Ртутні, світлодіодні (LED) та ексимерні лампи – це різні технології ламп для УФ-затвердіння. Хоча всі три використовуються в різних процесах фотополімеризації для зшивання фарб, покриттів, клеїв та екструзій, механізми генерації випромінюваної УФ-енергії, а також характеристики відповідного спектрального виходу, абсолютно різні. Розуміння цих відмінностей є важливим для розробки застосування та рецептури, вибору джерела УФ-затвердіння та інтеграції.
Ртутні лампи
Як дугові лампи з електродами, так і безелектродні мікрохвильові лампи належать до категорії ртутних. Ртутні лампи – це тип газорозрядних ламп середнього тиску, в яких невелика кількість елементарної ртуті та інертного газу випаровується в плазму всередині герметичної кварцової трубки. Плазма – це іонізований газ неймовірно високої температури, здатний проводити електрику. Вона виробляється шляхом подачі електричної напруги між двома електродами всередині дугової лампи або шляхом нагрівання безелектродної лампи всередині корпусу чи порожнини, подібної за концепцією до побутової мікрохвильової печі. Після випаровування ртутна плазма випромінює світло широкого спектру в ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному діапазонах.
У випадку електричної дугової лампи прикладена напруга живить герметичну кварцову трубку. Ця енергія випаровує ртуть у плазму та вивільняє електрони з випарованих атомів. Частина електронів (-) тече до позитивного вольфрамового електрода або анода (+) лампи та в електричне коло УФ-системи. Атоми з новоствореними електронами стають позитивно зарядженими катіонами (+), які течуть до негативно зарядженого вольфрамового електрода або катода (-) лампи. Під час руху катіони вражають нейтральні атоми в газовій суміші. Внаслідок удару електрони переносяться з нейтральних атомів на катіони. Коли катіони отримують електрони, вони переходять у стан нижчої енергії. Різниця енергії розряджається у вигляді фотонів, що випромінюються назовні з кварцової трубки. За умови, що лампа належним чином живиться, правильно охолоджується та працює протягом терміну служби, постійне постачання новостворених катіонів (+) тяжіє до негативного електрода або катода (-), вражаючи більше атомів та створюючи безперервне випромінювання УФ-світла. Мікрохвильові лампи працюють аналогічно, за винятком того, що мікрохвилі, також відомі як радіочастотні (РЧ), замінюють електричне коло. Оскільки мікрохвильові лампи не мають вольфрамових електродів і являють собою просто герметичну кварцову трубку, що містить ртуть та інертний газ, їх зазвичай називають безелектродними.
Ультрафіолетове випромінювання широкосмугових або широкоспектральних ртутних ламп охоплює ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне випромінювання приблизно в рівній пропорції. Ультрафіолетова частина включає суміш довжин хвиль UVC (200-280 нм), UVB (280-315 нм), UVA (315-400 нм) та UVV (400-450 нм). Лампи, що випромінюють UVC з довжинами хвиль нижче 240 нм, утворюють озон і потребують відведення повітря або фільтрації.
Спектральну вихідну потужність ртутної лампи можна змінити, додаючи невелику кількість легуючих домішок, таких як: залізо (Fe), галій (Ga), свинець (Pb), олово (Sn), вісмут (Bi) або індій (In). Додані метали змінюють склад плазми та, як наслідок, енергію, що вивільняється, коли катіони набувають електронів. Лампи з додаванням металів називаються легованими, адитивними та металогалогенними. Більшість чорнил, покриттів, клеїв та екструзій, що містять УФ-формули, розроблені таким чином, щоб відповідати вихідній потужності стандартних ламп, легованих ртуттю (Hg) або залізом (Fe). Лампи, леговані залізом, зміщують частину УФ-випромінювання в бік довжин хвиль, ближчих до видимого діапазону, що призводить до кращого проникнення через густіші, сильно пігментовані формули. УФ-формули, що містять діоксид титану, як правило, краще затвердівають лампами, легованими галієм (GA). Це пояснюється тим, що галієві лампи зміщують значну частину УФ-випромінювання в бік довжин хвиль, довших за 380 нм. Оскільки добавки діоксиду титану зазвичай не поглинають світло вище 380 нм, використання галієвих ламп з білими формулами дозволяє фотоініціаторам поглинати більше ультрафіолетової енергії на відміну від добавок.
