Ртутные лампы, светодиоды (LED) и эксимерные лампы – это разные технологии УФ-отверждения. Хотя все три используются в различных процессах фотополимеризации для сшивания чернил, покрытий, клеев и экструзии, механизмы генерации УФ-излучения, а также характеристики соответствующего спектрального выхода, совершенно различны. Понимание этих различий играет ключевую роль в разработке рецептур и приложений, выборе источника УФ-отверждения и интеграции.
Ртутные лампы
Как дуговые электродные лампы, так и безэлектродные микроволновые лампы относятся к категории ртутных. Ртутные лампы — это тип газоразрядных ламп среднего давления, в которых небольшое количество элементарной ртути и инертного газа испаряется, образуя плазму внутри герметичной кварцевой трубки. Плазма — это невероятно высокотемпературный ионизированный газ, способный проводить электричество. Она образуется при подаче электрического напряжения между двумя электродами внутри дуговой лампы или при нагревании безэлектродной лампы в камере или полости, аналогичной бытовой микроволновой печи. После испарения ртутная плазма излучает широкий спектр света в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах.
В случае дуговой лампы приложенное напряжение возбуждает герметичную кварцевую трубку. Эта энергия испаряет ртуть, превращая её в плазму, и высвобождает электроны из испаренных атомов. Часть электронов (-) движется к положительному вольфрамовому электроду или аноду (+) лампы и попадает в электрическую цепь УФ-системы. Атомы с вновь утраченными электронами превращаются в положительно заряженные катионы (+), которые движутся к отрицательно заряженному вольфрамовому электроду или катоду (-) лампы. По мере своего движения катионы сталкиваются с нейтральными атомами в газовой смеси. В результате электроны переходят от нейтральных атомов к катионам. По мере того, как катионы получают электроны, они переходят в состояние с более низкой энергией. Разница энергии разряжается в виде фотонов, которые излучаются наружу из кварцевой трубки. При условии, что лампа имеет соответствующее питание, правильное охлаждение и работает в течение всего срока службы, постоянное поступление вновь образованных катионов (+) тяготеет к отрицательному электроду или катоду (-), сталкивая всё больше атомов и создавая непрерывное излучение УФ-света. Микроволновые лампы работают по схожему принципу, за исключением того, что вместо электрической цепи используются микроволны, также известные как радиочастоты (РЧ). Поскольку микроволновые лампы не имеют вольфрамовых электродов и представляют собой герметичную кварцевую трубку, наполненную ртутью и инертным газом, их обычно называют безэлектродными.
УФ-излучение широкополосных ртутных ламп широкого спектра охватывает ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны примерно в равных долях. Ультрафиолетовая составляющая включает в себя сочетание длин волн UVC (от 200 до 280 нм), UVB (от 280 до 315 нм), UVA (от 315 до 400 нм) и UVV (от 400 до 450 нм). Лампы, излучающие УФ-C с длиной волны ниже 240 нм, генерируют озон и требуют вытяжки или фильтрации.
Спектральный выход ртутной лампы может быть изменен путем добавления небольших количеств легирующих примесей, таких как: железо (Fe), галлий (Ga), свинец (Pb), олово (Sn), висмут (Bi) или индий (In). Добавленные металлы изменяют состав плазмы и, следовательно, энергию, выделяющуюся при присоединении электронов катионами. Лампы с добавленными металлами называются легированными, аддитивными и металлогалогенными. Большинство УФ-чернил, покрытий, клеев и экструдированных материалов разработаны для соответствия выходу стандартных ламп, легированных ртутью (Hg) или железом (Fe). Лампы, легированные железом, смещают часть УФ-излучения в сторону более длинных, почти видимых длин волн, что обеспечивает лучшее проникновение через более толстые, сильно пигментированные составы. УФ-составы, содержащие диоксид титана, как правило, лучше отверждаются с лампами, легированными галлием (GA). Это связано с тем, что галлиевые лампы смещают значительную часть УФ-излучения в сторону длин волн более 380 нм. Поскольку добавки диоксида титана, как правило, не поглощают свет с длиной волны свыше 380 нм, использование галлиевых ламп с белыми составами позволяет фотоинициаторам поглощать больше УФ-энергии по сравнению с добавками.
