Пары ртути, светодиоды (LED) и эксимер представляют собой отдельные технологии ламп УФ-отверждения. Хотя все три используются в различных процессах фотополимеризации для сшивания чернил, покрытий, клеев и экструзии, механизмы генерации излучаемой УФ-энергии, а также характеристики соответствующего спектрального выхода совершенно различны. Понимание этих различий играет важную роль в разработке приложений и рецептур, выборе источника УФ-отверждения и интеграции.
Ртутные лампы
И электродуговые лампы, и безэлектродные микроволновые лампы относятся к категории паров ртути. Ртутные лампы — это тип газоразрядных ламп среднего давления, в которых небольшое количество элементарной ртути и инертного газа испаряется в плазму внутри герметичной кварцевой трубки. Плазма — это невероятно высокотемпературный ионизированный газ, способный проводить электричество. Его производят путем приложения электрического напряжения между двумя электродами внутри дуговой лампы или путем нагревания безэлектродной лампы в микроволновой печи внутри корпуса или полости, по своей концепции аналогичной бытовой микроволновой печи. После испарения ртутная плазма излучает свет широкого спектра в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах.
В случае электрической дуговой лампы приложенное напряжение подает питание на герметичную кварцевую трубку. Эта энергия испаряет ртуть в плазму и высвобождает электроны из испаренных атомов. Часть электронов (-) течет к положительному вольфрамовому электроду или аноду (+) лампы и попадает в электрическую цепь УФ-системы. Атомы с новыми недостающими электронами становятся катионами с положительной энергией (+), которые текут к отрицательно заряженному вольфрамовому электроду или катоду лампы (-). При движении катионы ударяются о нейтральные атомы газовой смеси. Удар переносит электроны от нейтральных атомов к катионам. Когда катионы присоединяют электроны, они переходят в состояние с более низкой энергией. Разница в энергии разряжается в виде фотонов, которые излучаются наружу из кварцевой трубки. При условии, что лампа питается соответствующим образом, правильно охлаждается и работает в течение всего срока службы, постоянный запас вновь созданных катионов (+) тяготеет к отрицательному электроду или катоду (-), поражая большее количество атомов и производя непрерывное излучение ультрафиолетового света. Микроволновые лампы работают аналогичным образом, за исключением того, что микроволны, также известные как радиочастоты (РЧ), заменяют электрическую цепь. Поскольку микроволновые лампы не имеют вольфрамовых электродов и представляют собой просто герметичную кварцевую трубку, содержащую ртуть и инертный газ, их обычно называют безэлектродными.
УФ-излучение широкополосных или широкоспектральных ртутных ламп охватывает ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные длины волн примерно в равной пропорции. Ультрафиолетовая часть включает в себя смесь 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-излучение с длиной волны ниже 240 нм, генерируют озон и требуют вытяжки или фильтрации.
Спектральный выход ртутной лампы можно изменить, добавив небольшое количество 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 приобретении катионами электронов. Лампы с добавлением металлов называются легированными, аддитивными и металлогалогенными. Большинство УФ-чернил, покрытий, клеев и экструзионных изделий разработаны так, чтобы соответствовать мощности стандартных ламп, легированных ртутью (Hg) или железом (Fe). Лампы, легированные железом, смещают часть УФ-излучения в более длинные, почти видимые длины волн, что приводит к лучшему проникновению через более густые и сильно пигментированные составы. УФ-составы, содержащие диоксид титана, имеют тенденцию лучше отверждаться с помощью ламп, легированных 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 обычно не поглощают свет с длиной волны более 380 нм, использование галлиевых ламп с белым составом позволяет поглощать больше УФ-энергии фотоинициаторами, чем добавками.
