Vaporii de mercur, diodele emițătoare de lumină (LED) și excimerul sunt tehnologii distincte de lămpi pentru polimerizare UV. Deși toate trei sunt utilizate în diverse procese de fotopolimerizare pentru a reticula cernelurile, acoperirile, adezivii și extrudările, mecanismele care generează energia UV radiată, precum și caracteristicile spectrului de ieșire corespunzător, sunt complet diferite. Înțelegerea acestor diferențe este esențială în dezvoltarea aplicațiilor și formulărilor, selecția sursei de polimerizare UV și integrare.
Lămpi cu vapori de mercur
Atât lămpile cu arc cu electrod, cât și lămpile cu microunde fără electrod se încadrează în categoria vaporilor de mercur. Lămpile cu vapori de mercur sunt un tip de lămpi cu descărcare în gaz, de presiune medie, în care o cantitate mică de mercur elementar și gaz inert sunt vaporizate într-o plasmă în interiorul unui tub de cuarț etanș. Plasma este un gaz ionizat la temperatură incredibil de ridicată, capabil să conducă electricitatea. Este produsă prin aplicarea unei tensiuni electrice între doi electrozi dintr-o lămpi cu arc sau prin încălzirea la microunde a unei lămpi fără electrod în interiorul unei incinte sau cavități similare ca concept cu un cuptor cu microunde de uz casnic. Odată vaporizată, plasma de mercur emite lumină cu spectru larg pe lungimi de undă ultraviolete, vizibile și infraroșii.
În cazul unei lămpi electrice cu arc, o tensiune aplicată energizează tubul de cuarț etanș. Această energie vaporizează mercurul într-o plasmă și eliberează electroni din atomii vaporizați. O porțiune de electroni (-) curge spre electrodul pozitiv de tungsten sau anodul (+) al lămpii și în circuitul electric al sistemului UV. Atomii cu electroni noi lipsă devin cationi energizați pozitiv (+) care curg spre electrodul sau catodul (-) încărcat negativ al lămpii. Pe măsură ce se mișcă, cationii lovesc atomii neutri din amestecul de gaze. Impactul transferă electroni de la atomii neutri la cationi. Pe măsură ce cationii câștigă electroni, aceștia cad într-o stare de energie mai mică. Diferența de energie este descărcată sub formă de fotoni care radiază spre exterior din tubul de cuarț. Cu condiția ca lampa să fie alimentată corespunzător, răcită corect și funcționată în timpul duratei sale de viață utilă, o sursă constantă de cationi nou creați (+) gravitează spre electrodul negativ sau catodul (-), lovind mai mulți atomi și producând emisie continuă de lumină UV. Lămpile cu microunde funcționează într-un mod similar, cu excepția faptului că microundele, cunoscute și sub denumirea de radiofrecvență (RF), înlocuiesc circuitul electric. Deoarece lămpile cu microunde nu au electrozi de tungsten și sunt pur și simplu un tub de cuarț sigilat care conține mercur și gaz inert, acestea sunt denumite în mod obișnuit fără electrozi.
Radiația UV produsă de lămpile cu vapori de mercur cu spectru larg sau în bandă largă se întinde pe lungimi de undă ultraviolete, vizibile și infraroșii, în proporții aproximativ egale. Porțiunea ultravioletă include un amestec de lungimi de undă UVC (200 până la 280 nm), UVB (280 până la 315 nm), UVA (315 până la 400 nm) și UVV (400 până la 450 nm). Lămpile care emit UVC la lungimi de undă sub 240 nm generează ozon și necesită evacuare sau filtrare.