Спектральные профили предоставляют разработчикам рецептур и конечным пользователям наглядное представление о распределении излучаемой мощности лампы конкретной конструкции по электромагнитному спектру. Хотя испаренная ртуть и примесные металлы обладают определенными характеристиками излучения, точная смесь элементов и инертных газов внутри кварцевой трубки, а также конструкция лампы и система отверждения влияют на выход УФ-излучения. Спектральный выход неинтегрированной лампы, питаемой и измеряемой поставщиком лампы на открытом воздухе, будет отличаться от спектрального выхода лампы, установленной в осветительной головке с правильно спроектированным отражателем и системой охлаждения. Спектральные профили легко доступны у поставщиков УФ-систем и полезны при разработке рецептур и выборе ламп.
Обычный спектральный профиль отображает спектральную освещённость по оси Y, а длину волны – по оси X. Спектральная освещённость может быть представлена несколькими способами, включая абсолютные значения (например, Вт/см²/нм) или произвольные, относительные или нормализованные (безразмерные) величины. Профили обычно отображают информацию в виде линейной диаграммы или столбчатой диаграммы, группирующей выходной сигнал по 10-нм диапазонам. Представленный ниже график спектральной освещённости ртутной дуговой лампы показывает относительную освещённость в зависимости от длины волны для систем GEW (рисунок 1).
РИСУНОК 1 »Спектральные диаграммы выходного сигнала ртути и железа.
Термин «лампа» используется в Европе и Азии для обозначения кварцевой трубки, излучающей ультрафиолетовое излучение, в то время как в Северной и Южной Америке, как правило, используется взаимозаменяемое сочетание колбы и лампы. Термины «лампа» и «головка лампы» обозначают полный комплект, включающий кварцевую трубку и все остальные механические и электрические компоненты.
Электродные дуговые лампы
Системы электродуговых ламп состоят из головки лампы, охлаждающего вентилятора или охладителя, источника питания и человеко-машинного интерфейса (ЧМИ). Головка лампы включает в себя лампу (колбу), отражатель, металлический кожух или корпус, узел затвора и иногда кварцевое окно или защитную сетку. GEW монтирует кварцевые трубки, отражатели и механизмы затвора внутри кассетных узлов, которые легко извлекаются из внешнего кожуха головки лампы. Снятие кассеты GEW обычно выполняется за считанные секунды с помощью одного шестигранного ключа. Поскольку выход УФ-излучения, общий размер и форма головки лампы, характеристики системы и потребности в дополнительном оборудовании различаются в зависимости от области применения и рынка, системы электродуговых ламп, как правило, разрабатываются для определенной категории применений или схожих типов машин.
Ртутные лампы излучают свет на 360° из кварцевой трубки. В системах с дуговыми лампами используются отражатели, расположенные по бокам и сзади лампы, для улавливания и фокусировки большего количества света на определённом расстоянии перед головкой лампы. Это расстояние называется фокусом и соответствует максимальной интенсивности излучения. Дуговые лампы обычно излучают в фокусе от 5 до 12 Вт/см². Поскольку около 70% УФ-излучения головки лампы исходит от отражателя, важно содержать отражатели в чистоте и периодически их менять. Недостаточная очистка или замена отражателей часто приводит к недостаточному отверждению.
Уже более 30 лет компания GEW повышает эффективность своих систем отверждения, адаптирует характеристики и производительность к потребностям конкретных приложений и рынков, а также разрабатывает широкий ассортимент интеграционных аксессуаров. В результате современные коммерческие предложения GEW включают в себя компактные корпуса, отражатели, оптимизированные для большего отражения УФ-излучения и уменьшения инфракрасного излучения, бесшумные встроенные затворы, защитные рамки и щелевые затворы, систему подачи полотна с помощью грейфера, азотную инертность, головки с положительным давлением, сенсорный экран оператора, твердотельные источники питания, повышенную эксплуатационную эффективность, мониторинг выходного УФ-излучения и удаленный мониторинг системы.
