Elohopeahöyry, valoa emittoiva diodi (LED) ja eksimeeri ovat erilaisia UV-kovettuvia lampputekniikoita. Vaikka kaikkia kolmea käytetään erilaisissa fotopolymerointiprosesseissa musteiden, pinnoitteiden, liimojen ja ekstruusioiden silloittamiseen, säteilevän UV-energian muodostavat mekanismit sekä vastaavan spektrilähdön ominaisuudet ovat täysin erilaisia. Näiden erojen ymmärtäminen on tärkeää sovellusten ja formulaatioiden kehittämisessä, UV-kovettuvan lähteen valinnassa ja integroinnissa.
Mercury-höyrylamput
Sekä elektrodikaarilamput että elektrodittomat mikroaaltolamput kuuluvat elohopeahöyryn luokkaan. Elohopeahöyrylamput ovat eräänlaisia keskipaineisia kaasupurkauslamppuja, joissa pieni määrä alkuaineelohopeaa ja inerttiä kaasua höyrystetään plasmaksi suljetun kvartsiputken sisällä. Plasma on uskomattoman korkean lämpötilan ionisoitu kaasu, joka pystyy johtamaan sähköä. Se valmistetaan kohdistamalla sähköjännite kahden elektrodin väliin kaarilampussa tai mikroaaltoimalla elektroditon lamppu kotelossa tai ontelossa, joka on konseptiltaan samanlainen kuin kotitalouden mikroaaltouuni. Kun elohopeaplasma on höyrystynyt, se lähettää laajan spektrin valoa ultravioletti-, näkyvä- ja infrapuna-aallonpituuksilla.
Sähkökaarilampun tapauksessa sinetöity jännite aktivoi tiivistetyn kvartsiputken. Tämä energia höyrystää elohopean plasmaksi ja vapauttaa elektroneja höyrystyneistä atomeista. Osa elektroneista (-) virtaa kohti lampun positiivista volframielektrodia tai -anodia (+) ja UV-järjestelmän sähköpiiriin. Atomit, joista puuttuu äskettäin elektroneja, muuttuvat positiivisesti viritetyiksi kationeiksi (+), jotka virtaavat kohti lampun negatiivisesti varattua volframielektrodia tai katodia (-). Liikkuessaan kationit iskevät neutraaleihin atomeihin kaasuseoksessa. Isku siirtää elektroneja neutraaleista atomeista kationeihin. Kun kationit saavat elektroneja, ne putoavat alhaisemman energian tilaan. Energiadifferentiaali purkautuu fotoneina, jotka säteilevät ulospäin kvartsiputkesta. Edellyttäen, että lamppu on sopivalla teholla, oikein jäähdytetty ja sitä käytetään sen käyttöiän aikana, jatkuva uusien kationien (+) tarjonta gravitoituu kohti negatiivista elektrodia tai katodia (-), iskemällä enemmän atomeihin ja tuottaen jatkuvaa UV-valoa. Mikroaaltolamput toimivat samalla tavalla, paitsi että mikroaallot, jotka tunnetaan myös nimellä radiotaajuus (RF), korvaavat sähköpiirin. Koska mikroaaltolampuissa ei ole volframielektrodeja ja ne ovat yksinkertaisesti suljettu kvartsiputki, joka sisältää elohopeaa ja inerttiä kaasua, niitä kutsutaan yleisesti elektrodittomiksi.
Laajakaistaisten tai laajaspektristen elohopeahöyrylamppujen UV-teho kattaa ultravioletti-, näkyvä- ja infrapuna-aallonpituudet suunnilleen yhtä suuressa suhteessa. Ultraviolettiosa sisältää seoksen UVC (200 - 280 nm), UVB (280 - 315 nm), UVA (315 - 400 nm) ja UVV (400 - 450 nm) aallonpituuksia. Lamput, jotka lähettävät UVC:tä aallonpituuksilla alle 240 nm, tuottavat otsonia ja vaativat pakokaasun tai suodatuksen.
