Пары ртути, светодиоды (LED) и эксимерные лампы — это разные технологии УФ-отверждения. Хотя все три используются в различных процессах фотополимеризации для сшивания чернил, покрытий, клеев и экструзионных материалов, механизмы генерации излучаемой УФ-энергии, а также характеристики соответствующего спектрального излучения совершенно различны. Понимание этих различий имеет решающее значение при разработке применений и рецептур, выборе источников УФ-отверждения и их интеграции.
Ртутные лампы
Как дуговые лампы с электродами, так и безэлектродные микроволновые лампы относятся к категории ртутных паровых ламп. Ртутные паровые 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 ионизированный газ с невероятно высокой температурой, способный проводить электричество. Она образуется путем приложения электрического напряжения между двумя электродами внутри дуговой лампы или путем нагрева безэлектродной лампы в замкнутом объеме или полости, аналогичной по принципу бытовой микроволновой печи. После испарения ртутная плазма излучает свет широкого спектра в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах длин волн.
В случае электрической дуговой лампы приложенное напряжение питает герметичную кварцевую трубку. Эта энергия испаряет ртуть, превращая её в плазму, и высвобождает электроны из испаренных атомов. Часть электронов (-) течёт к положительному вольфрамовому электроду или аноду лампы (+) и в электрическую цепь УФ-системы. Атомы с вновь появившимися электронами становятся положительно заряженными катионами (+), которые текут к отрицательно заряженному вольфрамовому электроду или катоду лампы (-). При движении катионы сталкиваются с нейтральными атомами в газовой смеси. В результате столкновения электроны переходят от нейтральных атомов к катионам. По мере того, как катионы получают электроны, они переходят в состояние с более низкой энергией. Разница энергий разряжается в виде фотонов, излучаемых из кварцевой трубки. При условии, что лампа имеет соответствующее питание, правильно охлаждается и работает в течение всего срока службы, постоянный приток вновь образованных катионов (+) притягивается к отрицательному электроду или катоду (-), сталкиваясь с большим количеством атомов и вызывая непрерывное излучение УФ-света. Микроволновые лампы работают по аналогичному принципу, 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.
Излучение ультрафиолета широкополосными ртутными лампами охватывает ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны длин волн в приблизительно равных пропорциях. Ультрафиолетовая составляющая включает в себя смесь UVC (200–280 нм), UVB (280–315 нм), UVA (315–400 нм) и UVV (400–450 нм). Лампы, излучающие UVC с длиной волны ниже 240 нм, генерируют озон и требуют вытяжки или фильтрации.
Спектральный выход ртутной лампы можно изменить, добавив небольшие количества 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, выделяемую при приобретении электронов катионами. Лампы с добавленными металлами называются легированными, аддитивными и металлогалогенидными. Большинство УФ-чернил, покрытий, клеев и экструзионных материалов разработаны таким образом, чтобы соответствовать выходному сигналу стандартных ртутных (Hg) или железосодержащих (Fe) ламп. Железосодержащие лампы смещают часть УФ-излучения в сторону более длинных волн, близких к видимому спектру, что приводит к лучшему проникновению через более густые, сильно пигментированные составы. УФ-составы, содержащие диоксид титана, лучше отверждаются при использовании галлиевых (GA) ламп. 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 выше 380 нм, использование галлиевых ламп с белыми составами позволяет фотоинициаторам поглощать больше УФ-энергии, чем добавкам.
Спектральные профили предоставляют разработчикам рецептур и конечным пользователям визуальное представление о распределении излучаемого излучения для конкретной конструкции лампы по электромагнитному спектру. Хотя испаренная ртуть и добавленные металлы имеют определенные характеристики излучения, точное соотношение элементов и инертных газов внутри кварцевой трубки, а также конструкция лампы и система отверждения влияют на УФ-излучение. Спектральное излучение неинтегрированной лампы, питаемой и измеряемой поставщиком ламп на открытом воздухе, будет отличаться от спектра излучения лампы, установленной внутри головки лампы с правильно спроектированным отражателем и охлаждением. Спектральные профили легко доступны у поставщиков УФ-систем и полезны при разработке рецептур и выборе ламп.
На стандартном спектральном графике по оси Y откладывается спектральная освещенность, а по оси X — длина волны. Спектральная освещенность может отображаться несколькими способами, включая абсолютное значение (например, Вт/см²/нм) или произвольные, относительные или нормированные (безразмерные) значения. Обычно информация отображается в виде линейного графика или столбчатой диаграммы, группирующей излучение в полосы по 10 нм. На следующем графике спектральной освещенности ртутной дуговой лампы показана относительная освещенность в зависимости от длины волны для систем GEW (рисунок 1).