При работе ламп среднего давления температура кварцевой поверхности составляет от 600 до 800 °C, а внутренняя температура плазмы — несколько тысяч градусов Цельсия. Принудительная подача воздуха является основным средством поддержания необходимой рабочей температуры лампы и отвода части излучаемой инфракрасной энергии. GEW подаёт воздух в режиме отрицательного давления; это означает, что воздух протягивается через корпус, вдоль отражателя и лампы и выбрасывается наружу из узла, отводя его от установки или поверхности отверждения. Некоторые системы GEW, такие как E4C, используют жидкостное охлаждение, что обеспечивает несколько большую выходную мощность УФ-излучения и уменьшает общие габариты головки лампы.
Дуговые лампы с электродами имеют циклы разогрева и охлаждения. Зажигание ламп происходит с минимальным охлаждением. Это позволяет ртутной плазме достичь желаемой рабочей температуры, производить свободные электроны и катионы и обеспечивать протекание тока. После выключения головки лампы охлаждение продолжается ещё несколько минут для равномерного охлаждения кварцевой трубки. Слишком тёплая лампа не зажжётся повторно и должна продолжать остывать. Длительность цикла разогрева и охлаждения, а также деградация электродов при каждом подаче напряжения являются причинами того, что пневматические затворы всегда интегрированы в сборки дуговых ламп GEW. На рисунке 2 показаны дуговые лампы с воздушным (E2C) и жидкостным (E4C) охлаждением.
РИСУНОК 2 »Дуговые лампы с электродами жидкостного (E4C) и воздушного охлаждения (E2C).
УФ-светодиодные лампы
Полупроводники – это твёрдые кристаллические материалы, обладающие некоторой проводимостью. Электричество проходит через полупроводник лучше, чем через изолятор, но не так хорошо, как через металлический проводник. К природным, но довольно неэффективным полупроводникам относятся кремний, германий и селен. Синтетические полупроводники, предназначенные для высокой выходной мощности и эффективности, представляют собой композитные материалы с примесями, точно импрегнированными в кристаллическую структуру. В случае УФ-светодиодов широко используется нитрид галлия алюминия (AlGaN).
Полупроводники играют основополагающую роль в современной электронике и используются для создания транзисторов, диодов, светодиодов и микропроцессоров. Полупроводниковые приборы интегрируются в электрические схемы и устанавливаются внутри таких устройств, как мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты, бытовая техника, самолёты, автомобили, пульты дистанционного управления и даже детские игрушки. Эти миниатюрные, но мощные компоненты обеспечивают функционирование повседневных устройств, а также позволяют сделать их компактнее, тоньше, легче и доступнее.
В частном случае светодиодов, точно спроектированные и изготовленные полупроводниковые материалы излучают относительно узкие диапазоны длин волн при подключении к источнику постоянного тока. Свет генерируется только при протекании тока от положительного анода (+) к отрицательному катоду (-) каждого светодиода. Поскольку выходное излучение светодиодов быстро и легко управляется и является квазимонохроматическим, светодиоды идеально подходят для использования в качестве: индикаторных ламп; инфракрасных коммуникационных сигналов; подсветки телевизоров, ноутбуков, планшетов и смартфонов; электронных табло, рекламных щитов и гигантронов; а также для УФ-отверждения.
Светодиод представляет собой положительно-отрицательный переход (p-n-переход). Это означает, что одна часть светодиода имеет положительный заряд и называется анодом (+), а другая часть имеет отрицательный заряд и называется катодом (-). Хотя обе стороны являются относительно проводящими, граница перехода, где две стороны встречаются, известная как зона обеднения, непроводящая. Когда положительный (+) вывод источника постоянного тока (DC) подключен к аноду (+) светодиода, а отрицательный (-) вывод источника подключен к катоду (-), отрицательно заряженные электроны в катоде и положительно заряженные электронные вакансии в аноде отталкиваются источником питания и выталкиваются к зоне обеднения. Это прямое смещение, и оно имеет эффект преодоления непроводящей границы. В результате свободные электроны в n-области пересекают и заполняют вакансии в p-области. При прохождении электронов через границу они переходят в состояние с более низкой энергией. Соответствующее снижение энергии высвобождается из полупроводника в виде фотонов света.