Elohopeahöyrylampun spektritehoa voidaan muuttaa lisäämällä pieniä määriä lisäaineita, kuten rauta (Fe), gallium (Ga), lyijy (Pb), tina (Sn), vismutti (Bi) tai indium (In) ). Lisätyt metallit muuttavat plasman koostumusta ja sitä kautta vapautuvaa energiaa, kun kationit hankkivat elektroneja. Lamppuja, joihin on lisätty metalleja, viitataan nimellä seostus, lisäaine ja metallihalogenidi. Useimmat UV-formuloidut musteet, pinnoitteet, liimat ja ekstruusiot on suunniteltu vastaamaan joko tavallisten elohopealla (Hg) tai raudalla (Fe) seostettujen lamppujen tehoa. Rautasoostetut lamput siirtävät osan UV-lähdöstä pidemmille, lähes näkyville aallonpituuksille, mikä johtaa parempaan tunkeutumiseen paksumpien, voimakkaasti pigmentoituneiden formulaatioiden läpi. Titaanidioksidia sisältävät UV-valmisteet kovettuvat paremmin galliumilla (GA) seostetuilla lampuilla. Tämä johtuu siitä, että galliumlamput siirtävät merkittävän osan UV-lähdöstä yli 380 nm:n aallonpituuksille. Koska titaanidioksidilisäaineet eivät yleensä absorboi valoa yli 380 nm:n, galliumlamppujen käyttäminen valkoisilla formulaatioilla mahdollistaa sen, että fotoinitiaattorit absorboivat enemmän UV-energiaa kuin lisäaineet.
Spektriprofiilit tarjoavat formuloijille ja loppukäyttäjille visuaalisen esityksen siitä, kuinka tietyn lampun mallin säteilyteho jakautuu sähkömagneettisen spektrin yli. Vaikka höyrystetyllä elohopealla ja lisäainemetalleilla on määritellyt säteilyominaisuudet, kvartsiputken sisällä olevien elementtien ja inerttien kaasujen tarkka seos sekä lampun rakenne ja kovetusjärjestelmän rakenne vaikuttavat kaikki UV-tehoon. Integroimattoman lampun, joka saa virtansa ja jonka lampputoimittaja mittaa ulkoilmassa, spektriteho on erilainen kuin lampun, joka on asennettu lampun päähän, jossa on oikein suunniteltu heijastin ja jäähdytys. Spektriprofiilit ovat helposti saatavilla UV-järjestelmien toimittajilta, ja ne ovat hyödyllisiä formulaatioiden kehittämisessä ja lamppujen valinnassa.
Yhteinen spektriprofiili piirtää spektrin irradianssin y-akselille ja aallonpituuden x-akselille. Spektrin irradianssi voidaan näyttää useilla tavoilla, mukaan lukien absoluuttinen arvo (esim. W/cm2/nm) tai mielivaltaiset, suhteelliset tai normalisoidut (ilman yksikköä) mittaukset. Profiilit näyttävät tiedot yleensä joko viivakaaviona tai pylväskaaviona, joka ryhmittelee lähdön 10 nm:n kaistoille. Seuraava elohopeakaarilampun spektritehokäyrä esittää suhteellista säteilyä suhteessa aallonpituuteen GEW:n järjestelmissä (kuva 1).
KUVA 1 »Elohopean ja raudan spektritulostuskaaviot.
Lamppu on termi, jota käytetään viittaamaan UV-säteilyä lähettävään kvartsiputkeen Euroopassa ja Aasiassa, kun taas pohjois- ja eteläamerikkalaiset käyttävät yleensä vaihdettavaa polttimon ja lampun sekoitusta. Sekä lamppu että lampun pää viittaavat koko kokoonpanoon, joka sisältää kvartsiputken ja kaikki muut mekaaniset ja sähköiset komponentit.
Elektrodikaarilamput
Elektrodikaarilamppujärjestelmät koostuvat lampun päästä, jäähdytystuulettimesta tai jäähdyttimestä, virtalähteestä ja ihmisen ja koneen välisestä rajapinnasta (HMI). Lampun pää sisältää lampun (polttimo), heijastimen, metallikotelon tai -kotelon, suljinkokoonpanon ja joskus kvartsi-ikkunan tai lankasuojan. GEW asentaa kvartsiputket, heijastimet ja suljinmekanismit kasettikokoonpanojen sisään, jotka voidaan helposti irrottaa lampun pään ulkokuoresta tai kotelosta. GEW-kasetin irrottaminen onnistuu yleensä muutamassa sekunnissa yhdellä kuusiokoloavaimella. Koska UV-teho, lampun pään koko ja muoto, järjestelmän ominaisuudet ja lisälaitteiden tarpeet vaihtelevat sovelluksen ja markkinoiden mukaan, elektrodikaarilamppujärjestelmät suunnitellaan yleensä tiettyyn käyttöluokkaan tai vastaaviin konetyyppeihin.