Spectralul de ieșire al unei lămpi cu vapori de mercur poate fi modificat prin adăugarea de cantități mici de dopanți, cum ar fi: fier (Fe), galiu (Ga), plumb (Pb), staniu (Sn), bismut (Bi) sau indiu (In). Metalele adăugate modifică compoziția plasmei și, în consecință, energia eliberată atunci când cationii dobândesc electroni. Lămpile cu metale adăugate sunt denumite dopate, aditive și cu halogenuri metalice. Majoritatea cernelurilor, acoperirilor, adezivilor și extrudărilor formulate cu UV sunt concepute pentru a se potrivi cu puterea lămpilor standard dopate cu mercur (Hg) sau cu fier (Fe). Lămpile dopate cu fier deplasează o parte din puterea UV către lungimi de undă mai lungi, aproape vizibile, ceea ce duce la o penetrare mai bună prin formulări mai groase și puternic pigmentate. Formulările UV care conțin dioxid de titan tind să se întărească mai bine cu lămpile dopate cu galiu (GA). Acest lucru se datorează faptului că lămpile cu galiu deplasează o porțiune semnificativă a puterii UV către lungimi de undă mai mari de 380 nm. Deoarece aditivii de dioxid de titan, în general, nu absorb lumina peste 380 nm, utilizarea lămpilor de galiu cu formulări albe permite ca fotoinitiatorii să absoarbă mai multă energie UV decât aditivii.
Profilurile spectrale oferă formulatorilor și utilizatorilor finali o reprezentare vizuală a modului în care este distribuită lumina radiată pentru un anumit design de lampă pe spectrul electromagnetic. În timp ce mercurul vaporizat și metalele aditive au caracteristici de radiație definite, amestecul precis de elemente și gaze inerte din interiorul tubului de cuarț, împreună cu construcția lămpii și designul sistemului de întărire, influențează producția UV. Producția spectrală a unei lămpi neintegrate, alimentată și măsurată de un furnizor de lămpi în aer liber, va avea o producție spectrală diferită față de o lampă montată într-un cap de lampă cu reflector și răcire proiectate corespunzător. Profilurile spectrale sunt ușor disponibile de la furnizorii de sisteme UV și sunt utile în dezvoltarea formulărilor și selecția lămpii.
Un profil spectral comun reprezintă iradierea spectrală pe axa y și lungimea de undă pe axa x. Iradianța spectrală poate fi afișată în mai multe moduri, inclusiv sub formă de valoare absolută (de exemplu, W/cm2/nm) sau prin măsuri arbitrare, relative sau normalizate (fără unități). Profilurile afișează de obicei informațiile fie sub formă de diagramă liniară, fie sub formă de diagramă cu bare care grupează ieșirea în benzi de 10 nm. Următorul grafic spectral de ieșire al lămpii cu arc de mercur arată iradierea relativă în raport cu lungimea de undă pentru sistemele GEW (Figura 1).
FIGURA 1 »Diagrame de ieșire spectrală pentru mercur și fier.
Lampă este termenul folosit pentru a se referi la tubul de cuarț care emite raze UV în Europa și Asia, în timp ce nord-americanii și sud-americanii tind să utilizeze o combinație interschimbabilă de bec și lampă. Atât lampa, cât și capul lămpii se referă la ansamblul complet care găzduiește tubul de cuarț și toate celelalte componente mecanice și electrice.
Lămpi cu arc cu electrod
Sistemele de lămpi cu arc cu electrod constau dintr-un cap de lampă, un ventilator de răcire sau un răcitor de lichid, o sursă de alimentare și o interfață om-mașină (HMI). Capul lămpii include o lampă (bec), un reflector, o carcasă sau o carcasă metalică, un ansamblu obturator și, uneori, o fereastră de cuarț sau o protecție de sârmă. GEW își montează tuburile de cuarț, reflectoarele și mecanismele obturatorului în interiorul ansamblurilor casetei care pot fi îndepărtate cu ușurință din carcasa sau carcasa exterioară a capului lămpii. Îndepărtarea unei casete GEW se realizează de obicei în câteva secunde folosind o singură cheie Allen. Deoarece puterea UV, dimensiunea și forma generală a capului lămpii, caracteristicile sistemului și nevoile de echipamente auxiliare variază în funcție de aplicație și piață, sistemele de lămpi cu arc cu electrod sunt în general proiectate pentru o anumită categorie de aplicații sau pentru tipuri de mașini similare.