РИСУНОК 1 »Спектральные диаграммы излучения 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 обычно используется взаимозаменяемое сочетание «лампочка» и «светильник». Термины «лампа» и «светильниковая головка» обозначают весь узел, в котором размещается кварцевая трубка и все остальные механические и электрические компоненты.
Электродные дуговые лампы
Системы электродуговых ламп состоят из ламповой головки, охлаждающего вентилятора или чиллера, источника питания и человеко-машинного интерфейса (HMI). Ламповая головка включает в себя лампу (колбу), отражатель, металлический корпус, затвор и иногда кварцевое окно или проволочную защиту. Компания GEW устанавливает свои кварцевые трубки, отражатели и механизмы затвора внутри кассетных узлов, которые легко снимаются с внешнего корпуса ламповой головки. Снятие кассеты GEW обычно занимает несколько секунд с помощью одного шестигранного ключа. Поскольку мощность УФ-излучения, общий размер и форма ламповой головки, характеристики системы и потребности во вспомогательном оборудовании различаются в зависимости от области применения и рынка, системы электродуговых ламп, как правило, разрабатываются для определенной категории применений или аналогичных типов оборудования.
Ртутные лампы излучают свет на 360° из кварцевой трубки. В дуговых лампах используются отражатели, расположенные по бокам и сзади лампы, для захвата и фокусировки большей части света на определенном расстоянии перед головкой лампы. Это расстояние называется фокусом и соответствует точке наибольшей интенсивности излучения. Дуговые лампы обычно излучают в фокусе от 5 до 12 Вт/см². Поскольку около 70% УФ-излучения от головки лампы приходится на отражатель, важно содержать отражатели в чистоте и периодически заменять их. Недостаточная очистка или замена отражателей является распространенной причиной недостаточного отверждения.
На протяжении более 30 лет компания GEW совершенствует эффективность своих систем отверждения, адаптируя функции и производительность к потребностям конкретных применений и рынков, а также разрабатывая широкий ассортимент интеграционных аксессуаров. В результате, сегодня коммерческие предложения GEW включают в себя компактные корпуса, отражатели, оптимизированные для большего отражения УФ-излучения и уменьшения инфракрасного излучения, бесшумные встроенные механизмы затворов, боковые и щелевые элементы полотна, систему подачи полотна типа «ракушка», азотную инертную среду, головки с избыточным давлением, сенсорный интерфейс оператора, твердотельные источники питания, повышенную эффективность работы, контроль УФ-излучения и дистанционный мониторинг системы.
При работе ламп со средним давлением электродов температура кварцевой поверхности составляет от 600 до 800 °C, а внутренняя температура плазмы достигает нескольких тысяч градусов Цельсия. Принудительная подача воздуха является основным способом поддержания правильной рабочей температуры лампы и удаления части излучаемой инфракрасной энергии. В системах GEW подача воздуха осуществляется с отрицательным давлением; это означает, что воздух затягивается через корпус, вдоль отражателя и лампы, и выводится из узла, подальше от машины или поверхности отверждения. Некоторые системы GEW, такие как E4C, используют жидкостное охлаждение, что позволяет немного увеличить мощность УФ-излучения и уменьшить общий размер головки лампы.
Электродные дуговые лампы имеют циклы нагрева и охлаждения. Лампы зажигаются с минимальным охлаждением. Это позволяет ртутной плазме подняться до желаемой рабочей температуры, произвести свободные электроны и катионы и обеспечить протекание тока. Когда головка лампы выключается, охлаждение продолжается в течение нескольких минут для равномерного охлаждения кварцевой трубки. Слишком нагретая лампа не будет зажигаться повторно и должна продолжать охлаждаться. Длительность цикла запуска и охлаждения, а также деградация электродов во время каждого импульса напряжения являются причиной того, почему в сборки электродных дуговых ламп GEW всегда интегрируются пневматические затворные механизмы. На рисунке 2 показаны электродные дуговые лампы с воздушным (E2C) и жидкостным (E4C) охлаждением.
РИСУНОК 2 »Дуговые лампы с жидкостным (E4C) и воздушным (E2C) охлаждением электродов.