Спектральні профілі надають розробникам рецептур та кінцевим користувачам візуальне уявлення про те, як випромінювана потужність для конкретної конструкції лампи розподіляється по електромагнітному спектру. Хоча випарована ртуть та добавки металів мають певні характеристики випромінювання, точна суміш елементів та інертних газів усередині кварцової трубки разом з конструкцією лампи та системою затвердіння впливають на УФ-випромінювання. Спектральна потужність неінтегрованої лампи, що живиться та вимірюється постачальником ламп на відкритому повітрі, матиме іншу спектральну потужність, ніж лампа, встановлена в головці лампи з належним чином розробленим відбивачем та охолодженням. Спектральні профілі легкодоступні у постачальників УФ-систем і корисні для розробки рецептур та вибору ламп.
Загальний спектральний профіль відображає спектральну освітленість на осі y, а довжину хвилі на осі x. Спектральну освітленість можна відображати кількома способами, включаючи абсолютне значення (наприклад, Вт/см2/нм) або довільні, відносні чи нормалізовані (без одиниць) вимірювання. Профілі зазвичай відображають інформацію у вигляді лінійної діаграми або стовпчастої діаграми, яка групує вихідний сигнал у діапазони 10 нм. Наведений нижче графік спектрального виходу ртутної дугової лампи показує відносну освітленість відносно довжини хвилі для систем GEW (Рисунок 1).
РИСУНОК 1 »Спектральні діаграми вихідної потужності для ртуті та заліза.
Термін «лампа» використовується в Європі та Азії для позначення кварцової трубки, що випромінює ультрафіолетове випромінювання, тоді як у Північній та Південній Америці зазвичай використовується взаємозамінна комбінація колби та лампи. «Лампа» та «головка лампи» відносяться до повного вузла, в якому розміщена кварцова трубка та всі інші механічні та електричні компоненти.
Електродні дугові лампи
Системи дугових ламп складаються з лампової головки, охолоджувального вентилятора або чилера, джерела живлення та інтерфейсу людина-машина (HMI). Лампова головка включає лампу, відбивач, металевий корпус, блок затвора, а іноді кварцове вікно або дротяний захист. GEW монтує свої кварцові трубки, відбивачі та механізми затвора всередині касетних вузлів, які можна легко зняти із зовнішнього корпусу лампової головки. Зняття касети GEW зазвичай здійснюється за лічені секунди за допомогою одного шестигранного ключа. Оскільки потужність ультрафіолетового випромінювання, загальний розмір і форма лампової головки, характеристики системи та потреби в допоміжному обладнанні різняться залежно від застосування та ринку, системи дугових ламп зазвичай розроблені для певної категорії застосувань або подібних типів машин.
Ртутні лампи випромінюють світло на 360° з кварцової трубки. Системи дугових ламп використовують відбивачі, розташовані з боків та ззаду лампи, щоб захоплювати та фокусувати більшу частину світла на певній відстані перед головкою лампи. Ця відстань називається фокусом, і саме там опромінення найбільше. Дугові лампи зазвичай випромінюють у фокусі від 5 до 12 Вт/см2. Оскільки близько 70% ультрафіолетового випромінювання головки лампи надходить від відбивача, важливо тримати відбивачі в чистоті та періодично замінювати їх. Відсутність очищення або заміни відбивачів є поширеною причиною недостатнього затвердіння.
Протягом понад 30 років компанія GEW покращує ефективність своїх систем затвердіння, налаштовуючи функції та продуктивність відповідно до потреб конкретних застосувань та ринків, а також розробляючи великий портфель інтеграційних аксесуарів. Як результат, сучасні комерційні пропозиції GEW включають компактні конструкції корпусів, відбивачі, оптимізовані для більшого відбиття ультрафіолетового випромінювання та зменшення інфрачервоного випромінювання, безшумні вбудовані механізми затвора, спідниці та прорізи для полотна, подачу полотна у формі грейфера, азотну інерцію, головки під позитивним тиском, сенсорний інтерфейс оператора, твердотільні джерела живлення, вищу експлуатаційну ефективність, моніторинг ультрафіолетового випромінювання та дистанційний моніторинг системи.
