Dzīvsudraba tvaiku, gaismas diodes (LED) un eksimēra lampu tehnoloģijas ir atšķirīgas UV sacietēšanas lampu tehnoloģijas. Lai gan visas trīs tiek izmantotas dažādos fotopolimerizācijas procesos, lai savstarpēji saistītu tintes, pārklājumus, līmes un ekstrūzijas, izstarotās UV enerģijas ģenerēšanas mehānismi, kā arī atbilstošās spektrālās jaudas raksturlielumi ir pilnīgi atšķirīgi. Šo atšķirību izpratne ir būtiska pielietojuma un formulu izstrādē, UV sacietēšanas avota izvēlē un integrācijā.
Dzīvsudraba tvaika lampas
Gan elektrodu loka lampas, gan bezelektrodu mikroviļņu lampas pieder dzīvsudraba tvaiku kategorijai. Dzīvsudraba tvaika lampas ir vidēja spiediena gāzizlādes lampu veids, kurās neliels daudzums elementārā dzīvsudraba un inertas gāzes tiek iztvaicēts plazmā noslēgtā kvarca caurulē. Plazma ir neticami augstas temperatūras jonizēta gāze, kas spēj vadīt elektrību. To iegūst, pieliekot elektrisko spriegumu starp diviem elektrodiem loka lampā vai karsējot bezelektrodu lampu mikroviļņu krāsnī korpusā vai dobumā, kas pēc koncepcijas ir līdzīgs mājsaimniecības mikroviļņu krāsnij. Pēc iztvaicēšanas dzīvsudraba plazma izstaro plaša spektra gaismu ultravioletā, redzamā un infrasarkanā viļņu garumā.
Elektriskās loka lampas gadījumā pieliktais spriegums aktivizē noslēgto kvarca cauruli. Šī enerģija iztvaicē dzīvsudrabu plazmā un atbrīvo elektronus no iztvaicētajiem atomiem. Daļa elektronu (-) plūst lampas pozitīvā volframa elektroda vai anoda (+) virzienā un nonāk UV sistēmas elektriskajā ķēdē. Atomi ar jaunajiem trūkstošajiem elektroniem kļūst par pozitīvi aktivizētiem katjoniem (+), kas plūst lampas negatīvi lādētā volframa elektroda vai katoda (-) virzienā. Kustoties, katjoni trāpa neitrāliem atomiem gāzes maisījumā. Trieciena rezultātā elektroni tiek pārnesti no neitrāliem atomiem uz katjoniem. Katjoniem iegūstot elektronus, tie nonāk zemākas enerģijas stāvoklī. Enerģijas diferenciālis tiek izlādēts kā fotoni, kas izstaro uz āru no kvarca caurules. Ja lampa ir atbilstoši darbināta, pareizi atdzesēta un darbojas tās kalpošanas laikā, pastāvīga jaunizveidoto katjonu (+) padeve virzās uz negatīvo elektrodu vai katodu (-), trāpot vairāk atomiem un radot nepārtrauktu UV gaismas emisiju. Mikroviļņu lampas darbojas līdzīgi, izņemot to, ka mikroviļņi, kas pazīstami arī kā radiofrekvences (RF), aizstāj elektrisko ķēdi. Tā kā mikroviļņu lampām nav volframa elektrodu un tās ir vienkārši noslēgta kvarca caurule, kas satur dzīvsudrabu un inertu gāzi, tās parasti sauc par bezelektrodiskām lampām.
Platjoslas jeb plaša spektra dzīvsudraba tvaika lampu UV starojums aptver ultravioleto, redzamo un infrasarkano viļņu garumus aptuveni vienādā proporcijā. Ultravioletā daļa ietver UVC (200 līdz 280 nm), UVB (280 līdz 315 nm), UVA (315 līdz 400 nm) un UVV (400 līdz 450 nm) viļņu garumu maisījumu. Lampas, kas izstaro UVC viļņu garumā, kas ir mazāks par 240 nm, rada ozonu un tām ir nepieciešama izplūdes gāzu ventilācija vai filtrēšana.