УФ-светодиодные лампы
Полупроводники — это твердые кристаллические материалы, обладающие некоторой проводимостью. Электрический ток протекает 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. Синтетически изготовленные полупроводники, предназначенные для повышения производительности и эффективности, представляют собой составные материалы с примесями, точно внедренными в кристаллическую структуру. В случае УФ-светодиодов широко используется нитрид алюминия-галлия (AlGaN).
Полупроводники являются основой современной электроники и используются для создания транзисторов, диодов, светодиодов и микропроцессоров. Полупроводниковые устройства интегрируются в электрические цепи и устанавливаются внутри таких изделий, как мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты, бытовая техника, самолеты, автомобили, пульты дистанционного управления и даже детские игрушки. Эти крошечные, но мощные компоненты обеспечивают функционирование повседневных устройств, а также позволяют создавать более компактные, тонкие, легкие и доступные по цене изделия.
В случае светодиодов, точно спроектированные и изготовленные полупроводниковые материалы излучают относительно узкие полосы длин волн света при подключении к источнику постоянного тока. Свет генерируется только тогда, когда ток течет от положительного анода (+) к отрицательному катоду (-) каждого светодиода. Поскольку выходной сигнал светодиодов быстро и легко регулируется и является квазимонохроматическим, светодиоды идеально подходят для использования в качестве: индикаторных ламп; инфракрасных сигналов связи; подсветки для телевизоров, ноутбуков, планшетов и смартфонов; электронных вывесок, рекламных щитов и больших экранов; а также для УФ-отверждения.
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 относительно проводящие, граница перехода, где встречаются две стороны, известная как обедненная зона, не является проводящей. 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 в сторону обедненной зоны. Это прямое смещение, и оно приводит к преодолению непроводящей границы. В результате свободные электроны в n-области пересекают границу и заполняют вакансии в p-области. По мере того, как электроны пересекают границу, они переходят в состояние с более низкой энергией. Соответствующее падение энергии высвобождается из полупроводника в виде фотонов света.
Материалы и легирующие добавки, формирующие кристаллическую структуру светодиода, определяют спектральный выходной сигнал. Сегодня коммерчески доступные светодиодные источники для полимеризации имеют ультрафиолетовое излучение с центрами на длинах волн 365, 385, 395 и 405 нм, типичным допуском ±5 нм и гауссовым спектральным распределением. Чем выше пиковая спектральная интенсивность излучения (Вт/см²/нм), тем выше пик колоколообразной кривой. Хотя разработка УФ-излучения в диапазоне 275–285 нм продолжается, выходной сигнал, срок службы, надежность и стоимость пока не являются коммерчески жизнеспособными для систем и применений полимеризации.
Поскольку в настоящее время излучение УФ-светодиодов ограничено более длинными волнами UVA, системы УФ-светодиодного отверждения не излучают широкополосный спектр, характерный для ртутных ламп среднего давления. Это означает, что системы УФ-светодиодного отверждения не излучают UVC, UVB, большую часть видимого света и тепловыделяющие инфракрасные волны. Хотя это позволяет использовать системы УФ-светодиодного отверждения в более чувствительных к теплу областях применения, существующие чернила, покрытия и клеи, разработанные для ртутных ламп среднего давления, должны быть переработаны для систем УФ-светодиодного отверждения. К счастью, поставщики химических реагентов все чаще разрабатывают продукты с двойным отверждением. Это означает, что состав с двойным отверждением, предназначенный для отверждения с помощью УФ-светодиодной лампы, также будет отверждаться с помощью ртутной лампы (рис. 3).
РИСУНОК 3 »Диаграмма спектрального излучения светодиода.
УФ-светодиодные системы полимеризации GEW излучают до 30 Вт/см² на излучающем окне. В отличие от дуговых ламп, в УФ-светодиодных системах полимеризации не используются отражатели, которые направляют световые лучи в концентрированный фокус. В результате пиковая интенсивность УФ-излучения УФ-светодиодов приходится на область вблизи излучающего окна. Излучаемые УФ-лучи расходятся по мере увеличения расстояния между головкой лампы и поверхностью полимеризации. Это снижает концентрацию света и интенсивность излучения, достигающего поверхности полимеризации. Хотя пиковая интенсивность излучения важна для сшивания, увеличение интенсивности не всегда является преимуществом и может даже препятствовать большей плотности сшивания. Длина волны (нм), интенсивность излучения (Вт/см²) и плотность энергии (Дж/см²) играют решающую роль в процессе полимеризации, и их совокупное влияние на полимеризацию следует должным образом понимать при выборе источника УФ-светодиодов.