Коли працюють лампи середнього тиску з електродами, температура поверхні кварцу становить від 600 °C до 800 °C, а внутрішня температура плазми — кілька тисяч градусів за Цельсієм. Примусова подача повітря є основним засобом підтримки правильної робочої температури лампи та відведення частини випромінюваної інфрачервоної енергії. GEW (технологія рідинного охолодження) забезпечує негативне проходження повітря; це означає, що повітря протягується через корпус, вздовж відбивача та лампи, і виходить з вузла та відводиться від машини або поверхні затвердіння. Деякі системи GEW, такі як E4C, використовують рідинне охолодження, що забезпечує дещо більшу потужність УФ-випромінювання та зменшує загальний розмір головки лампи.
Дугові лампи з електродами мають цикли прогріву та охолодження. Лампи запалюються з мінімальним охолодженням. Це дозволяє ртутній плазмі піднятися до потрібної робочої температури, виробляти вільні електрони та катіони, а також забезпечити протікання струму. Коли головка лампи вимкнена, охолодження продовжує працювати ще кілька хвилин для рівномірного охолодження кварцової трубки. Занадто гаряча лампа не запалиться повторно і повинна продовжувати охолоджуватися. Тривалість циклу запуску та охолодження, а також деградація електродів під час кожного запалювання напруги є причиною того, що пневматичні механізми затвора завжди інтегровані в збірки дугових ламп з електродами GEW. На рисунку 2 показано дугові лампи з електродами з повітряним (E2C) та рідинним (E4C) охолодженням.
РИСУНОК 2 »Дугові лампи з рідинним (E4C) та повітряним (E2C) охолодженням електродів.
УФ-світлодіодні лампи
Напівпровідники – це тверді кристалічні матеріали, які є певною мірою провідними. Електрика протікає через напівпровідник краще, ніж через ізолятор, але не так добре, як через металевий провідник. До природних, але досить неефективних напівпровідників належать елементи кремній, германій та селен. Синтетично виготовлені напівпровідники, розроблені для підвищення вихідної потужності та ефективності, – це складні матеріали з домішками, точно імпрегнованими в кристалічну структуру. У випадку ультрафіолетових світлодіодів широко використовується нітрид алюмінію-галію (AlGaN).
Напівпровідники є основою сучасної електроніки та розроблені для формування транзисторів, діодів, світлодіодів та мікропроцесорів. Напівпровідникові прилади інтегруються в електричні схеми та встановлюються всередині таких виробів, як мобільні телефони, ноутбуки, планшети, побутова техніка, літаки, автомобілі, пульти дистанційного керування та навіть дитячі іграшки. Ці крихітні, але потужні компоненти забезпечують функціонування повсякденних виробів, а також дозволяють їм бути компактними, тоншими, легшими та доступнішими.
У спеціальному випадку світлодіодів, точно розроблені та виготовлені напівпровідникові матеріали випромінюють відносно вузькі смуги довжин хвиль світла при підключенні до джерела постійного струму. Світло генерується лише тоді, коли струм протікає від позитивного анода (+) до негативного катода (-) кожного світлодіода. Оскільки вихідна потужність світлодіодів швидко та легко керується та є квазімонохроматичною, світлодіоди ідеально підходять для використання як: індикатори; інфрачервоні сигнали зв'язку; підсвічування телевізорів, ноутбуків, планшетів та смартфонів; електронні вивіски, рекламні щити та джамботрони; а також для УФ-затвердіння.
Світлодіод — це позитивно-негативний перехід (p-n). Це означає, що одна частина світлодіода має позитивний заряд і називається анодом (+), а інша частина має негативний заряд і називається катодом (-). Хоча обидві сторони є відносно провідними, межа переходу, де зустрічаються дві сторони, відома як зона виснаження, не є провідною. Коли позитивний (+) вивід джерела постійного струму (DC) підключений до анода (+) світлодіода, а негативний (-) вивід джерела підключений до катода (-), негативно заряджені електрони в катоді та позитивно заряджені електронні вакансії в аноді відштовхуються джерелом живлення та просуваються до зони виснаження. Це пряме зміщення, яке має ефект подолання непровідної межі. В результаті вільні електрони в n-області перетинаються та заповнюють вакансії в p-області. Коли електрони перетинають межу, вони переходять у стан нижчої енергії. Відповідне падіння енергії вивільняється з напівпровідника у вигляді фотонів світла.