Elohopeahöyrylamput säteilevät 360° valoa kvartsiputkesta. Valokaarilamppujärjestelmät käyttävät lampun sivuilla ja takana olevia heijastimia vangitakseen ja kohdistaakseen enemmän valoa tietylle etäisyydelle lampun pään edessä. Tämä etäisyys tunnetaan tarkennuksena ja siellä säteilyvoimakkuus on suurin. Valokaarilamput säteilevät tyypillisesti alueella 5-12 W/cm2 tarkennettaessa. Koska noin 70 % lampun pään UV-säteilystä tulee heijastimesta, on tärkeää pitää heijastimet puhtaina ja vaihtaa ne säännöllisesti. Heijastimien puhdistamatta jättäminen tai vaihtaminen on yleinen syy riittämättömään parantumiseen.
Yli 30 vuoden ajan GEW on parantanut kovetusjärjestelmiensä tehokkuutta, räätälöinyt ominaisuuksia ja tehoa vastaamaan tiettyjen sovellusten ja markkinoiden tarpeita sekä kehittänyt laajaa integraatiotarvikevalikoimaa. Tämän seurauksena GEW:n tämän päivän kaupalliset tarjoukset sisältävät kompaktit kotelot, heijastimet, jotka on optimoitu parantamaan UV-heijastavuutta ja vähentämään infrapunaa, hiljaiset integroidut suljinmekanismit, rainan helmat ja raot, simpukkakuoren syöttö, typen inertio, ylipaineiset päät, kosketusnäyttö käyttöliittymä, puolijohdevirtalähteet, suurempi toiminnan tehokkuus, UV-lähdön valvonta ja järjestelmän etävalvonta.
Keskipaineisten elektrodilamppujen käydessä kvartsin pintalämpötila on 600–800 °C ja plasman sisälämpötila useita tuhansia celsiusasteita. Pakotettu ilma on ensisijainen keino säilyttää lampun oikea toimintalämpötila ja poistaa osa säteiletystä infrapunaenergiasta. GEW toimittaa tätä ilmaa negatiivisesti; tämä tarkoittaa, että ilma vedetään kotelon läpi heijastinta ja lamppua pitkin ja poistetaan kokoonpanosta poispäin koneesta tai kovetuspinnasta. Jotkut GEW-järjestelmät, kuten E4C, käyttävät nestejäähdytystä, mikä mahdollistaa hieman suuremman UV-tehon ja pienentää lampun pään kokonaiskokoa.
Elektrodikaarilampuissa on lämmitys- ja jäähdytysjaksot. Lamput sytytetään minimaalisella jäähdytyksellä. Tämän ansiosta elohopeaplasma voi nousta haluttuun käyttölämpötilaan, tuottaa vapaita elektroneja ja kationeja ja mahdollistaa virran kulkemisen. Kun lampun pää sammutetaan, jäähdytys jatkuu muutaman minuutin kvartsiputken tasaisen jäähdyttämiseksi. Liian lämmin lamppu ei syty uudelleen, vaan sen on jatkettava jäähtymistä. Käynnistys- ja jäähdytysjaksojen pituus sekä elektrodien heikkeneminen jokaisen jänniteiskun aikana ovat syynä siihen, miksi pneumaattiset suljinmekanismit on aina integroitu GEW-elektrokaarilamppukokoonpanoihin. Kuvassa 2 on ilmajäähdytteiset (E2C) ja nestejäähdytteiset (E4C) elektrodikaarilamput.
KUVA 2 »Nestejäähdytteiset (E4C) ja ilmajäähdytteiset (E2C) elektrodikaarilamput.
UV LED-lamput
Puolijohteet ovat kiinteitä, kiteisiä materiaaleja, jotka ovat jonkin verran johtavia. Puolijohteen läpi virtaa sähkö paremmin kuin eristeen, mutta ei yhtä hyvin kuin metallijohtimen. Luonnossa esiintyviä mutta melko tehottomia puolijohteita ovat pii, germanium ja seleeni. Synteettisesti valmistetut puolijohteet, jotka on suunniteltu tehoon ja tehokkuuteen, ovat yhdistelmämateriaaleja, joiden epäpuhtaudet on kyllästetty tarkasti kiderakenteeseen. UV-LEDien tapauksessa alumiinigalliumnitridi (AlGaN) on yleisesti käytetty materiaali.
Puolijohteet ovat nykyaikaisen elektroniikan perusta, ja ne on suunniteltu muodostamaan transistoreja, diodeja, valodiodeja ja mikroprosessoreita. Puolijohdelaitteet integroidaan sähköpiireihin ja asennetaan tuotteisiin, kuten matkapuhelimiin, kannettaviin tietokoneisiin, tabletteihin, kodinkoneisiin, lentokoneisiin, autoihin, kaukosäätimiin ja jopa lasten leluihin. Nämä pienet mutta tehokkaat komponentit tekevät jokapäiväisistä tuotteista toimivia ja tekevät niistä myös kompakteja, ohuempia, kevyitä ja edullisempia.