Спектральные профили предоставляют разработчикам рецептур и конечным пользователям визуальное представление о том, как излучаемая мощность лампы конкретной конструкции распределяется по электромагнитному спектру. Хотя испаренная ртуть и примеси металлов имеют определенные радиационные характеристики, точная смесь элементов и инертных газов внутри кварцевой трубки, а также конструкция лампы и конструкция системы отверждения - все это влияет на выход УФ-излучения. Спектральный выходной сигнал невстроенной лампы, запитанной и измеренный поставщиком лампы на открытом воздухе, будет иметь другой спектральный выходной сигнал, чем у лампы, установленной в головке лампы с правильно спроектированным отражателем и охлаждением. Спектральные профили легко доступны у поставщиков УФ-систем и полезны при разработке рецептур и выборе ламп.
Общий спектральный профиль отображает спектральную освещенность по оси y и длину волны по оси x. Спектральная освещенность может отображаться несколькими способами, включая абсолютные значения (например, Вт/см2/нм) или произвольные, относительные или нормализованные (безразмерные) меры. Профили обычно отображают информацию в виде линейной диаграммы или гистограммы, которая группирует выходные данные в полосы шириной 10 нм. Следующий график спектрального выходного сигнала ртутной дуговой лампы показывает относительную освещенность в зависимости от длины волны для систем GEW (рис. 1).
РИСУНОК 1 »Диаграммы спектрального выхода ртути и железа.
Лампа — это термин, используемый для обозначения кварцевой трубки, излучающей УФ-излучение, в Европе и Азии, в то время как жители Северной и Южной Америки, как правило, используют взаимозаменяемую смесь лампочки и лампы. Лампа и головка лампы относятся к полной сборке, в которой находится кварцевая трубка и все другие 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 (лампочку), отражатель, металлический корпус или корпус, затвор в сборе, а иногда и кварцевое окно или проволочную защиту. Компания GEW устанавливает кварцевые трубки, отражатели и механизмы затвора внутри кассетных сборок, которые можно легко снять с внешнего корпуса или корпуса лампы. Удаление кассеты GEW обычно выполняется за несколько секунд с помощью одного шестигранного ключа. Поскольку мощность УФ-излучения, общий размер и форма головки лампы, характеристики системы и потребности во вспомогательном оборудовании различаются в зависимости от применения и рынка, системы электродуговых ламп обычно разрабатываются для определенной категории применений или аналогичных типов машин.
Ртутные лампы излучают свет на 360° из кварцевой трубки. В системах с дуговыми лампами используются отражатели, расположенные по бокам и сзади лампы, чтобы улавливать и фокусировать больше света на заданном расстоянии перед головкой лампы. Это расстояние известно как фокус, и именно здесь излучение наибольшее. Дуговые лампы обычно излучают мощность в диапазоне от 5 до 12 Вт/см2 в фокусе. Поскольку около 70% УФ-излучения головки лампы исходит от отражателя, важно содержать отражатели в чистоте и периодически заменять их. Неочистка или замена отражателей часто приводит к недостаточному отверждению.
На протяжении более 30 лет GEW повышает эффективность своих систем отверждения, настраивая функции и производительность для удовлетворения потребностей конкретных приложений и рынков, а также разрабатывает большой портфель интеграционных аксессуаров. В результате сегодняшние коммерческие предложения GEW включают в себя компактные конструкции корпуса, отражатели, оптимизированные для большего отражения УФ-излучения и уменьшения инфракрасного излучения, тихие встроенные механизмы затвора, юбки и прорези полотна, грейферную подачу полотна, инерцию азота, головки с положительным давлением, сенсорный экран. интерфейс оператора, полупроводниковые источники питания, повышенная эксплуатационная эффективность, мониторинг УФ-излучения и удаленный мониторинг системы.
Когда работают электродные лампы среднего давления, температура поверхности кварца составляет от 600 ° C до 800 ° C, а внутренняя температура плазмы составляет несколько тысяч градусов по Цельсию. Принудительная вентиляция является основным средством поддержания правильной рабочей температуры лампы и удаления части излучаемой инфракрасной энергии. GEW подает этот воздух отрицательно; это означает, что воздух проходит через корпус, вдоль отражателя и лампы и выбрасывается из узла в сторону от машины или поверхности отверждения. Некоторые системы GEW, такие как E4C, используют жидкостное охлаждение, что обеспечивает немного большую мощность УФ-излучения и уменьшает общий размер головки лампы.