Dzīvsudraba tvaika lampas spektrālo jaudu var mainīt, pievienojot nelielu daudzumu piemaisījumu, piemēram, dzelzi (Fe), galliju (Ga), svinu (Pb), alvu (Sn), bismutu (Bi) vai indiju (In). Pievienotie metāli maina plazmas sastāvu un līdz ar to enerģiju, kas atbrīvojas, katjoniem iegūstot elektronus. Lampas ar pievienotiem metāliem sauc par leģētām, aditīvām un metālu halogenīdu lampām. Lielākā daļa UV formulu tinšu, pārklājumu, līmju un ekstrūziju ir izstrādātas tā, lai tās atbilstu standarta dzīvsudraba (Hg) vai dzelzs (Fe) leģētu lampu jaudai. Ar dzelzi leģētas lampas daļu UV starojuma novirza uz garākiem, gandrīz redzamiem viļņu garumiem, kas nodrošina labāku iekļūšanu caur biezākiem, stipri pigmentētiem formulējumiem. UV formulas, kas satur titāna dioksīdu, parasti labāk sacietē ar gallija (GA) leģētām lampām. Tas ir tāpēc, ka gallija lampas ievērojamu UV starojuma daļu novirza uz viļņu garumiem, kas garāki par 380 nm. Tā kā titāna dioksīda piedevas parasti neabsorbē gaismu virs 380 nm, gallija lampu izmantošana ar baltām formulām ļauj fotoiniciatoriem absorbēt vairāk UV enerģijas, salīdzinot ar piedevām.
Spektrālie profili sniedz formulatoru izstrādātājiem un gala lietotājiem vizuālu attēlojumu par to, kā konkrētas lampas konstrukcijas izstarotā jauda ir sadalīta elektromagnētiskajā spektrā. Lai gan iztvaicētam dzīvsudrabam un piedevu metāliem ir noteiktas starojuma īpašības, precīzs elementu un inerto gāzu maisījums kvarca caurulē kopā ar lampas konstrukciju un sacietēšanas sistēmas dizainu ietekmē UV starojuma jaudu. Neintegrētas lampas, ko darbina un mēra lampu piegādātājs atklātā gaisā, spektrālajai jaudai būs atšķirīga spektrālā jauda nekā lampai, kas uzstādīta lampas galvā ar pareizi konstruētu reflektoru un dzesēšanu. Spektrālie profili ir viegli pieejami no UV sistēmu piegādātājiem, un tie ir noderīgi formulu izstrādē un lampu izvēlē.
Bieži sastopams spektrālais profils attēlo spektrālo apstarošanu uz y ass un viļņa garumu uz x ass. Spektrālo apstarošanu var attēlot vairākos veidos, tostarp absolūtā vērtībā (piemēram, W/cm2/nm) vai patvaļīgos, relatīvos vai normalizētos (bez mērvienībām) mērījumos. Profilos informācija parasti tiek attēlota kā līniju diagramma vai kā joslu diagramma, kas grupē izeju 10 nm joslās. Šis dzīvsudraba loka lampas spektrālās izejas grafiks parāda relatīvo apstarošanu attiecībā pret viļņa garumu GEW sistēmām (1. attēls).
1. ATTĒLS »Dzīvsudraba un dzelzs spektrālās jaudas diagrammas.
Eiropā un Āzijā termins “lampa” tiek lietots, lai apzīmētu UV starojumu izstarojošu kvarca cauruli, savukārt Ziemeļamerikā un Dienvidamerikā mēdz izmantot savstarpēji aizvietojamu spuldzes un lampas kombināciju. Gan “lampa”, gan lampas galva” attiecas uz pilnu mezglu, kurā atrodas kvarca caurule un visas pārējās mehāniskās un elektriskās sastāvdaļas.
Elektrodu loka lampas
Elektrodu loka lampu sistēmas sastāv no lampas galvas, dzesēšanas ventilatora vai dzesētāja, barošanas avota un cilvēka un mašīnas saskarnes (HMI). Lampas galvā ietilpst lampa (spuldze), atstarotājs, metāla korpuss vai korpuss, slēdža mezgls un dažreiz kvarca logs vai stiepļu aizsargs. GEW montē savas kvarca caurules, atstarotājus un slēdža mehānismus kasešu mezglos, kurus var viegli noņemt no lampas galvas ārējā korpusa vai korpusa. GEW kasetes izņemšana parasti tiek veikta dažu sekunžu laikā, izmantojot vienu sešstūra atslēgu. Tā kā UV starojuma jauda, kopējais lampas galvas izmērs un forma, sistēmas funkcijas un palīgiekārtu vajadzības atšķiras atkarībā no lietojuma un tirgus, elektrodu loka lampu sistēmas parasti ir paredzētas noteiktai lietojumu kategorijai vai līdzīgiem iekārtu tipiem.
Dzīvsudraba tvaika lampas izstaro 360° gaismu no kvarca lampas. Loka lampu sistēmas izmanto atstarotājus, kas atrodas lampas sānos un aizmugurē, lai uztvertu un fokusētu lielāku gaismas daļu noteiktā attālumā lampas galvas priekšā. Šis attālums ir pazīstams kā fokuss, un tajā ir vislielākais apstarojums. Loka lampas fokusā parasti izstaro no 5 līdz 12 W/cm2. Tā kā aptuveni 70% no lampas galvas UV starojuma nāk no atstarotāja, ir svarīgi uzturēt atstarotājus tīrus un periodiski tos nomainīt. Atstarotāju netīrīšana vai nenomaiņa ir bieži sastopams nepietiekamas sacietēšanas iemesls.