LEDien erikoistapauksessa tarkasti suunnitellut ja valmistetut puolijohdemateriaalit lähettävät suhteellisen kapeita aallonpituuskaistoja, kun ne on kytketty tasavirtalähteeseen. Valo syntyy vain, kun virta kulkee kunkin LEDin positiivisesta anodista (+) negatiiviseen katodiin (-). Koska LED-lähtö on nopeasti ja helposti hallittavissa ja lähes yksivärinen, LEDit sopivat ihanteellisesti käytettäväksi: merkkivaloina; infrapunaviestintäsignaalit; televisioiden, kannettavien tietokoneiden, tablettien ja älypuhelimien taustavalo; Elektroniset kyltit, mainostaulut ja jumbotronit; ja UV-kovettuva.
LED on positiivinen-negatiivinen liitos (pn-liitos). Tämä tarkoittaa, että LEDin yhdellä osalla on positiivinen varaus ja sitä kutsutaan anodiksi (+), ja toisella osassa on negatiivinen varaus ja sitä kutsutaan katodikiksi (-). Vaikka molemmat puolet ovat suhteellisen johtavia, risteysraja, jossa molemmat puolet kohtaavat, eli tyhjennysvyöhyke, ei ole johtava. Kun tasavirran (DC) virtalähteen positiivinen (+) napa on kytketty LEDin anodiin (+) ja lähteen negatiivinen (-) napa on kytketty katodiin (-), negatiivisesti varautuneita elektroneja katodissa ja positiivisesti varautuneiden elektronien tyhjät paikat anodissa hylkivät virtalähteen ja työntävät niitä kohti tyhjennysaluetta. Tämä on eteenpäin suuntautuva bias, ja se ylittää ei-johtavan rajan. Tuloksena on, että vapaat elektronit n-tyypin alueella ylittävät ja täyttävät vapaita paikkoja p-tyypin alueella. Kun elektronit virtaavat rajan yli, ne siirtyvät alhaisemman energian tilaan. Vastaava energian pudotus vapautuu puolijohteesta valon fotoneina.
Kiteisen LED-rakenteen muodostavat materiaalit ja lisäaineet määräävät spektrilähdön. Nykyään kaupallisesti saatavilla olevissa LED-kovetuslähteissä on ultraviolettilähdöt, jotka on keskitetty 365, 385, 395 ja 405 nm:iin, tyypillinen toleranssi ±5 nm ja Gaussin spektrijakauma. Mitä suurempi huippuspektrin irradianssi (W/cm2/nm), sitä korkeampi kellokäyrän huippu on. Vaikka UVC-kehitys jatkuu 275–285 nm:n välillä, teho, käyttöikä, luotettavuus ja hinta eivät ole vielä kaupallisesti kannattavia kovetusjärjestelmissä ja sovelluksissa.
Koska UV-LED-teho on tällä hetkellä rajoitettu pidempiin UVA-aallonpituuksiin, UV-LED-kovetusjärjestelmä ei lähetä laajakaistaista spektrilähtöä, joka on ominaista keskipaineisille elohopeahöyrylampuille. Tämä tarkoittaa, että UV-LED-kovetusjärjestelmät eivät lähetä UVC-, UVB-, useimpia näkyvää valoa ja lämpöä tuottavia infrapuna-aallonpituuksia. Vaikka tämä mahdollistaa UV-LED-kovetusjärjestelmien käytön lämpöherkissä sovelluksissa, olemassa olevat musteet, pinnoitteet ja liimat, jotka on formuloitu keskipaineisiin elohopealampuihin, on muotoiltava uudelleen UV-LED-kovetusjärjestelmiä varten. Onneksi kemian toimittajat suunnittelevat tarjontaansa yhä useammin kaksoishoitona. Tämä tarkoittaa, että kaksoiskovettuva koostumus, joka on tarkoitettu kovettumaan UV-LED-lampulla, kovettuu myös elohopeahöyrylampulla (kuva 3).
KUVA 3 »Spektrilähtötaulukko LEDille.