Электродные дуговые лампы имеют циклы прогрева и остывания. Лампы горят с минимальным охлаждением. Это позволяет ртутной плазме подняться до желаемой рабочей температуры, производить свободные электроны и катионы и обеспечивать протекание тока. Когда головка лампы выключена, охлаждение продолжается в течение нескольких минут, чтобы равномерно охладить кварцевую трубку. Слишком теплая лампа не зажжется повторно и должна продолжать остывать. Длительность цикла запуска и остывания, а также ухудшение характеристик электродов во время каждого включения напряжения являются причиной того, что механизмы пневматического затвора всегда встроены в сборки электродуговых ламп GEW. На рисунке 2 показаны электродные дуговые лампы с воздушным (E2C) и жидкостным охлаждением (E4C).
РИСУНОК 2 »Дуговые лампы с жидкостным (E4C) и воздушным охлаждением (E2C).
УФ светодиодные лампы
Полупроводники — это твердые кристаллические материалы, обладающие некоторой проводимостью. Электричество протекает через полупроводник лучше, чем через изолятор, но не так хорошо, как через металлический проводник. Встречающиеся в природе, но довольно неэффективные полупроводники включают элементы кремний, германий и селен. Синтетически изготовленные полупроводники, рассчитанные на высокую производительность и эффективность, представляют собой сложные материалы с примесями, точно пропитанными внутри кристаллической структуры. В случае УФ-светодиодов обычно используется нитрид алюминия-галлия (AlGaN).
Полупроводники имеют основополагающее значение для современной электроники и используются для изготовления транзисторов, диодов, светодиодов и микропроцессоров. Полупроводниковые устройства интегрируются в электрические цепи и монтируются внутри таких продуктов, как мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты, бытовая техника, самолеты, автомобили, пульты дистанционного управления и даже детские игрушки. Эти крошечные, но мощные компоненты обеспечивают функциональность повседневных продуктов, а также позволяют им быть компактными, тонкими, легкими и доступными.
В особом случае светодиодов точно спроектированные и изготовленные полупроводниковые материалы излучают относительно узкие полосы длин волн света при подключении к источнику питания постоянного тока. Свет генерируется только тогда, когда ток течет от положительного анода (+) к отрицательному катоду (-) каждого светодиода. Поскольку мощность светодиодов быстро и легко контролируется и является квазимонохромной, светодиоды идеально подходят для использования в качестве: индикаторных ламп; инфракрасные сигналы связи; подсветка для телевизоров, ноутбуков, планшетов и смартфонов; электронные вывески, рекламные щиты и джамботроны; и УФ-отверждение.
Светодиод представляет собой положительно-отрицательный переход (pn-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 соединения, где встречаются две стороны, известная как зона истощения, не является проводящей. Когда положительная (+) клемма источника питания постоянного тока (DC) подключена к аноду (+) светодиода, а отрицательная (-) клемма источника подключена к катоду (-), отрицательно заряженные электроны в катоде, а положительно заряженные электронные вакансии в аноде отталкиваются источником энергии и выталкиваются в сторону зоны обеднения. Это прямое смещение, и оно приводит к преодолению непроводящей границы. В результате свободные электроны в области n-типа пересекаются и заполняют вакансии в области p-типа. Когда электроны пересекают границу, они переходят в состояние с более низкой энергией. Соответствующее падение энергии выделяется из полупроводника в виде фотонов света.
Материалы и примеси, образующие кристаллическую структуру светодиода, определяют спектральную мощность. Сегодня коммерчески доступные светодиодные источники отверждения имеют мощность ультрафиолетового излучения с длиной волны 365, 385, 395 и 405 нм, типичный допуск ±5 нм и гауссово спектральное распределение. Чем больше пиковая спектральная освещенность (Вт/см2/нм), тем выше пик колоколообразной кривой. Хотя разработка UVC в диапазоне длин волн от 275 до 285 нм продолжается, производительность, срок службы, надежность и стоимость еще не являются коммерчески выгодными для систем и приложений отверждения.