Lămpile cu vapori de mercur emit lumină la 360° prin tubul de cuarț. Sistemele de lămpi cu arc utilizează reflectoare situate pe lateralele și pe spatele lămpii pentru a capta și focaliza mai multă lumină la o distanță specificată în fața capului lămpii. Această distanță este cunoscută sub numele de focar și este locul unde iradierea este cea mai mare. Lămpile cu arc emit de obicei între 5 și 12 W/cm2 la focar. Deoarece aproximativ 70% din radiația UV emisă de capul lămpii provine de la reflector, este important să mențineți reflectoarele curate și să le înlocuiți periodic. Necurățarea sau neînlocuirea reflectoarelor este un factor frecvent care contribuie la o întărire insuficientă.
De peste 30 de ani, GEW îmbunătățește eficiența sistemelor sale de întărire, personalizând caracteristicile și randamentul pentru a satisface nevoile aplicațiilor și piețelor specifice și dezvoltând un portofoliu vast de accesorii de integrare. Drept urmare, ofertele comerciale actuale de la GEW includ designuri compacte ale carcasei, reflectoare optimizate pentru o reflectanță UV mai mare și o radiație infraroșie redusă, mecanisme silențioase cu obturator integrat, fuste și fante pentru bandă, alimentare cu bandă tip scoică, inerție cu azot, capete presurizate pozitiv, interfață tactilă pentru operator, surse de alimentare în stare solidă, eficiență operațională mai mare, monitorizare a randamentului UV și monitorizare a sistemului de la distanță.
Când lămpile cu electrod de presiune medie funcționează, temperatura suprafeței de cuarț este între 600 °C și 800 °C, iar temperatura internă a plasmei este de câteva mii de grade Celsius. Aerul forțat este principalul mijloc de menținere a temperaturii corecte de funcționare a lămpii și de eliminare a unei părți din energia infraroșie radiată. GEW furnizează acest aer negativ; aceasta înseamnă că aerul este tras prin carcasă, de-a lungul reflectorului și a lămpii și evacuat în afara ansamblului și departe de mașină sau de suprafața de întărire. Unele sisteme GEW, cum ar fi E4C, utilizează răcirea cu lichid, ceea ce permite o putere UV puțin mai mare și reduce dimensiunea totală a capului lămpii.
Lămpile cu arc cu electrod au cicluri de încălzire și răcire. Lămpile sunt aprinse cu o răcire minimă. Aceasta permite plasmei de mercur să ajungă la temperatura de funcționare dorită, să producă electroni și cationi liberi și să permită fluxul de curent. Când capul lămpii este oprit, răcirea continuă să funcționeze timp de câteva minute pentru a răci uniform tubul de cuarț. O lampă prea caldă nu se va reaprinde și trebuie să continue să se răcească. Durata ciclului de pornire și răcire, precum și degradarea electrozilor în timpul fiecărei amorsări de tensiune este motivul pentru care mecanismele pneumatice ale obturatorului sunt întotdeauna integrate în ansamblurile de lămpi cu arc cu electrod GEW. Figura 2 prezintă lămpile cu arc cu electrod răcite cu aer (E2C) și răcite cu lichid (E4C).
FIGURA 2 »Lămpi cu arc cu electrod, răcite cu lichid (E4C) și răcite cu aer (E2C).
Lampă UV LED
Semiconductorii sunt materiale solide, cristaline, care sunt oarecum conductive. Electricitatea curge printr-un semiconductor mai bine decât un izolator, dar nu la fel de bine ca un conductor metalic. Semiconductorii naturali, dar destul de ineficienți, includ elementele siliciu, germaniu și seleniu. Semiconductorii fabricați sintetic, concepuți pentru randament și eficiență, sunt materiale compuse cu impurități impregnate precis în structura cristalină. În cazul LED-urilor UV, nitrura de aluminiu și galiu (AlGaN) este un material utilizat în mod obișnuit.
Semiconductorii sunt fundamentali pentru electronica modernă și sunt proiectați pentru a forma tranzistoare, diode, diode emițătoare de lumină și microprocesoare. Dispozitivele semiconductoare sunt integrate în circuite electrice și montate în produse precum telefoane mobile, laptopuri, tablete, electrocasnice, avioane, mașini, telecomenzi și chiar jucării pentru copii. Aceste componente mici, dar puternice, fac produsele de zi cu zi să funcționeze, permițând în același timp ca acestea să fie compacte, mai subțiri, mai ușoare și mai accesibile.