Матеріали та домішки, що формують кристалічну структуру світлодіода, визначають спектральний вихід. Сьогодні комерційно доступні джерела світлодіодного затвердіння мають ультрафіолетовий вихід зосереджений на 365, 385, 395 та 405 нм, типовий допуск ±5 нм та гауссів спектральний розподіл. Чим більша пікова спектральна опроміненість (Вт/см2/нм), тим вищий пік кривої дзвоноподібного випромінювання. Хоча розробка УФ-випромінювання триває в діапазоні 275-285 нм, вихідна потужність, термін служби, надійність та вартість ще не є комерційно вигідними для систем та застосувань затвердіння.
Оскільки вихідна потужність УФ-світлодіодів наразі обмежена довшими довжинами хвиль UVA, система затвердіння УФ-світлодіодів не випромінює широкосмугового спектрального випромінювання, характерного для ртутних ламп середнього тиску. Це означає, що системи затвердіння УФ-світлодіодів не випромінюють УФ-C, УФ-B, більшість видимого світла та інфрачервоні довжини хвиль, що генерують тепло. Хоча це дозволяє використовувати системи затвердіння УФ-світлодіодів у більш чутливих до тепла застосуваннях, існуючі чорнила, покриття та клеї, розроблені для ртутних ламп середнього тиску, повинні бути переформульовані для систем затвердіння УФ-світлодіодів. На щастя, постачальники хімікатів все частіше розробляють пропозиції з подвійним затвердінням. Це означає, що формула подвійного затвердіння, призначена для затвердіння за допомогою УФ-світлодіодної лампи, також затвердіє за допомогою ртутної лампи (Рисунок 3).
РИСУНОК 3 »Діаграма спектральної вихідної потужності для світлодіода.
Системи затвердіння на основі УФ-світлодіодів GEW випромінюють до 30 Вт/см2 у вікні випромінювання. На відміну від дугових ламп з електродами, системи затвердіння на основі УФ-світлодіодів не містять відбивачів, які спрямовують світлові промені до концентрованого фокуса. Як результат, пікова освітленість УФ-світлодіодів виникає поблизу вікна випромінювання. Випромінювані УФ-світлодіодні промені розходяться одне від одного зі збільшенням відстані між головкою лампи та поверхнею затвердіння. Це зменшує концентрацію світла та величину опромінення, яке досягає поверхні затвердіння. Хоча пікова освітленість важлива для зшивання, дедалі вища освітленість не завжди є вигідною і навіть може перешкоджати збільшенню щільності зшивання. Довжина хвилі (нм), опромінення (Вт/см2) та щільність енергії (Дж/см2) відіграють вирішальну роль у затвердінні, і їх сукупний вплив на затвердіння слід правильно розуміти під час вибору джерела УФ-світлодіодів.
Світлодіоди є джерелами Ламберта. Іншими словами, кожен УФ-світлодіод випромінює рівномірний прямий вихідний сигнал по всій півсфері 360° x 180°. Численні УФ-світлодіоди, кожен розміром близько міліметра квадратного, розташовані в один ряд, матрицю рядків і стовпців або в якусь іншу конфігурацію. Ці підвузли, відомі як модулі або масиви, спроектовані з інтервалом між світлодіодами, що забезпечує змішування в проміжках і полегшує охолодження діодів. Потім кілька модулів або масивів розміщуються в більші збірки для формування систем УФ-затвердіння різних розмірів (рисунки 4 і 5). Додаткові компоненти, необхідні для побудови системи затвердіння УФ-світлодіодів, включають радіатор, випромінювальне вікно, електронні драйвери, джерела живлення постійного струму, систему рідинного охолодження або чилер та інтерфейс людина-машина (HMI).
РИСУНОК 4 »Система LeoLED для вебу.
РИСУНОК 5 »Система LeoLED для високошвидкісних багатолампових установок.
Оскільки системи затвердіння на основі ультрафіолетового випромінювання (УФ-світлодіодів) не випромінюють інфрачервоні хвилі, вони за своєю суттю передають менше теплової енергії на поверхню затвердіння, ніж ртутні лампи, це не означає, що УФ-світлодіоди слід розглядати як технологію холодного затвердіння. Системи затвердіння на основі УФ-світлодіодів можуть випромінювати дуже високу пікову радіацію, а ультрафіолетові хвилі є формою енергії. Те, що не поглинається хімічним розчином, нагріватиме нижню деталь або підкладку, а також навколишні компоненти машини.