Материалы и легирующие примеси, образующие кристаллическую структуру светодиода, определяют спектральный выход. Современные коммерчески доступные источники ультрафиолетового излучения для отверждения имеют центральные длины волн 365, 385, 395 и 405 нм, типичный допуск ±5 нм и гауссово спектральное распределение. Чем больше пиковая спектральная плотность излучения (Вт/см²/нм), тем выше пик колоколообразной кривой. Хотя разработка УФ-С в диапазоне 275–285 нм продолжается, его выходная мощность, срок службы, надежность и стоимость пока не позволяют использовать его в системах отверждения и других приложениях.
Поскольку выход УФ-светодиодов в настоящее время ограничен более длинными длинами волн УФА, система УФ-светодиодного отверждения не испускает широкополосный спектральный выход, характерный для ртутных ламп среднего давления. Это означает, что системы УФ-светодиодного отверждения не испускают УФ-C, УФ-B, большую часть видимого света и теплогенерирующие инфракрасные длины волн. Хотя это позволяет использовать системы УФ-светодиодного отверждения в более термочувствительных приложениях, существующие чернила, покрытия и клеи, разработанные для ртутных ламп среднего давления, должны быть переработаны для систем УФ-светодиодного отверждения. К счастью, поставщики химии все чаще разрабатывают предложения с двойным отверждением. Это означает, что формула двойного отверждения, предназначенная для отверждения УФ-светодиодной лампой, также будет отверждаться и ртутной лампой (рисунок 3).
РИСУНОК 3 »Спектральная диаграмма выходного сигнала светодиода.
Системы УФ-светодиодного отверждения компании GEW излучают до 30 Вт/см² в излучающем окне. В отличие от дуговых ламп, системы УФ-светодиодного отверждения не содержат отражателей, направляющих световые лучи в концентрированный фокус. В результате пиковая интенсивность излучения УФ-светодиода достигается вблизи излучающего окна. Излучаемые УФ-светодиодом лучи расходятся по мере увеличения расстояния между головкой лампы и поверхностью отверждения. Это снижает концентрацию света и величину интенсивности излучения, достигающего поверхности отверждения. Хотя пиковая интенсивность излучения важна для сшивания, всё более высокая интенсивность излучения не всегда выгодна и может даже препятствовать увеличению плотности сшивания. Длина волны (нм), интенсивность излучения (Вт/см²) и плотность энергии (Дж/см²) играют решающую роль в отверждении, и их совокупное влияние на отверждение должно быть правильно понято при выборе источника УФ-светодиода.
Светодиоды являются ламбертовскими источниками. Другими словами, каждый УФ-светодиод излучает равномерный прямой свет по всей полусфере 360° x 180°. Многочисленные УФ-светодиоды, каждый размером порядка квадратного миллиметра, расположены в один ряд, матрицу строк и столбцов или какую-либо другую конфигурацию. Эти подсборки, известные как модули или массивы, спроектированы с расстоянием между светодиодами, которое обеспечивает смешивание через зазоры и облегчает охлаждение диодов. Несколько модулей или массивов затем объединяются в более крупные сборки для формирования систем УФ-отверждения различных размеров (рисунки 4 и 5). Дополнительные компоненты, необходимые для построения системы УФ-отверждения светодиодами, включают радиатор, излучающее окно, электронные драйверы, источники питания постоянного тока, систему жидкостного охлаждения или охладитель и человеко-машинный интерфейс (ЧМИ).
РИСУНОК 4 »Система LeoLED для веба.
РИСУНОК 5 »Система LeoLED для высокоскоростных многоламповых инсталляций.
Поскольку системы УФ-светодиодного отверждения не излучают инфракрасное излучение, они по своей природе передают меньше тепловой энергии на отверждаемую поверхность, чем ртутные лампы, но это не означает, что УФ-светодиоды следует рассматривать как технологию холодного отверждения. Системы УФ-светодиодного отверждения могут генерировать очень высокие пиковые интенсивности излучения, а ультрафиолетовое излучение является формой энергии. Любое излучение, не поглощаемое химическим составом, будет нагревать лежащую под ним деталь или подложку, а также окружающие компоненты машины.