În cazul special al LED-urilor, materialele semiconductoare proiectate și fabricate cu precizie emit benzi de lumină cu lungimi de undă relativ înguste atunci când sunt conectate la o sursă de alimentare de curent continuu. Lumina este generată numai atunci când curentul curge de la anodul pozitiv (+) la catodul negativ (-) al fiecărui LED. Deoarece ieșirea LED-ului este controlată rapid și ușor și este cvasi-monocromatică, LED-urile sunt ideale pentru utilizare ca: lumini indicatoare; semnale de comunicație în infraroșu; iluminare de fundal pentru televizoare, laptopuri, tablete și telefoane inteligente; panouri publicitare electronice, panouri publicitare și jumbotronuri; și întărire UV.
Un LED este o joncțiune pozitiv-negativă (joncțiune pn). Aceasta înseamnă că o porțiune a LED-ului are o sarcină pozitivă și este denumită anod (+), iar cealaltă porțiune are o sarcină negativă și este denumită catod (-). Deși ambele părți sunt relativ conductive, limita joncțiunii unde se întâlnesc cele două părți, cunoscută sub numele de zonă de epuizare, nu este conductivă. Când terminalul pozitiv (+) al unei surse de alimentare de curent continuu (CC) este conectat la anodul (+) al LED-ului, iar terminalul negativ (-) al sursei este conectat la catod (-), electronii încărcați negativ din catod și locurile vacante de electroni încărcate pozitiv din anod sunt respinse de sursa de alimentare și împinse spre zona de epuizare. Aceasta este o polarizare directă și are efectul de a depăși limita neconductivă. Rezultatul este că electronii liberi din regiunea de tip n traversează și umplu locurile vacante din regiunea de tip p. Pe măsură ce electronii curg peste limită, aceștia trec într-o stare de energie mai mică. Scăderea respectivă de energie este eliberată din semiconductor sub formă de fotoni de lumină.
Materialele și dopanții care formează structura cristalină a LED-ului determină ieșirea spectrală. Astăzi, sursele de întărire LED disponibile comercial au ieșiri ultraviolete centrate la 365, 385, 395 și 405 nm, o toleranță tipică de ±5 nm și o distribuție spectrală gaussiană. Cu cât iradierea spectrală de vârf (W/cm2/nm) este mai mare, cu atât vârful curbei clopotului este mai mare. Deși dezvoltarea UVC este în desfășurare între 275 și 285 nm, ieșirea, durata de viață, fiabilitatea și costul nu sunt încă viabile din punct de vedere comercial pentru sistemele și aplicațiile de întărire.
Întrucât puterea de emisie a UV-LED-urilor este în prezent limitată la lungimi de undă UVA mai mari, un sistem de polimerizare UV-LED nu emite puterea spectrală de bandă largă caracteristică lămpilor cu vapori de mercur de presiune medie. Aceasta înseamnă că sistemele de polimerizare UV-LED nu emit UVC, UVB, majoritatea luminii vizibile și lungimi de undă infraroșii generatoare de căldură. Deși acest lucru permite utilizarea sistemelor de polimerizare UV-LED în aplicații mai sensibile la căldură, cernelurile, acoperirile și adezivii existenți formulați pentru lămpile cu mercur de presiune medie trebuie reformulați pentru sistemele de polimerizare UV-LED. Din fericire, furnizorii de produse chimice concep din ce în ce mai mult oferte cu polimerizare duală. Aceasta înseamnă că o formulă cu polimerizare duală destinată polimerizării cu o lampă UV-LED se va polimeriza și cu o lampă cu vapori de mercur (Figura 3).
FIGURA 3 »Diagrama spectrală de ieșire pentru LED.