Поскольку мощность УФ-светодиодов в настоящее время ограничена более длинными длинами волн UVA, система отверждения УФ-светодиодами не излучает широкополосный спектральный выход, характерный для ртутных ламп среднего давления. Это означает, что системы отверждения УФ-светодиодами не излучают UVC, UVB, большую часть видимого света и тепловыделяющие инфракрасные волны. Хотя это позволяет использовать системы отверждения УФ-светодиодами в более чувствительных к теплу приложениях, существующие чернила, покрытия и клеи, разработанные для ртутных ламп среднего давления, должны быть переработаны для систем отверждения УФ-светодиодами. К счастью, поставщики химикатов все чаще предлагают продукты двойного действия. Это означает, что состав двойного отверждения, предназначенный для отверждения с помощью УФ-светодиодной лампы, также будет отверждаться с помощью ртутной лампы (рис. 3).
РИСУНОК 3 »Диаграмма спектральной мощности светодиода.
Системы отверждения УФ-светодиодами GEW излучают мощность до 30 Вт/см2 на излучающем окне. В отличие от электродуговых ламп, системы отверждения УФ-светодиодами не содержат отражателей, направляющих лучи света в концентрированный фокус. В результате пиковое излучение УФ-светодиодов возникает вблизи излучающего окна. Испускаемые УФ-светодиодами лучи расходятся друг от друга по мере увеличения расстояния между головкой лампы и обрабатываемой поверхностью. Это снижает концентрацию света и величину излучения, достигающего отверждаемой поверхности. Хотя пиковое излучение важно для сшивки, все более высокая интенсивность излучения не всегда выгодна и может даже препятствовать увеличению плотности сшивки. Длина волны (нм), интенсивность излучения (Вт/см2) и плотность энергии (Дж/см2) играют решающую роль в отверждении, и их совокупное влияние на отверждение следует правильно понимать при выборе источника УФ-светодиодов.
Светодиоды являются ламбертовскими источниками. Другими словами, каждый УФ-светодиод излучает равномерный свет вперед по всей полусфере размером 360° x 180°. Многочисленные УФ-светодиоды, каждый размером порядка квадратного миллиметра, расположены в один ряд, в матрицу из строк и столбцов или в какую-либо другую конфигурацию. Эти узлы, известные как модули или массивы, спроектированы с таким расстоянием между светодиодами, которое обеспечивает смешение зазоров и облегчает охлаждение диодов. Затем несколько модулей или массивов объединяются в более крупные сборки, образуя системы УФ-отверждения различного размера (рис. 4 и 5). Дополнительные компоненты, необходимые для создания системы отверждения УФ-светодиодами, включают радиатор, излучающее окно, электронные драйверы, источники питания постоянного тока, систему жидкостного охлаждения или охладитель, а также человеко-машинный интерфейс (HMI).
РИСУНОК 4 »Система LeoLED для Интернета.
РИСУНОК 5 »Система LeoLED для высокоскоростных многоламповых установок.
Поскольку системы отверждения УФ-светодиодами не излучают инфракрасные волны. По своей сути они передают меньше тепловой энергии на поверхность отверждения, чем ртутные лампы, но это не означает, что УФ-светодиоды следует рассматривать как технологию холодного отверждения. Системы отверждения УФ-светодиодами могут излучать очень высокие пиковые лучи, а длины волн ультрафиолета являются формой энергии. Любой продукт, не поглощенный химическими веществами, будет нагревать основную часть или подложку, а также окружающие компоненты машины.