GEW:n UV-LED-kovetusjärjestelmät lähettävät jopa 30 W/cm2 säteilyikkunassa. Toisin kuin elektrodikaarilamput, UV-LED-kovetusjärjestelmät eivät sisällä heijastimia, jotka suuntaavat valonsäteet keskittyneeseen fokukseen. Tämän seurauksena UV-LED-huippusäteily esiintyy lähellä emittoivaa ikkunaa. Lähetetyt UV-LED-säteet eroavat toisistaan, kun lampun pään ja kovettuvan pinnan välinen etäisyys kasvaa. Tämä vähentää valon pitoisuutta ja kovettumispinnan saavuttavan säteilyvoimakkuuden suuruutta. Vaikka huippuirradianssi on tärkeä silloittumisen kannalta, yhä suurempi irradianssi ei aina ole edullinen ja voi jopa estää suuremman silloittumistiheyden. Aallonpituudella (nm), säteilyvoimakkuudella (W/cm2) ja energiatiheydellä (J/cm2) on kaikilla ratkaiseva rooli kovettumisessa, ja niiden yhteisvaikutus kovettumiselle tulee ymmärtää oikein UV-LED-lähdettä valittaessa.
LEDit ovat Lambertilaisia lähteitä. Toisin sanoen jokainen UV-LED lähettää tasaisen ulostulon eteenpäin koko 360° x 180° puolipallolla. Lukuisat UV-LEDit, joista jokainen on millimetrin neliön luokkaa, on järjestetty yhdelle riville, rivien ja sarakkeiden matriisiin tai johonkin muuhun kokoonpanoon. Nämä osakokoonpanot, joita kutsutaan moduuleiksi tai ryhmiksi, on suunniteltu siten, että LED-valojen välissä on etäisyys, mikä varmistaa sekoittumisen rakojen yli ja helpottaa diodien jäähdytystä. Useita moduuleja tai ryhmiä järjestetään sitten suurempiin kokoonpanoihin erikokoisten UV-kovetusjärjestelmien muodostamiseksi (kuvat 4 ja 5). UV-LED-kovetusjärjestelmän rakentamiseen tarvittavia lisäkomponentteja ovat jäähdytyselementti, säteilevä ikkuna, elektroniset ajurit, tasavirtalähteet, nestejäähdytysjärjestelmä tai -jäähdytin ja ihmiskoneliitäntä (HMI).
KUVA 4 »LeoLED-järjestelmä verkkokäyttöön.
KUVA 5 »LeoLED-järjestelmä nopeisiin monilamppuasennuksiin.
Koska UV-LED-kovetusjärjestelmät eivät säteile infrapuna-aallonpituuksia. Ne siirtävät luonnostaan vähemmän lämpöenergiaa kovettuvaan pintaan kuin elohopeahöyrylamput, mutta tämä ei tarkoita, että UV-LED-valaisimia tulisi pitää kylmäkovetustekniikana. UV-LED-kovetusjärjestelmät voivat lähettää erittäin korkeita huippusäteilyä, ja ultraviolettiaallonpituudet ovat energiamuoto. Mikä tahansa tuotos ei imeydy kemiaan, se lämmittää alla olevan osan tai alustan sekä ympäröivät koneen osat.
UV-LEDit ovat myös sähkökomponentteja, joiden tehottomuudet johtuvat raakapuolijohteiden suunnittelusta ja valmistuksesta sekä valmistusmenetelmistä ja komponenteista, joita käytetään LEDien pakkaamiseen suurempaan kovetusyksikköön. Elohopeahöyrykvartsiputken lämpötilan on oltava käytön aikana 600-800 °C, mutta LED-pn-liitoksen lämpötilan tulee pysyä alle 120 °C. Vain 35-50 % UV-LED-ryhmän sähköstä muunnetaan ultraviolettilähdöksi (riippuu suuresti aallonpituudesta). Loput muunnetaan lämpölämmöksi, joka on poistettava halutun liitoslämpötilan ylläpitämiseksi ja tietyn järjestelmän säteilyn, energiatiheyden ja tasaisuuden sekä pitkän käyttöiän varmistamiseksi. LEDit ovat luonnostaan pitkäikäisiä puolijohdelaitteita, ja LEDien integrointi suurempiin kokoonpanoihin oikein suunniteltujen ja huollettujen jäähdytysjärjestelmien kanssa on ratkaisevan tärkeää pitkän käyttöiän saavuttamiseksi. Kaikki UV-kovetusjärjestelmät eivät ole samanlaisia, ja väärin suunnitelluilla ja jäähdytetyillä UV-LED-kovetusjärjestelmillä on suurempi todennäköisyys ylikuumentua ja epäonnistua katastrofaalisesti.