Sistemele de polimerizare UV-LED de la GEW emit până la 30 W/cm2 la fereastra de emisie. Spre deosebire de lămpile cu arc electrozic, sistemele de polimerizare UV-LED nu încorporează reflectoare care direcționează razele de lumină către un focar concentrat. Drept urmare, iradierea de vârf a UV-LED apare aproape de fereastra de emisie. Razele UV-LED emise diverg unele de altele pe măsură ce distanța dintre capul lămpii și suprafața de polimerizare crește. Acest lucru reduce concentrația luminii și magnitudinea iradierii care ajunge la suprafața de polimerizare. Deși iradierea de vârf este importantă pentru reticulare, o iradiere din ce în ce mai mare nu este întotdeauna avantajoasă și poate chiar inhiba o densitate mai mare de reticulare. Lungimea de undă (nm), iradierea (W/cm2) și densitatea de energie (J/cm2) joacă toate roluri critice în polimerizare, iar impactul lor colectiv asupra polimerizării trebuie înțeles corect în timpul selecției sursei UV-LED.
LED-urile sunt surse lambertiene. Cu alte cuvinte, fiecare LED UV emite o lumină uniformă înainte pe o emisferă completă de 360° x 180°. Numeroase LED-uri UV, fiecare de ordinul unui milimetru pătrat, sunt aranjate într-un singur rând, o matrice de rânduri și coloane sau o altă configurație. Aceste subansambluri, cunoscute sub numele de module sau matrici, sunt proiectate cu o distanță între LED-uri care asigură amestecarea între goluri și facilitează răcirea diodelor. Mai multe module sau matrici sunt apoi aranjate în ansambluri mai mari pentru a forma sisteme de întărire UV de diferite dimensiuni (Figurile 4 și 5). Componentele suplimentare necesare pentru a construi un sistem de întărire UV-LED includ radiatorul, fereastra de emisie, driverele electronice, sursele de alimentare de curent continuu, un sistem de răcire cu lichid sau un răcitor și o interfață om-mașină (HMI).
FIGURA 4 »Sistemul LeoLED pentru web.
FIGURA 5 »Sistem LeoLED pentru instalații multi-lămpă de mare viteză.
Întrucât sistemele de întărire UV-LED nu radiază lungimi de undă în infraroșu, acestea transferă în mod inerent mai puțină energie termică către suprafața de întărire decât lămpile cu vapori de mercur, acest lucru nu înseamnă că LED-urile UV ar trebui considerate tehnologie de întărire la rece. Sistemele de întărire UV-LED pot emite iradieri de vârf foarte mari, iar lungimile de undă ultraviolete sunt o formă de energie. Orice ieșire care nu este absorbită de substanțele chimice va încălzi piesa sau substratul de bază, precum și componentele din jurul mașinii.
LED-urile UV sunt, de asemenea, componente electrice cu ineficiențe determinate de proiectarea și fabricarea semiconductorului brut, precum și de metodele de fabricație și componentele utilizate pentru a ambala LED-urile în unitatea de polimerizare mai mare. În timp ce temperatura unui tub de cuarț cu vapori de mercur trebuie menținută între 600 și 800 °C în timpul funcționării, temperatura joncțiunii pn a LED-ului trebuie să rămână sub 120 °C. Doar 35-50% din energia electrică care alimentează o matrice de LED-uri UV este convertită în ieșire ultravioletă (dependentă în mare măsură de lungimea de undă). Restul este transformat în căldură termică care trebuie eliminată pentru a menține temperatura dorită a joncțiunii și a asigura iradierea, densitatea energiei și uniformitatea specificate ale sistemului, precum și o durată lungă de viață. LED-urile sunt în mod inerent dispozitive în stare solidă de lungă durată, iar integrarea LED-urilor în ansambluri mai mari, cu sisteme de răcire proiectate și întreținute corespunzător, este esențială pentru atingerea specificațiilor de durată lungă de viață. Nu toate sistemele de polimerizare UV sunt la fel, iar sistemele de polimerizare UV-LED proiectate și răcite necorespunzător au o probabilitate mai mare de supraîncălzire și defectare catastrofală.