УФ-светодиоды также являются электрическими компонентами, неэффективность которых обусловлена конструкцией и изготовлением необработанных полупроводников, а также методами производства и компонентами, используемыми для упаковки светодиодов в более крупный блок отверждения. В то время как температура ртутной кварцевой трубки во время работы должна поддерживаться в пределах 600–800 °C, температура pn-перехода светодиода должна оставаться ниже 120 °C. Только 35-50% электроэнергии, питающей матрицу УФ-светодиодов, преобразуется в ультрафиолетовое излучение (в значительной степени зависящее от длины волны). Остальное преобразуется в тепловое тепло, которое необходимо удалить, чтобы поддерживать желаемую температуру перехода и обеспечивать заданную освещенность системы, плотность энергии и однородность, а также длительный срок службы. Светодиоды по своей сути являются долговечными твердотельными устройствами, и интеграция светодиодов в более крупные сборки с правильно спроектированными и обслуживаемыми системами охлаждения имеет решающее значение для достижения долгосрочных характеристик. Не все системы УФ-отверждения одинаковы, а неправильно спроектированные и охлажденные системы УФ-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 тревога по поводу внедрения, а также скептицизм в отношении производительности. Потенциальные пользователи часто откладывают внедрение до тех пор, пока не сформируется хорошо зарекомендовавшая себя база установки, не будут опубликованы тематические исследования, не начнут массово распространяться положительные отзывы и/или они не получат непосредственный 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 к новому. Не помогает и то, что истории успеха, как правило, остаются в строжайшем секрете, поскольку ранние последователи не хотят, чтобы конкуренты реализовали сопоставимые преимущества. В результате как реальные, так и преувеличенные истории разочарования иногда могут эхом отразиться на рынке, маскируя истинные достоинства новой технологии и еще больше задерживая ее внедрение.
На протяжении всей истории, вопреки неохотному внедрению, гибридные конструкции часто использовались в качестве переходного моста между традиционными и новыми технологиями. Гибриды позволяют пользователям обрести уверенность и самим определять, как и когда следует использовать новые продукты или методы, не жертвуя при этом текущими возможностями. В случае УФ-отверждения гибридная система позволяет пользователям быстро и легко переключаться между ртутными лампами и светодиодной технологией. Для линий с несколькими станциями отверждения гибридные машины позволяют использовать 100% светодиодов, 100% ртутных паров или любое сочетание этих двух технологий, необходимое для конкретной работы.
GEW предлагает гибридные системы дуги и светодиодов для веб-конвертеров. Решение было разработано для крупнейшего рынка узкорулонной этикетки GEW, но гибридный дизайн также используется в других веб- и невеб-приложениях (рис. 6). Дуга/светодиод имеет общий корпус ламповой головки, в котором можно разместить как ртутную кассету, так и светодиодную кассету. Обе кассеты оснащены универсальной системой питания и управления. Интеллектуальная система позволяет различать типы кассет и автоматически обеспечивать необходимое питание, охлаждение и интерфейс оператора. Снятие или установка кассет ртутных паров или светодиодов GEW обычно выполняется в течение нескольких секунд с помощью одного шестигранного ключа.
РИСУНОК 6 »Система Arc/LED для Интернета.
Эксимерные лампы
Эксимерные лампы — это разновидность газоразрядной лампы, излучающей квазимонохроматическую ультрафиолетовую энергию. Хотя эксимерные лампы доступны с разными длинами волн, общая мощность ультрафиолетового излучения сосредоточена на длинах волн 172, 222, 308 и 351 нм. Эксимерные лампы с длиной волны 172 нм относятся к вакуумному УФ-диапазону (от 100 до 200 нм), а 222 нм — исключительно к УФ-диапазону (от 200 до 280 нм). Эксимерные лампы с длиной волны 308 нм излучают UVB (от 280 до 315 нм), а 351 нм — сплошной UVA (от 315 до 400 нм).