Valokaari/LED-hybridilamput
Kaikilla markkinoilla, joilla täysin uutta teknologiaa otetaan käyttöön nykyisen tekniikan tilalle, voi olla pelkoa omaksumisesta sekä suorituskyvyn skeptisyyttä. Potentiaaliset käyttäjät viivyttelevät usein käyttöönottoa, kunnes vakiintunut asennuskanta muodostuu, tapaustutkimukset julkaistaan, positiiviset suosittelut alkavat levitä massaksi ja/tai he saavat ensikäden kokemusta tai referenssejä tuntemilta ja luotettavilta henkilöiltä ja yrityksiltä. Usein vaaditaan kovia todisteita, ennen kuin koko markkinat luopuvat kokonaan vanhasta ja siirtyvät kokonaan uuteen. Ei auta, että menestystarinat ovat yleensä tiukasti pidettyjä salaisuuksia, koska varhaiset omaksujat eivät halua kilpailijoiden saavan vastaavia etuja. Tämän seurauksena sekä todellisia että liioiteltuja pettymystarinoita voi joskus kaikua kaikkialla markkinoilla, mikä peittää uuden teknologian todelliset edut ja viivästyttää entisestään käyttöönottoa.
Kautta historian ja vastahakoisen käyttöönoton vastakohtana hybridimalleja on usein pidetty siirtymäsiltana vakiintuneen ja uuden teknologian välillä. Hybridien avulla käyttäjät voivat saada itseluottamusta ja päättää itse, miten ja milloin uusia tuotteita tai menetelmiä tulisi käyttää, tinkimättä nykyisistä ominaisuuksista. UV-kovetuksen tapauksessa hybridijärjestelmän avulla käyttäjät voivat nopeasti ja helposti vaihtaa elohopeahöyrylamppujen ja LED-tekniikan välillä. Linjoilla, joissa on useita kovetusasemia, hybridit mahdollistavat puristimien käytön 100 % LEDillä, 100 % elohopeahöyryllä tai mitä tahansa näiden kahden tekniikan yhdistelmää, jota tiettyyn työhön tarvitaan.
GEW tarjoaa kaari/LED-hybridijärjestelmiä verkkomuuntimille. Ratkaisu kehitettiin GEW:n suurimmalle markkina-alueelle, kapeaverkkotarralle, mutta hybridisuunnittelulla on käyttöä myös muissa web- ja ei-web-sovelluksissa (kuva 6). Valokaari/LED sisältää yhteisen lampun pään, johon mahtuu joko elohopeahöyry tai LED-kasetti. Molemmat kasetit toimivat yleisellä teho- ja ohjausjärjestelmällä. Järjestelmän älykkyys mahdollistaa kasettityyppien erottamisen ja tarjoaa automaattisesti sopivan tehon, jäähdytyksen ja käyttöliittymän. GEW:n elohopeahöyry- tai LED-kasettien irrottaminen tai asentaminen tapahtuu yleensä muutamassa sekunnissa yhdellä kuusiokoloavaimella.
KUVA 6 »Kaari/LED-järjestelmä verkkoon.
Excimer-lamput
Excimer-lamput ovat eräänlainen kaasupurkauslamppu, joka lähettää lähes monokromaattista ultraviolettienergiaa. Excimer-lamppuja on saatavana useilla aallonpituuksilla, mutta yleiset ultraviolettilähdöt on keskitetty 172, 222, 308 ja 351 nm:iin. 172 nm:n eksimeerilamput kuuluvat tyhjiö-UV-kaistalle (100-200 nm), kun taas 222 nm on yksinomaan UVC (200-280 nm). 308 nm:n eksimeerilamput lähettävät UVB-säteilyä (280-315 nm), ja 351 nm on kiinteästi UVA-säteilyä (315-400 nm).
172 nm:n tyhjiö-UV-aallonpituudet ovat lyhyempiä ja sisältävät enemmän energiaa kuin UVC; ne kuitenkin kamppailevat tunkeutuakseen hyvin syvälle aineisiin. Itse asiassa 172 nm:n aallonpituudet absorboituvat täysin UV-formuloidun kemian 10-200 nm:n ylimmissä rajoissa. Tämän seurauksena 172 nm:n eksimeerilamput silloittavat vain UV-valmisteiden uloimman pinnan, ja ne on integroitava yhdessä muiden kovetuslaitteiden kanssa. Koska myös ilma absorboi alipaine-UV-aallonpituuksia, 172 nm:n eksimeerilamppuja on käytettävä typen inertissä ilmakehässä.