Lămpi hibride cu arc/LED
Pe orice piață în care se introduce o tehnologie complet nouă ca înlocuitor pentru tehnologia existentă, pot exista îngrijorări în ceea ce privește adoptarea, precum și scepticism în ceea ce privește performanța. Utilizatorii potențiali amână adesea adoptarea până când se formează o bază de instalații bine stabilită, sunt publicate studii de caz, mărturii pozitive încep să circule în masă și/sau obțin experiență directă sau referințe de la persoane și companii pe care le cunosc și în care au încredere. Sunt adesea necesare dovezi concrete înainte ca o întreagă piață să renunțe complet la cele vechi și să treacă complet la cele noi. Nu ajută faptul că poveștile de succes tind să fie secrete, deoarece cei care adoptă rapid nu doresc ca concurenții să obțină beneficii comparabile. Drept urmare, atât poveștile reale, cât și cele exagerate despre dezamăgire pot uneori să reverbereze pe toată piața, camuflând adevăratele merite ale noilor tehnologii și întârziind și mai mult adoptarea.
De-a lungul istoriei și ca o contracarare a adoptării reticente, modelele hibride au fost frecvent adoptate ca o punte de tranziție între tehnologia existentă și cea nouă. Hibridele permit utilizatorilor să câștige încredere și să determine singuri cum și când ar trebui utilizate produse sau metode noi, fără a sacrifica capacitățile actuale. În cazul polimerizării UV, un sistem hibrid permite utilizatorilor să treacă rapid și ușor între lămpile cu vapori de mercur și tehnologia LED. Pentru liniile cu mai multe stații de polimerizare, hibridele permit preselor să funcționeze cu 100% LED, 100% vapori de mercur sau orice combinație a celor două tehnologii este necesară pentru o anumită lucrare.
GEW oferă sisteme hibride arc/LED pentru convertoare web. Soluția a fost dezvoltată pentru cea mai mare piață a GEW, etichetele cu bandă îngustă, dar designul hibrid este utilizat și în alte aplicații web și non-web (Figura 6). Arcul/LED-ul încorporează o carcasă comună a capului de lampă care poate găzdui fie o casetă cu vapori de mercur, fie o casetă cu LED. Ambele casete funcționează cu un sistem universal de alimentare și control. Inteligența din cadrul sistemului permite diferențierea între tipurile de casete și furnizează automat alimentarea, răcirea și interfața cu operatorul corespunzătoare. Demontarea sau instalarea oricăreia dintre casetele cu vapori de mercur sau LED de la GEW se realizează de obicei în câteva secunde folosind o singură cheie Allen.
FIGURA 6 »Sistem Arc/LED pentru web.
Lămpi cu excimer
Lămpile excimere sunt un tip de lampă cu descărcare în gaz care emite energie ultravioletă cvasi-monocromatică. Deși lămpile excimere sunt disponibile în numeroase lungimi de undă, ieșirile ultraviolete comune sunt centrate la 172, 222, 308 și 351 nm. Lămpile excimere de 172 nm se încadrează în banda UV din vid (100 până la 200 nm), în timp ce 222 nm este exclusiv UVC (200 până la 280 nm). Lămpile excimere de 308 nm emit UVB (280 până la 315 nm), iar 351 nm este în mod solid UVA (315 până la 400 nm).
Lungimile de undă UV de 172 nm în vid sunt mai scurte și conțin mai multă energie decât UVC; cu toate acestea, acestea pătrund cu greu în profunzime în substanțe. De fapt, lungimile de undă de 172 nm sunt complet absorbite în primii 10 până la 200 nm ai substanțelor chimice formulate cu UV. Prin urmare, lămpile excimerice de 172 nm vor reticula doar suprafața exterioară a formulărilor UV și trebuie integrate în combinație cu alte dispozitive de întărire. Deoarece lungimile de undă UV în vid sunt, de asemenea, absorbite de aer, lămpile excimerice de 172 nm trebuie să funcționeze într-o atmosferă inertă cu azot.