Светодиоды являются источниками Ламберта. Другими словами, каждый УФ-светодиод излучает равномерный прямой свет по всей полусфере размером 360° x 180°. Множество УФ-светодиодов, каждый размером порядка миллиметра в квадрате, располагаются в один ряд, матрицу из рядов и столбцов или в какой-либо другой конфигурации. Эти подсистемы, известные как модули или массивы, спроектированы таким образом, чтобы расстояние между светодиодами обеспечивало плавное затухание и облегчало охлаждение диодов. Затем несколько модулей или массивов объединяются в более крупные сборки для формирования систем УФ-отверждения различных размеров (рисунки 4 и 5). Дополнительные компоненты, необходимые для создания системы УФ-светодиодного отверждения, включают радиатор, излучающее окно, электронные драйверы, источники питания постоянного тока, систему жидкостного охлаждения или чиллер и человеко-машинный интерфейс (HMI).
РИСУНОК 4 »Система LeoLED для веб-сайтов.
РИСУНОК 5 »Система LeoLED для высокоскоростных многоламповых установок.
Поскольку системы УФ-светодиодного отверждения не излучают инфракрасные волны, 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 излучать очень высокую пиковую интенсивность, а ультрафиолетовые волны являются формой энергии. Любая излучаемая энергия, не поглощенная химическим процессом, будет нагревать нижележащую деталь или подложку, а также окружающие компоненты машины.
УФ-светодиоды также являются электрическими компонентами, неэффективность которых обусловлена особенностями конструкции и изготовления полупроводниковых элементов, а также методами производства и компонентами, используемыми для упаковки светодиодов в более крупный блок отверждения. В то время как температура кварцевой трубки с парами ртути должна поддерживаться в пределах от 600 до 800 °C во время работы, температура p-n-перехода светодиода должна оставаться ниже 120 °C. Только 35-50% электроэнергии, питающей массив УФ-светодиодов, преобразуется в ультрафиолетовое излучение (сильно зависящее от длины волны). Остальная часть преобразуется в тепло, которое необходимо отводить для поддержания желаемой температуры перехода и обеспечения заданной интенсивности излучения, плотности энергии и равномерности, 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 заявленного длительного срока службы. Не все системы УФ-отверждения одинаковы, и неправильно спроектированные и охлаждаемые системы УФ-светодиодного отверждения имеют большую вероятность перегрева и катастрофического отказа.
Гибридные дуговые/светодиодные лампы
На любом рынке, где внедряются совершенно новые технологии в качестве замены существующим, могут возникать опасения относительно их внедрения, а также скептицизм в отношении их эффективности. Потенциальные пользователи часто откладывают внедрение до тех пор, пока не сформируется хорошо налаженная база пользователей, не будут опубликованы тематические исследования, не начнут распространяться положительные отзывы и/или пока они не получат личный опыт или рекомендации от знакомых и заслуживающих доверия людей и компаний. Зачастую требуются веские доказательства, прежде чем весь рынок полностью откажется от старого и перейдет на новое. Ситуацию усугубляет то, что истории успеха, как правило, держатся в строжайшей тайне, поскольку первые пользователи не хотят, чтобы конкуренты получили сопоставимые преимущества. В результате, как реальные, так и преувеличенные истории разочарования иногда могут распространяться по рынку, маскируя истинные достоинства новых технологий и еще больше задерживая их внедрение.
На протяжении всей истории, в противовес нежеланию внедрять новые технологии, гибридные конструкции часто использовались в качестве переходного моста между существующими и новыми технологиями. Гибридные системы позволяют пользователям обрести уверенность и самостоятельно определять, как и когда следует использовать новые продукты или методы, не жертвуя при этом существующими 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 системы позволяют печатным машинам работать на 100% со светодиодами, на 100% с ртутными лампами или с любым сочетанием этих двух технологий, необходимым для выполнения конкретной задачи.
Компания GEW предлагает гибридные системы дуговой/светодиодной маркировки для предприятий, занимающихся рулонной печатью. Решение было разработано для крупнейшего рынка GEW — узкорулонной печати этикеток, но гибридная конструкция также может использоваться в других областях рулонной и нерулонной печати (рис. 6). Система дуговой/светодиодной маркировки включает в себя общий корпус лампы, в который можно установить как ртутную, так и светодиодную кассету. Обе кассеты работают от универсальной системы питания и управления. Интеллектуальные функции системы позволяют различать типы кассет и автоматически обеспечивать соответствующее питание, охлаждение и пользовательский интерфейс. Снятие или установка любой из ртутных или светодиодных кассет GEW обычно выполняется за считанные секунды с помощью одного шестигранного ключа.