Useimmat excimer-lamput koostuvat kvartsiputkesta, joka toimii dielektrisenä esteenä. Putki on täytetty harvinaisilla kaasuilla, jotka pystyvät muodostamaan eksimeeri- tai eksiplex-molekyylejä (kuva 7). Eri kaasut tuottavat erilaisia molekyylejä, ja eri virittyneet molekyylit määräävät, mitä aallonpituuksia lamppu emittoi. Korkeajänniteelektrodi kulkee pitkin kvartsiputken sisäpituutta ja maadoituselektrodit kulkevat pitkin ulkopituutta. Jännitteet syötetään lamppuun korkeilla taajuuksilla. Tämä saa elektronit virtaamaan sisäisen elektrodin sisällä ja purkamaan kaasuseoksen poikki ulkoisia maadoituselektrodeja kohti. Tämä tieteellinen ilmiö tunnetaan dielektrisenä estepurkauksena (DBD). Kun elektronit kulkevat kaasun läpi, ne ovat vuorovaikutuksessa atomien kanssa ja muodostavat energisoituja tai ionisoituja lajeja, jotka tuottavat eksimeeri- tai eksiplex-molekyylejä. Excimer- ja exciplex-molekyylillä on uskomattoman lyhyt käyttöikä, ja kun ne hajoavat virittyneestä tilasta perustilaan, niistä vapautuu fotoneja, joiden jakautuminen on kvasi-monokromaattinen.
KUVA 7 »Excimer lamppu
Toisin kuin elohopeahöyrylamput, excimer-lampun kvartsiputken pinta ei kuumene. Tämän seurauksena useimmat excimer-lamput toimivat vähän tai ei ollenkaan jäähdytyksellä. Muissa tapauksissa vaaditaan alhainen jäähdytys, joka tyypillisesti saadaan aikaan typpikaasulla. Lampun lämpöstabiiliuden ansiosta excimer-lamput kytkeytyvät välittömästi päälle/pois eivätkä vaadi lämmitys- tai jäähdytysjaksoja.
Kun 172 nm:ssä säteilevät excimer-lamput yhdistetään sekä kvasi-monokromaattisten UVA-LED-kovetusjärjestelmien että laajakaistaisten elohopeahöyrylamppujen kanssa, syntyy mattapintaisia vaikutuksia. UVA-LED-lamppuja käytetään ensin kemian geeliyttämiseen. Kvasi-monokromaattisia excimer-lamppuja käytetään sitten pinnan polymeroimiseen, ja lopuksi laajakaistaiset elohopealamput silloittavat muun kemian. Kolmen eri vaiheissa käytetyn teknologian ainutlaatuiset spektrilähdöt tarjoavat hyödyllisiä optisia ja toiminnallisia pintakovetusvaikutuksia, joita ei voida saavuttaa millään UV-lähteellä yksinään.
Excimer-aallonpituudet 172 ja 222 nm tuhoavat tehokkaasti myös vaarallisia orgaanisia aineita ja haitallisia bakteereja, mikä tekee eksimerlampuista käytännöllisiä pintojen puhdistukseen, desinfiointiin ja pintaenergiakäsittelyihin.
Lampun käyttöikä
Mitä tulee lampun tai polttimon käyttöikään, GEW:n kaarilamput yleensä jopa 2000 tuntia. Lampun käyttöikä ei ole absoluuttinen, sillä UV-teho pienenee vähitellen ajan myötä ja siihen vaikuttavat useat tekijät. Lampun muotoilu ja laatu sekä UV-järjestelmän toimintakunto ja formulaatioaineen reaktiivisuus. Oikein suunnitellut UV-järjestelmät varmistavat, että lamppu (polttimo) vaatii oikean tehon ja jäähdytyksen.
GEW:n toimittamat lamput (polttimot) tarjoavat aina pisimmän käyttöiän, kun niitä käytetään GEW:n kovetusjärjestelmissä. Toissijaiset syöttölähteet ovat yleensä kääntäneet lampun näytteestä, eivätkä kopiot välttämättä sisällä samaa päädyn sovitetta, kvartsin halkaisijaa, elohopeapitoisuutta tai kaasuseosta, jotka kaikki voivat vaikuttaa UV-tehoon ja lämmöntuotantoon. Kun lämmöntuotantoa ei tasapainoteta järjestelmän jäähdytystä vastaan, lampun teho ja käyttöikä kärsivät. Viileämmät lamput säteilevät vähemmän UV-säteilyä. Kuumenevat lamput eivät kestä yhtä kauan ja vääntyvät korkeissa pintalämpötiloissa.