Majoritatea lămpilor cu excimer constau dintr-un tub de cuarț care servește drept barieră dielectrică. Tubul este umplut cu gaze rare capabile să formeze molecule de excimer sau exciplex (Figura 7). Gaze diferite produc molecule diferite, iar diferitele molecule excitate determină ce lungimi de undă sunt emise de lampă. Un electrod de înaltă tensiune se întinde de-a lungul lungimii interioare a tubului de cuarț, iar electrozii de masă se întinde de-a lungul lungimii exterioare. Tensiunile sunt pulsate în lampă la frecvențe înalte. Acest lucru face ca electronii să curgă în interiorul electrodului intern și să se descarce prin amestecul de gaze către electrozii de masă externi. Acest fenomen științific este cunoscut sub numele de descărcare de barieră dielectrică (DBD). Pe măsură ce electronii călătoresc prin gaz, aceștia interacționează cu atomii și creează specii energizate sau ionizate care produc molecule de excimer sau exciplex. Moleculele de excimer și exciplex au o viață incredibil de scurtă și, pe măsură ce se descompun dintr-o stare excitată într-o stare fundamentală, sunt emiși fotoni cu o distribuție cvasi-monocromatică.
FIGURA 7 »Lampă cu excimer
Spre deosebire de lămpile cu vapori de mercur, suprafața tubului de cuarț al unei lămpi excimer nu se încălzește. Prin urmare, majoritatea lămpilor excimer funcționează cu răcire minimă sau inexistentă. În alte cazuri, este necesar un nivel scăzut de răcire, care este de obicei asigurat de azot gazos. Datorită stabilității termice a lămpii, lămpile excimer se „pornesc/opresc” instantaneu și nu necesită cicluri de încălzire sau răcire.
Când lămpile cu excimeri care radiază la 172 nm sunt integrate în combinație atât cu sisteme de polimerizare UVA-LED cvasi-monocromatice, cât și cu lămpi cu vapori de mercur în bandă largă, se produc efecte de matificare a suprafeței. Lămpile cu LED UVA sunt utilizate mai întâi pentru a gelifica substanța chimică. Apoi, lămpile cu excimeri cvasi-monocromatice sunt utilizate pentru a polimeriza suprafața, iar în final, lămpile cu mercur în bandă largă reticulează restul substanței chimice. Rezultatele spectrale unice ale celor trei tehnologii aplicate în etape separate oferă efecte optice și funcționale benefice de polimerizare a suprafeței, care nu pot fi obținute cu niciuna dintre sursele UV separat.
Lungimile de undă ale excimerilor de 172 și 222 nm sunt, de asemenea, eficiente în distrugerea substanțelor organice periculoase și a bacteriilor dăunătoare, ceea ce face ca lămpile cu excimer să fie practice pentru curățarea suprafețelor, dezinfecție și tratamente energetice de suprafață.
Durata de viață a lămpii
În ceea ce privește durata de viață a lămpii sau a becului, lămpile cu arc GEW au, în general, o durată de viață de până la 2.000 de ore. Durata de viață a lămpii nu este absolută, deoarece producția de UV scade treptat în timp și este influențată de diverși factori. Designul și calitatea lămpii, precum și condițiile de funcționare ale sistemului UV și reactivitatea materiei din formulă. Sistemele UV proiectate corespunzător asigură furnizarea puterii și răcirii corecte necesare pentru designul specific al lămpii (becului).
Lămpile (becurile) furnizate de GEW oferă întotdeauna cea mai lungă durată de viață atunci când sunt utilizate în sistemele de polimerizare GEW. Sursele secundare de alimentare au, în general, realizat inginerie inversă a lămpii dintr-o mostră, iar copiile pot să nu conțină același conector, diametru de cuarț, conținut de mercur sau amestec de gaze, toate acestea putând afecta producția de UV și generarea de căldură. Atunci când generarea de căldură nu este echilibrată cu răcirea sistemului, lampa are de suferit atât în ceea ce privește producția, cât și durata de viață. Lămpile care funcționează la rece emit mai puține UV. Lămpile care funcționează la cald nu durează la fel de mult și se deformează la temperaturi ridicate ale suprafeței.
