je potrebné, aby bol odstránený z bezprostredného okolia pracovníkov, pretože je dráždivý pre dýchacie cesty a vo vysokých hladinách je toxický. Keďže komerčné UV-LED vytvrdzovacie systémy vyžarujú UVA výstup medzi 365 a 405 nm, ozón sa nevytvára.
Ozón má zápach podobný zápachu kovu, horiaceho drôtu, chlóru a elektrickej iskry. Ľudské čuchové zmysly dokážu rozpoznať ozón už od 0,01 do 0,03 častíc na milión (ppm). Hoci sa líši podľa osoby a úrovne aktivity, koncentrácie vyššie ako 0,4 ppm môžu viesť k nepriaznivým účinkom na dýchanie a bolestiam hlavy. Na linkách vytvrdzujúcich UV žiarením by mala byť nainštalovaná správna ventilácia, aby sa obmedzilo vystavenie pracovníkov ozónu.
Systémy vytvrdzovania UV žiarením sú vo všeobecnosti navrhnuté tak, aby zadržiavali odpadový vzduch, keď opúšťa hlavy lámp, takže ho možno odviesť preč od operátorov a mimo budovy, kde sa prirodzene rozkladá v prítomnosti kyslíka a slnečného žiarenia. Alternatívne, bezozónové lampy obsahujú kremennú prísadu, ktorá blokuje vlnové dĺžky generujúce ozón, a zariadenia, ktoré sa chcú vyhnúť potrubným alebo rezacím otvorom v streche, často používajú filtre na výstupe výfukových ventilátorov.
Čas odoslania: 19. júna 2024