Ультрафиолетовые светодиоды также являются электрическими компонентами, неэффективность которых обусловлена сырой конструкцией и изготовлением полупроводников, а также методами производства и компонентами, используемыми для упаковки светодиодов в более крупный блок отверждения. В то время как температура ртутно-кварцевой трубки должна поддерживаться в диапазоне от 600 до 800 °C во время работы, температура p-n-перехода светодиода должна оставаться ниже 120 °C. Только 35-50% электроэнергии, питающей матрицу УФ-светодиодов, преобразуется в ультрафиолетовое излучение (сильно зависящее от длины волны). Остальное преобразуется в тепло, которое необходимо отводить для поддержания желаемой температуры перехода и обеспечения заданной освещенности системы, плотности энергии и однородности, а также длительного срока службы. Светодиоды по своей природе являются долговечными твердотельными устройствами, и интеграция светодиодов в более крупные сборки с правильно спроектированными и обслуживаемыми системами охлаждения имеет решающее значение для достижения характеристик длительного срока службы. Не все системы УФ-отверждения одинаковы, и неправильно спроектированные и охлаждаемые системы УФ-светодиодного отверждения имеют большую вероятность перегрева и катастрофического выхода из строя.
Гибридные дуговые/светодиодные лампы
На любом рынке, где в качестве замены существующей технологии внедряется совершенно новая технология, может возникнуть беспокойство по поводу ее принятия, а также скептицизм относительно ее эффективности. Потенциальные пользователи часто откладывают внедрение до тех пор, пока не сформируется устоявшаяся база пользователей, не будут опубликованы тематические исследования, не начнут распространяться положительные отзывы и/или пока они не получат личный опыт или рекомендации от людей и компаний, которых они знают и которым доверяют. Часто требуются веские доказательства, прежде чем весь рынок полностью откажется от старого и полностью перейдет на новое. Усугубляет ситуацию то, что истории успеха, как правило, держатся в строжайшем секрете, поскольку ранние последователи не хотят, чтобы конкуренты осознали сопоставимые преимущества. В результате, как реальные, так и преувеличенные истории разочарования иногда могут отражаться на рынке, маскируя истинные достоинства новой технологии и еще больше задерживая ее внедрение.
На протяжении всей истории, в противовес нежеланию внедрять новые технологии, гибридные конструкции часто использовались в качестве переходного моста между существующими и новыми. Гибриды позволяют пользователям обрести уверенность и самостоятельно определять, как и когда следует использовать новые продукты или методы, не жертвуя существующими возможностями. В случае УФ-отверждения гибридная система позволяет пользователям быстро и легко переключаться между ртутными лампами и светодиодной технологией. На линиях с несколькими станциями отверждения гибридные системы позволяют печатным машинам работать исключительно на светодиодах, исключительно на ртутных лампах или в любой комбинации этих двух технологий, необходимой для конкретного задания.
Компания GEW предлагает гибридные дуговые/светодиодные системы для рулонных конвертеров. Решение было разработано для крупнейшего рынка GEW – узкорулонной печати, но гибридная конструкция также может использоваться в других рулонных и обычных приложениях (рис. 6). Дуговая/светодиодная система имеет общий корпус головки лампы, в который можно установить как ртутную, так и светодиодную кассету. Обе кассеты работают от универсальной системы питания и управления. Интеллектуальная система позволяет различать типы кассет и автоматически обеспечивает необходимое питание, охлаждение и интерфейс оператора. Снятие и установка ртутной или светодиодной кассеты GEW обычно выполняется за считанные секунды с помощью одного шестигранного ключа.
РИСУНОК 6 »Система Arc/LED для веб-сайтов.
Эксимерные лампы
Эксимерные лампы — это тип газоразрядных ламп, излучающих квазимонохроматическое ультрафиолетовое излучение. Хотя эксимерные лампы доступны в различных диапазонах длин волн, наиболее распространенные из них — 172, 222, 308 и 351 нм. Эксимерные лампы с длиной волны 172 нм относятся к вакуумному УФ-диапазону (от 100 до 200 нм), а с длиной волны 222 нм — исключительно к УФ-С (от 200 до 280 нм). Эксимерные лампы с длиной волны 308 нм излучают УФ-В (от 280 до 315 нм), а с длиной волны 351 нм — исключительно к УФ-А (от 315 до 400 нм).