Ультрафіолетові світлодіоди також є електричними компонентами з неефективністю, зумовленою конструкцією та виготовленням напівпровідникових елементів, а також методами виробництва та компонентами, що використовуються для упаковки світлодіодів у більший блок затвердіння. Хоча температура ртутної кварцової трубки повинна підтримуватися в межах від 600 до 800 °C під час роботи, температура pn-переходу світлодіода повинна залишатися нижче 120 °C. Лише 35-50% електроенергії, що живить масив УФ-світлодіодів, перетворюється на ультрафіолетове випромінювання (сильно залежить від довжини хвилі). Решта перетворюється на тепло, яке необхідно відводити, щоб підтримувати бажану температуру переходу та забезпечити задану опроміненість системи, щільність енергії та однорідність, а також тривалий термін служби. Світлодіоди за своєю суттю є довговічними твердотільними пристроями, і інтеграція світлодіодів у більші збірки з правильно спроектованими та обслуговуваними системами охолодження має вирішальне значення для досягнення характеристик тривалого терміну служби. Не всі системи УФ-затвердіння однакові, і неправильно спроектовані та охолоджені системи УФ-світлодіодів мають більшу ймовірність перегріву та катастрофічного виходу з ладу.
Гібридні дугові/світлодіодні лампи
На будь-якому ринку, де абсолютно нова технологія впроваджується як заміна існуючій, може виникнути тривога щодо її впровадження, а також скептицизм щодо її ефективності. Потенційні користувачі часто відкладають впровадження, доки не сформується добре встановлена база, не будуть опубліковані тематичні дослідження, не почнуть масово поширюватися позитивні відгуки та/або вони не отримають безпосередній досвід чи рекомендації від осіб та компаній, яких вони знають та яким довіряють. Часто потрібні вагомі докази, перш ніж весь ринок повністю відмовиться від старого та повністю перейде на нове. Не допомагає й те, що історії успіху, як правило, тримаються в таємниці, оскільки перші користувачі не хочуть, щоб конкуренти отримали аналогічні переваги. Як результат, як реальні, так і перебільшені історії про розчарування іноді можуть лунати по всьому ринку, маскуючи справжні переваги нової технології та ще більше затримуючи впровадження.
Протягом історії, як протидія неохочому впровадженню, гібридні конструкції часто сприймалися як перехідний місток між існуючими та новими технологіями. Гібриди дозволяють користувачам набути впевненості та самостійно визначати, як і коли слід використовувати нові продукти чи методи, не жертвуючи поточними можливостями. У випадку УФ-затвердіння гібридна система дозволяє користувачам швидко та легко перемикатися між ртутними лампами та світлодіодною технологією. Для ліній з кількома станціями затвердіння гібриди дозволяють друкарським верстатам працювати зі 100% світлодіодними, 100% ртутними або будь-яким поєднанням цих двох технологій, необхідним для певного завдання.
GEW пропонує гібридні дугові/світлодіодні системи для веб-конвертерів. Рішення було розроблено для найбільшого ринку GEW, вузькорулонного етикетування, але гібридна конструкція також використовується в інших веб- та невеб-застосунках (Рисунок 6). Дугова/світлодіодна система має загальний корпус лампи, який може вмістити ртутну або світлодіодну касету. Обидві касети працюють від універсальної системи живлення та керування. Інтелект в системі дозволяє розрізняти типи касет та автоматично забезпечує відповідне живлення, охолодження та інтерфейс оператора. Зняття або встановлення будь-якої з ртутних або світлодіодних касет GEW зазвичай виконується за лічені секунди за допомогою одного шестигранного ключа.
РИСУНОК 6 »Дугова/світлодіодна система для веб-сторінок.
Ексимерні лампи
Ексимерні лампи – це тип газорозрядних ламп, що випромінюють квазімонохроматичну ультрафіолетову енергію. Хоча ексимерні лампи доступні з різними довжинами хвиль, звичайні ультрафіолетові вихідні сигнали зосереджені на 172, 222, 308 та 351 нм. Ексимерні лампи з довжиною хвилі 172 нм належать до вакуумного УФ-діапазону (від 100 до 200 нм), тоді як 222 нм – це виключно УФ-С (від 200 до 280 нм). Ексимерні лампи з довжиною хвилі 308 нм випромінюють УФ-В (від 280 до 315 нм), а 351 нм – це виключно УФ-А (від 315 до 400 нм).