РИСУНОК 6 »Система дуговой/светодиодной подсветки для веб-сайтов.
Эксимерные лампы
Эксимерные лампы — это тип газоразрядных ламп, излучающих квазимонохроматическое ультрафиолетовое излучение. Хотя эксимерные лампы выпускаются с различными длинами волн, наиболее распространенные ультрафиолетовые излучения сосредоточены на длинах волн 172, 222, 308 и 351 нм. Эксимерные лампы с длиной волны 172 нм попадают в вакуумный УФ-диапазон (100–200 нм), тогда как 222 нм — это исключительно UVC (200–280 нм). Эксимерные лампы с длиной волны 308 нм излучают UVB (280–315 нм), а 351 нм — это преимущественно UVA (315–400 нм).
Длина волны вакуумного УФ-излучения 172 нм короче и содержит больше энергии, чем UVC; однако оно с трудом проникает глубоко в вещества. Фактически, длина волны 172 нм полностью поглощается в верхних 10–200 нм УФ-составов. В результате эксимерные лампы с длиной волны 172 нм будут сшивать только самую внешнюю поверхность УФ-составов и должны использоваться в сочетании с другими устройствами для полимеризации. Поскольку длина волны вакуумного УФ-излучения также поглощается воздухом, эксимерные лампы с длиной волны 172 нм должны работать в атмосфере, инертной азотом.
Большинство эксимерных ламп состоят из кварцевой трубки, которая служит диэлектрическим барьером. Трубка заполнена инертными газами, способными образовывать эксимерные или эксиплексные молекулы (рис. 7). Различные газы образуют разные молекулы, и разные возбужденные молекулы определяют, какие длины волн излучает лампа. Вдоль внутренней длины кварцевой трубки проходит высоковольтный электрод, а вдоль внешней — заземляющие электроды. В лампу подаются импульсы напряжения с высокой частотой. Это вызывает движение электронов внутри внутреннего электрода и их разряд через газовую смесь к внешним заземляющим электродам. Это научное явление известно как разряд в диэлектрическом барьере (DBD). По мере движения электронов через газ они взаимодействуют с атомами и создают энергетически заряженные или ионизированные частицы, которые образуют эксимерные или эксиплексные молекулы. Эксимерные и эксиплексные молекулы имеют невероятно короткий срок жизни, и по мере их перехода из возбужденного состояния в основное состояние испускаются фотоны с квазимонохроматическим распределением.
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 слабое охлаждение, которое обычно обеспечивается азотом. Благодаря термической стабильности лампы, эксимерные лампы мгновенно включаются и выключаются и не требуют циклов прогрева или охлаждения.
При использовании эксимерных ламп с длиной волны 172 нм в сочетании с квазимонохроматическими системами УФ-светодиодного отверждения и широкополосными ртутными лампами достигается матирующий эффект поверхности. Сначала для образования геля используются УФ-светодиодные лампы. Затем для полимеризации поверхности используются квазимонохроматические эксимерные лампы, и, наконец, широкополосные ртутные лампы сшивают оставшуюся часть химического состава. Уникальные спектральные характеристики трех технологий, применяемых на отдельных этапах, обеспечивают полезные оптические и функциональные эффекты отверждения поверхности, которые невозможно достичь с помощью любого из источников УФ-излучения по отдельности.
Эксимерные лампы с длинами волн 172 и 222 нм также эффективны для уничтожения опасных органических веществ и вредных бактерий, что делает их практичными для очистки поверхностей, дезинфекции и обработки поверхностей энергией.
Срок службы лампы
Что касается срока службы ламп, то дуговые лампы GEW обычно служат до 2000 часов. Срок службы ламп не является абсолютным, поскольку мощность УФ-излучения постепенно снижается со временем и зависит от различных факторов. Важны конструкция и качество лампы, а также условия работы УФ-системы и реакционная способность состава. Правильно спроектированные УФ-системы обеспечивают необходимую мощность и охлаждение для конкретной конструкции лампы (лампы).