Vairāk nekā 30 gadus GEW ir uzlabojis savu sacietēšanas sistēmu efektivitāti, pielāgojis funkcijas un jaudu, lai apmierinātu konkrētu lietojumprogrammu un tirgu vajadzības, kā arī izstrādājis plašu integrācijas piederumu portfeli. Tā rezultātā mūsdienu GEW komerciālie piedāvājumi ietver kompaktus korpusu dizainus, reflektorus, kas optimizēti lielākai UV atstarošanai un samazinātai infrasarkanā starojuma iedarbībai, klusus integrētus slēdža mehānismus, tīmekļa apmales un spraugas, gliemežvāka tipa tīmekļa padevi, slāpekļa inerciju, pozitīvi spiediena galviņas, skārienekrāna operatora saskarni, cietvielu barošanas blokus, lielāku darbības efektivitāti, UV jaudas uzraudzību un attālinātu sistēmas uzraudzību.
Kad darbojas vidēja spiediena elektrodu lampas, kvarca virsmas temperatūra ir no 600 °C līdz 800 °C, un iekšējā plazmas temperatūra ir vairāki tūkstoši grādu pēc Celsija. Piespiedu gaiss ir galvenais līdzeklis, lai uzturētu pareizu lampas darba temperatūru un noņemtu daļu no izstarotās infrasarkanās enerģijas. GEW piegādā šo gaisu negatīvi; tas nozīmē, ka gaiss tiek vilkts caur korpusu, gar reflektoru un lampu, un izvadīts no mezgla prom no iekārtas vai sacietēšanas virsmas. Dažas GEW sistēmas, piemēram, E4C, izmanto šķidruma dzesēšanu, kas nodrošina nedaudz lielāku UV starojuma jaudu un samazina kopējo lampas galvas izmēru.
Elektrodu loka lampām ir iesilšanas un atdzišanas cikli. Lampas tiek aizdedzinātas ar minimālu dzesēšanu. Tas ļauj dzīvsudraba plazmai paaugstināties līdz vēlamajai darba temperatūrai, ražot brīvos elektronus un katjonus un nodrošināt strāvas plūsmu. Kad lampas galva ir izslēgta, dzesēšana turpina darboties vēl dažas minūtes, lai vienmērīgi atdzesētu kvarca cauruli. Pārāk silta lampa atkārtoti neiedegsies un tai ir jāturpina atdzist. Ieslēgšanas un atdzišanas cikla ilgums, kā arī elektrodu degradācija katra sprieguma aizdedzes laikā ir iemesls, kāpēc GEW elektrodu loka lampu blokos vienmēr ir integrēti pneimatiskie slēdža mehānismi. 2. attēlā redzamas ar gaisu dzesējamas (E2C) un ar šķidrumu dzesējamas (E4C) elektrodu loka lampas.
2. ATTĒLS »Ar šķidrumu dzesējamas (E4C) un ar gaisu dzesējamas (E2C) elektrodu loka lampas.
UV LED lampas
Pusvadītāji ir cieti, kristāliski materiāli, kas ir zināmā mērā vadoši. Elektrība plūst caur pusvadītāju labāk nekā izolators, bet ne tik labi kā metāla vadītājs. Dabiski sastopamie, bet diezgan neefektīvie pusvadītāji ietver tādus elementus kā silīcijs, germānijs un selēns. Sintētiski izgatavoti pusvadītāji, kas paredzēti jaudai un efektivitātei, ir salikti materiāli ar piemaisījumiem, kas precīzi piesūcināti kristāla struktūrā. UV gaismas diožu gadījumā alumīnija gallija nitrīds (AlGaN) ir bieži izmantots materiāls.
Pusvadītāji ir mūsdienu elektronikas pamatā, un tie ir izstrādāti, lai veidotu tranzistorus, diodes, gaismas diodes un mikroprocesorus. Pusvadītāju ierīces ir integrētas elektriskajās ķēdēs un uzstādītas tādos produktos kā mobilie tālruņi, klēpjdatori, planšetdatori, sadzīves tehnika, lidmašīnas, automašīnas, tālvadības pultis un pat bērnu rotaļlietas. Šīs mazās, bet jaudīgās sastāvdaļas nodrošina ikdienas produktu funkcionalitāti, vienlaikus padarot tos kompaktus, plānākus, vieglākus un pieejamākus.