Durata de viață a lămpilor cu arc electrod este limitată de temperatura de funcționare a lămpii, de numărul de ore de funcționare și de numărul de porniri sau aprinderi. De fiecare dată când o lampă este atinsă de un arc de înaltă tensiune în timpul pornirii, o parte din electrodul de tungsten se uzează. În cele din urmă, lampa nu se va mai aprinde din nou. Lămpile cu arc electrod încorporează mecanisme de obturator care, atunci când sunt acționate, blochează ieșirea UV ca alternativă la întreruperea și reluarea alimentării lămpii. Cernelurile, acoperirile și adezivii mai reactivi pot duce la o durată de viață mai lungă a lămpii; în timp ce formulările mai puțin reactive pot necesita schimbări mai frecvente ale lămpii.
Sistemele UV-LED sunt în mod inerent mai durabile decât lămpile convenționale, însă durata de viață a LED-urilor UV nu este absolută. La fel ca în cazul lămpilor convenționale, LED-urile UV au limite în ceea ce privește intensitatea cu care pot fi acționate și, în general, trebuie să funcționeze la temperaturi de joncțiune sub 120 °C. Suprasolicitarea și subrăcirea LED-urilor vor compromite durata de viață, rezultând o degradare mai rapidă sau o defecțiune catastrofală. Nu toți furnizorii de sisteme UV-LED oferă în prezent modele care îndeplinesc cele mai înalte durate de viață stabilite, de peste 20.000 de ore. Sistemele mai bine proiectate și întreținute vor rezista peste 20.000 de ore, iar sistemele inferioare se vor defecta în intervale mult mai scurte. Vestea bună este că modelele sistemelor LED continuă să se îmbunătățească și să reziste mai mult cu fiecare iterație de design.
Ozon
Când lungimile de undă UVC mai scurte intră în contact cu moleculele de oxigen (O2), acestea determină divizarea moleculelor de oxigen (O2) în doi atomi de oxigen (O). Atomii de oxigen liberi (O) se ciocnesc apoi cu alte molecule de oxigen (O2) și formează ozon (O3). Deoarece trioxigenul (O3) este mai puțin stabil la nivelul solului decât dioxigenul (O2), ozonul se transformă ușor într-o moleculă de oxigen (O2) și un atom de oxigen (O) pe măsură ce se deplasează prin aerul atmosferic. Atomii de oxigen liberi (O) se recombină apoi între ei în sistemul de evacuare pentru a produce molecule de oxigen (O2).
Pentru aplicațiile industriale de întărire cu UV, ozonul (O3) este produs atunci când oxigenul atmosferic interacționează cu lungimi de undă ultraviolete sub 240 nm. Sursele de întărire cu vapori de mercur cu bandă largă emit UVC între 200 și 280 nm, ceea ce se suprapune peste o parte a regiunii de generare a ozonului, iar lămpile cu excimer emit UV în vid la 172 nm sau UVC la 222 nm. Ozonul creat de lămpile de întărire cu vapori de mercur și cu excimer este instabil și nu reprezintă o problemă semnificativă pentru mediu, dar este necesar să fie îndepărtat din zona imediată din jurul lucrătorilor, deoarece este iritant respirator și toxic la niveluri ridicate. Deoarece sistemele comerciale de întărire cu UV-LED emit UVA între 365 și 405 nm, nu se generează ozon.
Ozonul are un miros similar cu mirosul de metal, un fir ars, clor și o scânteie electrică. Simțurile olfactive umane pot detecta ozon de până la 0,01 până la 0,03 părți per milion (ppm). Deși variază în funcție de persoană și de nivelul de activitate, concentrațiile mai mari de 0,4 ppm pot duce la efecte respiratorii adverse și dureri de cap. Liniile de întărire cu UV trebuie să fie ventilate corespunzător pentru a limita expunerea lucrătorilor la ozon.
Sistemele de întărire cu UV sunt în general concepute pentru a reține aerul evacuat pe măsură ce acesta părăsește capetele lămpilor, astfel încât acesta să poată fi canalizat departe de operatori și în afara clădirii, unde se descompune în mod natural în prezența oxigenului și a luminii solare. Alternativ, lămpile fără ozon încorporează un aditiv de cuarț care blochează lungimile de undă generatoare de ozon, iar instalațiile care doresc să evite conductele sau tăierea găurilor în acoperiș folosesc adesea filtre la ieșirea ventilatoarelor de evacuare.
Data publicării: 19 iunie 2024