Elektrodikaarilamppujen käyttöikää rajoittavat lampun käyttölämpötila, käyttötuntien määrä sekä käynnistysten tai iskujen määrä. Joka kerta kun lamppuun isketään suurjännitekaarella käynnistyksen aikana, volframielektrodin osa kuluu. Lopulta lamppu ei syty uudelleen. Elektrodikaarilampuissa on suljinmekanismeja, jotka kytkettyinä estävät UV-säteilyn vaihtoehtona lampun tehon toistuvalle jaksottamiselle. Reaktiivisemmat musteet, pinnoitteet ja liimat voivat pidentää lampun käyttöikää. kun taas vähemmän reaktiiviset formulaatiot saattavat vaatia useammin lamppujen vaihtoa.
UV-LED-järjestelmät ovat luonnostaan pidempiä kuin perinteiset lamput, mutta UV-LEDin käyttöikä ei myöskään ole ehdoton. Perinteisten lamppujen tapaan UV-LED-valoilla on rajat niiden käyttövoimakkuudelle, ja niiden on yleensä toimittava alle 120 °C:n liitoslämpötilassa. Ylikäyttöiset ja alijäähdyttävät LEDit vaarantavat käyttöiän, mikä johtaa nopeampaan hajoamiseen tai katastrofaaliseen vikaan. Kaikki UV-LED-järjestelmien toimittajat eivät tällä hetkellä tarjoa malleja, jotka täyttävät korkeimman, yli 20 000 tunnin käyttöiän. Paremmin suunnitellut ja huolletut järjestelmät kestävät yli 20 000 tuntia, ja huonommat järjestelmät epäonnistuvat paljon lyhyemmissä ikkunoissa. Hyvä uutinen on, että LED-järjestelmien suunnittelut paranevat ja kestävät pidempään jokaisen suunnittelun iteraatiossa.
Otsoni
Kun lyhyemmät UVC-aallonpituudet osuvat happimolekyyleihin (O2), ne aiheuttavat happimolekyylien (O2) jakautumisen kahdeksi happiatomiksi (O). Vapaat happiatomit (O) törmäävät sitten muihin happimolekyyleihin (O2) ja muodostavat otsonia (O3). Koska trihappi (O3) on vähemmän stabiili maanpinnalla kuin dihappi (O2), otsoni muuttuu helposti happimolekyyliksi (O2) ja happiatomiksi (O) kulkeutuessaan ilmakehän ilman läpi. Vapaat happiatomit (O) yhdistyvät sitten uudelleen toistensa kanssa pakojärjestelmässä tuottaen happimolekyylejä (O2).
Teollisissa UV-kovettuvissa sovelluksissa otsonia (O3) syntyy, kun ilmakehän happi on vuorovaikutuksessa alle 240 nm:n ultraviolettiaallonpituuksien kanssa. Laajakaistaiset elohopeahöyryllä kovettuvat lähteet emittoivat UVC-säteilyä 200–280 nm:ssä, joka on osan otsonia tuottavan alueen päällä, ja eksimeerilamput emittoivat tyhjiö-UV-säteilyä aallonpituudella 172 nm tai UVC:tä 222 nm:ssä. Elohopeahöyryn ja excimer-kovettuvien lamppujen muodostama otsoni on epävakaa eikä ole merkittävä ympäristöongelma, mutta se on poistettava työntekijöiden lähialueelta, koska se on hengitysteitä ärsyttävä ja myrkyllinen korkeissa määrin. Koska kaupalliset UV-LED-kovetusjärjestelmät lähettävät UVA-säteilyä välillä 365-405 nm, otsonia ei synny.
Otsonilla on samanlainen haju kuin metallin, palavan langan, kloorin ja sähkökipinän haju. Ihmisen hajuaistit voivat havaita otsonia jopa 0,01-0,03 miljoonasosaa (ppm). Vaikka se vaihtelee henkilö- ja aktiivisuustason mukaan, yli 0,4 ppm:n pitoisuudet voivat aiheuttaa haitallisia hengitysvaikutuksia ja päänsärkyä. UV-kovetuslinjoihin tulee asentaa asianmukainen ilmanvaihto, jotta työntekijöiden altistuminen otsonille rajoitetaan.
UV-kovetusjärjestelmät on yleensä suunniteltu sisältämään poistoilma, kun se poistuu lampun päistä, jotta se voidaan ohjata pois käyttäjistä ja rakennuksen ulkopuolelle, missä se luonnollisesti hajoaa hapen ja auringonvalon vaikutuksesta. Vaihtoehtoisesti otsonittomissa lampuissa on kvartsilisäaine, joka estää otsonia synnyttävät aallonpituudet, ja tilat, jotka haluavat välttää kanavien tai reikien leikkaamisen katolle, käyttävät usein suodattimia poistopuhaltimien ulostulossa.
Postitusaika: 19.6.2024