Длина волны вакуумного УФ-излучения 172 нм короче и содержит больше энергии, чем УФ-С; однако, ей сложно проникать глубоко в вещество. Фактически, длина волны 172 нм полностью поглощается в верхних 10–200 нм УФ-формулированных химических составов. В результате эксимерные лампы с длиной волны 172 нм сшивают только внешнюю поверхность УФ-формул и должны использоваться в сочетании с другими устройствами для отверждения. Поскольку длина волны вакуумного УФ-излучения также поглощается воздухом, эксимерные лампы с длиной волны 172 нм должны работать в атмосфере, инертной к азоту.
Большинство эксимерных ламп состоят из кварцевой трубки, служащей диэлектрическим барьером. Трубка заполнена инертными газами, способными образовывать эксимерные или эксиплексные молекулы (рисунок 7). Разные газы производят разные молекулы, и разные возбуждённые молекулы определяют длины волн, излучаемых лампой. Высоковольтный электрод расположен по внутренней длине кварцевой трубки, а заземляющие электроды – по внешней. В лампу подаются импульсы напряжения с высокой частотой. Это заставляет электроны течь внутри внутреннего электрода и разряжаться через газовую смесь к внешним заземляющим электродам. Это научное явление известно как диэлектрический барьерный разряд (ДБР). Проходя через газ, электроны взаимодействуют с атомами и создают заряженные или ионизированные частицы, которые образуют эксимерные или эксиплексные молекулы. Эксимерные и эксиплексные молекулы имеют невероятно короткую продолжительность жизни, и при их переходе из возбуждённого состояния в основное испускаются фотоны квазимонохроматического распределения.
РИСУНОК 7 »Эксимерная лампа
В отличие от ртутных ламп, поверхность кварцевой трубки эксимерной лампы не нагревается. Поэтому большинство эксимерных ламп работают практически без охлаждения. В других случаях требуется небольшое охлаждение, которое обычно обеспечивается азотом. Благодаря термостабильности эксимерные лампы мгновенно включаются и выключаются и не требуют циклов прогрева и охлаждения.
При использовании эксимерных ламп с длиной волны излучения 172 нм в сочетании с квазимонохроматическими системами отверждения УФ-излучением типа А и широкополосными ртутными лампами достигается матирующий эффект поверхности. Сначала светодиодные УФ-излучение типа А используется для гелеобразования химического состава. Затем квазимонохроматические эксимерные лампы используются для полимеризации поверхности, а затем широкополосные ртутные лампы сшивают оставшийся химический состав. Уникальные спектральные характеристики трёх технологий, применяемых на отдельных этапах, обеспечивают эффективные оптические и функциональные эффекты отверждения поверхности, которые невозможно получить ни с одним из источников УФ-излучения по отдельности.
Длины волн эксимеров 172 и 222 нм также эффективны для уничтожения опасных органических веществ и вредных бактерий, что делает эксимерные лампы практичными для очистки поверхностей, дезинфекции и обработки поверхностной энергией.
Срок службы лампы
Что касается срока службы лампы или колбы, дуговые лампы GEW обычно служат до 2000 часов. Срок службы лампы не является абсолютным, поскольку выход УФ-излучения со временем постепенно снижается и зависит от различных факторов. Конструкция и качество лампы, а также условия эксплуатации УФ-системы и реакционная способность состава имеют значение. Правильно спроектированные УФ-системы обеспечивают необходимую мощность и охлаждение, необходимые для конкретной конструкции лампы (колбы).
Лампы (колбы) производства GEW всегда обеспечивают самый длительный срок службы при использовании в системах отверждения GEW. Вторичные поставщики, как правило, производят лампы методом обратного проектирования с образца, и копии могут иметь другие наконечники, диаметр кварца, содержание ртути или газовую смесь, что может влиять на выход УФ-излучения и тепловыделение. Если тепловыделение не сбалансировано с охлаждением системы, снижается как выходная мощность, так и срок службы лампы. Лампы с более низкой температурой излучают меньше УФ-излучения. Лампы с более высокой температурой служат меньше и деформируются при высоких температурах поверхности.