Вакуумні ультрафіолетові лампи з довжиною хвилі 172 нм коротші та містять більше енергії, ніж ультрафіолетові (УФ-С); однак їм важко проникати дуже глибоко в речовини. Фактично, довжини хвиль 172 нм повністю поглинаються у верхніх 10-200 нм хімічних речовин, що містять УФ-формули. Як результат, ексимерні лампи з довжиною хвилі 172 нм зшивають лише зовнішню поверхню УФ-формул і повинні бути інтегровані в поєднанні з іншими пристроями полімеризації. Оскільки вакуумні ультрафіолетові лампи також поглинаються повітрям, ексимерні лампи з довжиною хвилі 172 нм повинні працювати в азотно-інертованій атмосфері.
Більшість ексимерних ламп складаються з кварцової трубки, яка служить діелектричним бар'єром. Трубка заповнена інертними газами, здатними утворювати ексимерні або ексиплексні молекули (рис. 7). Різні гази утворюють різні молекули, і різні збуджені молекули визначають, які довжини хвиль випромінюються лампою. Високовольтний електрод проходить вздовж внутрішньої довжини кварцової трубки, а заземлюючі електроди - вздовж зовнішньої довжини. На лампу подаються імпульси напруги з високими частотами. Це призводить до потоку електронів усередині внутрішнього електрода та розряду через газову суміш до зовнішніх заземлюючих електродів. Це наукове явище відоме як діелектричний бар'єрний розряд (DBD). Коли електрони рухаються через газ, вони взаємодіють з атомами та створюють заряджені або іонізовані частинки, які утворюють ексимерні або ексиплексні молекули. Ексимерні та ексиплексні молекули мають неймовірно короткий термін служби, і коли вони розкладаються зі збудженого стану в основний, випромінюються фотони квазімонохроматичного розподілу.
РИСУНОК 7 »Ексимерна лампа
На відміну від ртутних ламп, поверхня кварцової трубки ексимерної лампи не нагрівається. Як результат, більшість ексимерних ламп працюють майже без охолодження. В інших випадках потрібен низький рівень охолодження, який зазвичай забезпечується газоподібним азотом. Завдяки термостабільності лампи, ексимерні лампи миттєво вмикаються/вимикаються і не потребують циклів прогріву чи охолодження.
Коли ексимерні лампи, що випромінюють з довжиною хвилі 172 нм, інтегруються в поєднання як квазімонохроматичних систем затвердіння UVA-LED, так і широкосмугових ртутних ламп, створюються ефекти матування поверхні. Спочатку UVA-світлодіодні лампи використовуються для гелеутворення хімічного складу. Потім квазімонохроматичні ексимерні лампи використовуються для полімеризації поверхні, і, нарешті, широкосмугові ртутні лампи зшивають решту хімічного складу. Унікальні спектральні вихідні дані трьох технологій, що застосовуються на окремих етапах, забезпечують корисні оптичні та функціональні ефекти затвердіння поверхні, яких неможливо досягти за допомогою жодного з УФ-джерел окремо.
Ексимерні лампи з довжинами хвиль 172 та 222 нм також ефективно знищують небезпечні органічні речовини та шкідливі бактерії, що робить їх практичними для очищення, дезінфекції та обробки поверхонь.
Термін служби лампи
Що стосується терміну служби лампи або колби, дугові лампи GEW зазвичай служать до 2000 годин. Термін служби лампи не є абсолютним показником, оскільки потужність ультрафіолетового випромінювання поступово зменшується з часом і залежить від різних факторів. Конструкція та якість лампи, а також умови роботи ультрафіолетової системи та реакційна здатність речовини, що використовується в рецептурі. Правильно розроблені ультрафіолетові системи забезпечують правильну потужність та охолодження, необхідні для конкретної конструкції лампи (колби).
Лампи (колби) від GEW завжди забезпечують найдовший термін служби при використанні в системах затвердіння GEW. Вторинні джерела живлення, як правило, використовують зворотне проектування лампи на основі зразка, і копії можуть мати різні кінцеві фітинги, діаметр кварцу, вміст ртуті або газову суміш, що може вплинути на УФ-потік та тепловиділення. Коли тепловиділення не збалансоване з охолодженням системи, лампа страждає як від потужності, так і від терміну служби. Лампи, які працюють холодніше, випромінюють менше УФ-випромінювання. Лампи, які працюють сильніше, служать не так довго та деформуються при високих температурах поверхні.