Волны вакуумного УФ-излучения с длиной волны 172 нм короче и содержат больше энергии, чем UVC; однако им трудно проникнуть очень глубоко в вещества. Фактически, волны с длиной волны 172 нм полностью поглощаются в диапазоне от 10 до 200 нм химических веществ, созданных с помощью УФ-излучения. В результате эксимерные лампы с длиной волны 172 нм сшивают только внешнюю поверхность УФ-препаратов, и их необходимо интегрировать в сочетании с другими устройствами для отверждения. Поскольку длины волн вакуумного УФ-излучения также поглощаются воздухом, эксимерные лампы с длиной волны 172 нм должны работать в атмосфере, инертной азотом.
Большинство эксимерных ламп состоят из кварцевой трубки, служащей диэлектрическим барьером. Трубка заполнена инертными газами, способными образовывать эксимерные или эксиплексные молекулы (рис. 7). Разные газы производят разные молекулы, и разные возбужденные молекулы определяют, какие длины волн излучаются лампой. Высоковольтный электрод проходит по внутренней длине кварцевой трубки, а заземляющие электроды проходят по внешней длине. На лампу подается импульсное напряжение на высоких частотах. Это заставляет электроны течь внутри внутреннего электрода и разряжаться через газовую смесь к внешним заземляющим электродам. Это научное явление известно как диэлектрический барьерный разряд (ДБД). Когда электроны проходят через газ, они взаимодействуют с атомами и создают возбужденные или ионизированные частицы, которые производят эксимерные или эксиплексные молекулы. Молекулы эксимеров и эксиплексов имеют невероятно короткую жизнь, и при их распаде из возбужденного состояния в основное испускаются фотоны квазимонохроматического распределения.
РИСУНОК 7 »Эксимерная лампа
В отличие от ртутных ламп, поверхность кварцевой трубки эксимерной лампы не нагревается. В результате большинство эксимерных ламп работают практически без охлаждения. В других случаях требуется низкий уровень охлаждения, который обычно обеспечивается газообразным азотом. Благодаря термостабильности лампы эксимерные лампы мгновенно включаются и выключаются и не требуют циклов прогрева или охлаждения.
Когда эксимерные лампы с длиной волны 172 нм интегрируются в сочетании как с квазимонохроматическими системами отверждения UVA-LED, так и с широкополосными ртутными лампами, создаются эффекты матирующей поверхности. Светодиодные лампы UVA сначала используются для гелеобразования. Затем для полимеризации поверхности используются квазимонохроматические эксимерные лампы, и, наконец, широкополосные ртутные лампы сшивают остальную химию. Уникальные спектральные характеристики трех технологий, применяемых на отдельных этапах, обеспечивают полезные оптические и функциональные эффекты отверждения поверхности, которые невозможно достичь с помощью одного из источников УФ-излучения в отдельности.
Эксимерные длины волн 172 и 222 нм также эффективны для уничтожения опасных органических веществ и вредных бактерий, что делает эксимерные лампы практичными для очистки, дезинфекции и поверхностной энергетической обработки.
Срок службы лампы
Что касается срока службы лампы или колбы, то дуговые лампы GEW обычно составляют до 2000 часов. Срок службы лампы не является абсолютным, поскольку мощность УФ-излучения постепенно снижается с течением времени и зависит от различных факторов. Имеет значение конструкция и качество лампы, а также состояние работы УФ-системы и реакционная способность состава. Правильно спроектированные УФ-системы обеспечивают необходимую мощность и охлаждение, необходимые для конкретной конструкции лампы (лампочки).
Лампы (лампочки), поставляемые GEW, всегда обеспечивают самый длительный срок службы при использовании в системах отверждения GEW. Вторичные источники питания обычно перепроектировали лампу на основе образца, и копии могут не содержать одинаковый концевой фитинг, диаметр кварца, содержание ртути или газовую смесь, что может повлиять на выход УФ-излучения и выделение тепла. Когда выделение тепла не сбалансировано с охлаждением системы, снижается мощность и срок службы лампы. Лампы, которые работают при более низкой температуре, излучают меньше ультрафиолета. Лампы, которые нагреваются сильнее, служат меньше и деформируются при высоких температурах поверхности.