Срок службы электродных дуговых ламп ограничен рабочей температурой лампы, количеством часов работы и количеством запусков. Каждый раз, когда лампа подвергается воздействию высоковольтной дуги во время запуска, вольфрамовый электрод частично изнашивается. В конечном итоге лампа больше не зажигается. Электродные дуговые лампы оснащены затворными механизмами, которые при срабатывании блокируют УФ-излучение, что позволяет избежать многократного включения/выключения лампы. Более реактивные чернила, покрытия и клеи могут продлить срок службы лампы, в то время как менее реактивные составы могут потребовать более частой замены лампы.
Системы на основе УФ-светодиодов по своей природе долговечнее обычных ламп, но срок их службы также не является абсолютным. Как и у обычных ламп, у УФ-светодиодов есть ограничения по интенсивности питания, и, как правило, они должны работать при температуре кристалла ниже 120 °C. Перегрузка и недостаточное охлаждение светодиодов сокращают срок службы, приводя к более быстрой деградации или полному выходу из строя. Не все поставщики систем на основе УФ-светодиодов в настоящее время предлагают конструкции, соответствующие максимальному сроку службы, превышающему 20 000 часов. Более качественные и хорошо обслуживаемые системы прослужат более 20 000 часов, а менее качественные системы выйдут из строя в гораздо более короткие сроки. Хорошая новость заключается в том, что конструкции светодиодных систем продолжают совершенствоваться и служат дольше с каждой новой версией.
Озон
При воздействии более коротких волн ультрафиолетового излучения диапазона C (UVC) на молекулы кислорода (O₂) происходит расщепление молекул кислорода (O₂) на два атома кислорода (O₂). Свободные атомы кислорода (O₂) затем сталкиваются с другими молекулами кислорода (O₂) и образуют озон (O₂). Поскольку трикислород (O₂) менее стабилен на уровне земли, чем дикислород (O₂), озон легко распадается на молекулу кислорода (O₂) и атом кислорода (O₂) при прохождении через атмосферный воздух. Свободные атомы кислорода (O₂) затем рекомбинируют друг с другом в выхлопной системе, образуя молекулы кислорода (O₂).
При промышленной УФ-отверждаемости озон (O3) образуется при взаимодействии атмосферного кислорода с ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 240 нм. Широкополосные источники отверждения на основе паров ртути излучают УФ-излучение типа C в диапазоне от 200 до 280 нм, что частично перекрывает область генерации озона, а эксимерные лампы излучают вакуумный УФ-излучение с длиной волны 172 нм или УФ-излучение типа C в диапазоне 222 нм. Озон, создаваемый ртутными и эксимерными лампами отверждения, нестабилен и не представляет серьёзной экологической опасности, однако его необходимо удалять из непосредственной близости от рабочих, поскольку он вызывает раздражение дыхательных путей и токсичен в высоких концентрациях. Поскольку коммерческие системы отверждения на основе УФ-светодиодов излучают УФ-излучение типа A в диапазоне от 365 до 405 нм, озон не образуется.
Озон имеет запах, похожий на запах металла, горящей проволоки, хлора и электрической искры. Обоняние человека позволяет обнаружить озон в концентрациях от 0,01 до 0,03 частей на миллион (ppm). Хотя это зависит от человека и уровня активности, концентрации выше 0,4 ppm могут привести к неблагоприятным последствиям для дыхательных путей и головным болям. На линиях УФ-сушки следует установить надлежащую вентиляцию, чтобы ограничить воздействие озона на рабочих.
Системы УФ-отверждения, как правило, предназначены для удержания отработанного воздуха на выходе из ламп, что позволяет отводить его по воздуховодам вдали от оператора и за пределы здания, где он естественным образом разлагается под воздействием кислорода и солнечного света. В качестве альтернативы, безозоновые лампы содержат кварцевую добавку, которая блокирует волны, генерирующие озон, и предприятия, желающие избежать прокладки воздуховодов или проделывания отверстий в крыше, часто устанавливают фильтры на выходе вытяжных вентиляторов.
Время публикации: 19 июня 2024 г.