Лампы (лампочки), поставляемые компанией GEW, всегда обеспечивают самый длительный срок службы при использовании в системах полимеризации GEW. Как правило, производители вторичного сырья изготавливают лампы по образцу, и копии могут не иметь того же концевого фитинга, диаметра кварцевого кристалла, содержания ртути или газовой смеси, что может влиять на мощность УФ-излучения и тепловыделение. Когда тепловыделение не сбалансировано с охлаждением системы, лампа теряет как мощность, так и срок службы. Лампы, работающие при более низкой температуре, излучают меньше УФ-излучения. Лампы, работающие при более высокой температуре, служат меньше и деформируются при высоких температурах поверхности.
Срок службы электродуговых ламп ограничен рабочей температурой лампы, количеством часов работы и количеством запусков или разрядов. Каждый раз, когда лампа подвергается воздействию высоковольтной дуги во время запуска, часть вольфрамового электрода изнашивается. В конце концов, лампа перестает загораться. В электродуговых лампах используются затворные механизмы, которые при срабатывании блокируют УФ-излучение, что является альтернативой многократному включению и выключению лампы. Более реактивные чернила, покрытия и клеи могут увеличить срок службы лампы, тогда как менее реактивные составы могут потребовать более частой замены лампы.
Системы УФ-светодиодов по своей природе более долговечны, чем обычные лампы, но срок службы УФ-светодиодов не является абсолютным. Как и обычные лампы, УФ-светодиоды имеют ограничения по интенсивности работы и, как правило, должны работать при температуре перехода ниже 120 °C. Перегрузка светодиодов и недостаточное охлаждение сокращают срок их службы, приводя к более быстрой деградации или катастрофическому отказу. Не все поставщики систем УФ-светодиодов в настоящее время предлагают конструкции, соответствующие самым высоким установленным срокам службы, превышающим 20 000 часов. Системы с более совершенной конструкцией и техническим обслуживанием прослужат более 20 000 часов, а системы с худшим качеством выйдут из строя в гораздо более короткие сроки. Хорошая новость заключается в том, что конструкции светодиодных систем постоянно совершенствуются и служат дольше с каждой новой версией.
Озон
Когда более короткие волны ультрафиолетового излучения воздействуют на молекулы кислорода (O2), они вызывают расщепление молекул кислорода (O2) на два атома кислорода (O). Затем свободные атомы кислорода (O) сталкиваются с другими молекулами кислорода (O2) и образуют озон (O3). Поскольку трикислород (O3) менее стабилен на уровне земли, чем дикислород (O2), озон легко превращается обратно в молекулу кислорода (O2) и атом кислорода (O) по мере распространения в атмосферном воздухе. Затем свободные атомы кислорода (O) рекомбинируют друг с другом в выхлопной системе, образуя молекулы кислорода (O2).
В промышленных системах УФ-отверждения озон (O3) образуется при взаимодействии атмосферного кислорода с ультрафиолетовыми волнами ниже 240 нм. Широкополосные источники ртутного парового отверждения излучают UVC в диапазоне от 200 до 280 нм, который частично перекрывается с областью генерации озона, а эксимерные лампы излучают вакуумное УФ-излучение на длине волны 172 нм или UVC на длине волны 222 нм. Озон, создаваемый ртутными паровыми и эксимерными лампами, нестабилен и не представляет существенной экологической опасности, но его необходимо удалять из непосредственной зоны вокруг работников, поскольку он является раздражителем дыхательных путей и токсичен в высоких концентрациях. Поскольку коммерческие системы УФ-светодиодного отверждения излучают UVA в диапазоне от 365 до 405 нм, озон не образуется.
Озон имеет запах, похожий на запах металла, горящей проволоки, хлора и электрической искры. Человеческое обоняние способно обнаруживать озон в концентрациях от 0,01 до 0,03 частей на миллион (ppm). Хотя это варьируется в зависимости от человека и уровня активности, концентрации выше 0,4 ppm могут привести к неблагоприятным последствиям для дыхательной системы и головным болям. Для ограничения воздействия озона на работников на линиях УФ-отверждения необходимо обеспечить надлежащую вентиляцию.
Системы УФ-отверждения обычно проектируются таким образом, чтобы отработанный воздух, выходящий из ламп, собирался в воздуховоды, отводимые от операторов и наружу здания, где он естественным образом разлагается в присутствии кислорода и солнечного света. В качестве альтернативы, в безозозоновых лампах используется кварцевая добавка, блокирующая длины волн, генерирующие озон, а предприятия, желающие избежать прокладки воздуховодов или сверления отверстий в крыше, часто используют фильтры на выходе вытяжных вентиляторов.
Дата публикации: 19 июня 2024 г.