Срок службы электродуговых ламп ограничен рабочей температурой лампы, количеством часов работы, а также количеством пусков или зажжений. Каждый раз, когда во время запуска лампы зажигается высоковольтная дуга, часть вольфрамового электрода изнашивается. В конце концов, лампа не зажжется повторно. Электродные дуговые лампы оснащены механизмами затвора, которые при включении блокируют выход УФ-излучения в качестве альтернативы многократному циклическому включению мощности лампы. Использование более реактивных чернил, покрытий и клеев может привести к увеличению срока службы лампы; тогда как менее реактивные составы могут потребовать более частой замены лампы.
Системы УФ-светодиодов по своей сути более долговечны, чем обычные лампы, но срок службы УФ-светодиодов также не является абсолютным. Как и в случае с обычными лампами, УФ-светодиоды имеют ограничения по мощности и обычно должны работать при температуре перехода ниже 120 °C. Перегрузка светодиодов и недостаточное охлаждение светодиодов поставят под угрозу срок их службы, что приведет к более быстрой деградации или катастрофическому выходу из строя. Не все поставщики систем УФ-светодиодов в настоящее время предлагают конструкции, которые соответствуют максимально установленному сроку службы, превышающему 20 000 часов. Лучше спроектированные и обслуживаемые системы прослужат более 20 000 часов, а худшие системы выйдут из строя в гораздо более короткие сроки. Хорошей новостью является то, что конструкции светодиодных систем продолжают улучшаться и служат дольше с каждой итерацией дизайна.
Озон
Когда более короткие волны UVC воздействуют на молекулы кислорода (O2), они заставляют молекулы кислорода (O2) расщепляться на два атома кислорода (O). Свободные атомы кислорода (О) затем сталкиваются с другими молекулами кислорода (О2) и образуют озон (О3). Поскольку трикислород (O3) менее стабилен на уровне земли, чем дикислород (O2), озон легко превращается в молекулу кислорода (O2) и атом кислорода (O) при дрейфе в атмосферном воздухе. Свободные атомы кислорода (O) затем рекомбинируют друг с другом в выхлопной системе, образуя молекулы кислорода (O2).
При промышленной УФ-отверждении озон (O3) образуется при взаимодействии атмосферного кислорода с ультрафиолетовыми волнами с длиной волны ниже 240 нм. Широкополосные источники отверждения парами ртути излучают УФ-излучение с длиной волны от 200 до 280 нм, что перекрывает часть области генерации озона, а эксимерные лампы излучают вакуумное УФ-излучение с длиной волны 172 нм или УФ-излучение с длиной волны 222 нм. Озон, создаваемый парами ртути и эксимерными лампами для отверждения, нестабилен и не представляет серьезной экологической проблемы, но необходимо удалить его из непосредственной близости от рабочих, поскольку он раздражает дыхательные пути и токсичен при высоких концентрациях. Поскольку коммерческие системы отверждения УФ-светодиодами излучают излучение UVA с длиной волны от 365 до 405 нм, озон не образуется.
Озон имеет запах, похожий на запах металла, горящей проволоки, хлора и электрической искры. Обонятельные органы человека могут обнаружить озон в концентрации всего от 0,01 до 0,03 частей на миллион (ppm). Хотя это зависит от человека и уровня активности, концентрации, превышающие 0,4 ppm, могут привести к неблагоприятным последствиям для дыхательных путей и головным болям. На линиях УФ-отверждения должна быть установлена соответствующая вентиляция, чтобы ограничить воздействие озона на работников.
Системы УФ-отверждения обычно проектируются так, чтобы удерживать отработанный воздух, когда он выходит из головок лампы, чтобы его можно было отвести от операторов и за пределы здания, где он естественным образом разлагается в присутствии кислорода и солнечного света. Альтернативно, безозоновые лампы содержат кварцевую добавку, которая блокирует волны, генерирующие озон, а предприятия, желающие избежать прокладки воздуховодов или вырезания отверстий в крыше, часто используют фильтры на выходе вытяжных вентиляторов.
Время публикации: 19 июня 2024 г.