Термін служби дугових ламп з електродами обмежений робочою температурою лампи, кількістю годин роботи та кількістю запуску або запалювання. Щоразу, коли лампа запалюється високовольтною дугою під час запуску, частина вольфрамового електрода зношується. Зрештою, лампа не запалюється знову. Дугові лампи з електродами оснащені механізмами затвора, які, коли вони спрацьовують, блокують ультрафіолетове випромінювання як альтернативу багаторазовому вимиканню та перемиканню живлення лампи. Більш реакційні чорнила, покриття та клеї можуть призвести до збільшення терміну служби лампи; тоді як менш реакційні формули можуть вимагати частішої заміни лампи.
Системи УФ-світлодіодів за своєю суттю довговічніші, ніж звичайні лампи, але термін служби УФ-світлодіодів також не є абсолютним. Як і у випадку зі звичайними лампами, УФ-світлодіоди мають обмеження щодо того, наскільки інтенсивно їх можна керувати, і зазвичай вони повинні працювати при температурі переходу нижче 120 °C. Перевантаження світлодіодів та недостатнє охолодження світлодіодів погіршують термін їх служби, що призводить до швидшої деградації або катастрофічного виходу з ладу. Не всі постачальники систем УФ-світлодіодів наразі пропонують конструкції, які відповідають найвищим встановленим термінам служби, що перевищують 20 000 годин. Краще спроектовані та обслуговувані системи прослужать понад 20 000 годин, а гірші системи вийдуть з ладу протягом набагато коротших періодів. Гарна новина полягає в тому, що конструкції світлодіодних систем продовжують удосконалюватися та служать довше з кожною ітерацією проектування.
Озон
Коли коротші довжини хвиль УФ-С впливають на молекули кисню (O2), вони призводять до розщеплення молекул кисню (O2) на два атоми кисню (O). Вільні атоми кисню (O) потім стикаються з іншими молекулами кисню (O2) та утворюють озон (O3). Оскільки трикисень (O3) менш стабільний на рівні землі, ніж дікисень (O2), озон легко повертається до молекули кисню (O2) та атома кисню (O), коли він дрейфує в атмосферному повітрі. Вільні атоми кисню (O) потім рекомбінують один з одним у вихлопній системі, утворюючи молекули кисню (O2).
Для промислового застосування УФ-затвердіння озон (O3) утворюється, коли атмосферний кисень взаємодіє з ультрафіолетовими хвилями з довжиною хвилі нижче 240 нм. Широкосмугові джерела ртутного затвердіння випромінюють УФ-випромінювання типу C між 200 і 280 нм, яке перекриває частину області генерації озону, а ексимерні лампи випромінюють вакуумне УФ-випромінювання з довжиною хвилі 172 нм або УФ-випромінювання з довжиною хвилі 222 нм. Озон, що утворюється ртутними та ексимерними лампами затвердіння, нестабільний і не становить значної екологічної проблеми, але його необхідно видаляти з безпосередньої зони навколо працівників, оскільки він подразнює дихальні шляхи та є токсичним у високих концентраціях. Оскільки комерційні УФ-світлодіодні системи затвердіння випромінюють УФ-випромінювання типу A між 365 і 405 нм, озон не утворюється.
Озон має запах, схожий на запах металу, палаючого дроту, хлору та електричної іскри. Людські нюхові органи можуть виявляти озон у концентраціях від 0,01 до 0,03 частин на мільйон (ppm). Хоча це залежить від людини та рівня активності, концентрації понад 0,4 ppm можуть призвести до негативних респіраторних реакцій та головного болю. На лініях УФ-затвердіння слід встановити належну вентиляцію, щоб обмежити вплив озону на працівників.
Системи УФ-затвердіння зазвичай призначені для утримання відпрацьованого повітря, коли воно виходить з лампових головок, щоб його можна було відводити по каналах від операторів за межі будівлі, де воно природним чином розкладається у присутності кисню та сонячного світла. Як альтернатива, лампи без озону містять кварцову добавку, яка блокує довжини хвиль, що генерують озон, і установи, які бажають уникнути повітроводів або вирізання отворів у даху, часто використовують фільтри на виході витяжних вентиляторів.
Час публікації: 19 червня 2024 р.