Īpašajā LED gadījumā precīzi izstrādāti un izgatavoti pusvadītāju materiāli, pieslēdzoties līdzstrāvas barošanas avotam, izstaro relatīvi šauras gaismas viļņu garuma joslas. Gaisma tiek ģenerēta tikai tad, kad strāva plūst no katras LED pozitīvā anoda (+) uz negatīvo katodu (-). Tā kā LED izejas signālu var ātri un vienkārši kontrolēt, un tas ir kvazimonohromatisks, LED ir ideāli piemērotas izmantošanai kā: indikatora gaismas; infrasarkano sakaru signāli; televizoru, klēpjdatoru, planšetdatoru un viedtālruņu fona apgaismojums; elektroniskās zīmes, reklāmas stendi un jumbotroni; un UV sacietēšana.
LED ir pozitīvi-negatīvs savienojums (pn savienojums). Tas nozīmē, ka vienai LED daļai ir pozitīvs lādiņš un to sauc par anodu (+), bet otrai daļai ir negatīvs lādiņš un to sauc par katodu (-). Lai gan abas puses ir relatīvi vadošas, savienojuma robeža, kur abas puses satiekas, kas pazīstama kā noplicināšanas zona, nav vadoša. Kad līdzstrāvas (DC) barošanas avota pozitīvais (+) spailis ir savienots ar LED anodu (+) un avota negatīvais (-) spailis ir savienots ar katodu (-), negatīvi lādētie elektroni katodā un pozitīvi lādētās elektronu vakances anodā tiek atgrūstas no barošanas avota un spiestas uz noplicināšanas zonu. Tā ir tieša novirze, un tai ir ietekme uz nevadošās robežas pārvarēšanu. Rezultātā brīvie elektroni n-tipa apgabalā šķērso un aizpilda vakances p-tipa apgabalā. Elektroniem plūstot pāri robežai, tie pāriet zemākas enerģijas stāvoklī. Attiecīgais enerģijas kritums tiek atbrīvots no pusvadītāja kā gaismas fotoni.
Kristāliskā LED struktūra veidojošie materiāli un piemaisījumi nosaka spektrālo jaudu. Mūsdienās komerciāli pieejamiem LED sacietēšanas avotiem ultravioletā starojuma jauda ir centrēta pie 365, 385, 395 un 405 nm, tipiska pielaide ir ±5 nm un tiem ir Gausa spektrālais sadalījums. Jo lielāka ir maksimālā spektrālā starojuma jauda (W/cm2/nm), jo augstāka ir zvana līknes virsotne. Lai gan UVC izstrāde turpinās diapazonā no 275 līdz 285 nm, jauda, kalpošanas laiks, uzticamība un izmaksas sacietēšanas sistēmām un lietojumiem vēl nav komerciāli dzīvotspējīgas.
Tā kā UV-LED starojums pašlaik ir ierobežots ar garākiem UVA viļņu garumiem, UV-LED sacietēšanas sistēma neizstaro vidēja spiediena dzīvsudraba tvaika lampām raksturīgo platjoslas spektra jaudu. Tas nozīmē, ka UV-LED sacietēšanas sistēmas neizstaro UVC, UVB, lielāko daļu redzamās gaismas un siltumu ģenerējošus infrasarkanos viļņu garumus. Lai gan tas ļauj UV-LED sacietēšanas sistēmas izmantot karstumjutīgākās lietojumprogrammās, esošās tintes, pārklājumi un līmes, kas izstrādātas vidēja spiediena dzīvsudraba lampām, ir jāpārformulē UV-LED sacietēšanas sistēmām. Par laimi, ķīmijas piegādātāji arvien vairāk izstrādā piedāvājumus ar divkāršu sacietēšanu. Tas nozīmē, ka divkāršas sacietēšanas formula, kas paredzēta sacietēšanai ar UV-LED lampu, sacietēs arī ar dzīvsudraba tvaika lampu (3. attēls).
3. ATTĒLS »LED spektrālās jaudas diagramma.
GEW UV-LED sacietēšanas sistēmas izstaro līdz 30 W/cm2 izstarojošajā logā. Atšķirībā no elektrodu loka lampām, UV-LED sacietēšanas sistēmās nav iekļauti atstarotāji, kas novirza gaismas starus uz koncentrētu fokusu. Tā rezultātā UV-LED maksimālais apstarojums rodas tuvu izstarojošajam logam. Izstarotie UV-LED stari atšķiras viens no otra, palielinoties attālumam starp lampas galviņu un sacietēšanas virsmu. Tas samazina gaismas koncentrāciju un apstarojuma lielumu, kas sasniedz sacietēšanas virsmu. Lai gan maksimālais apstarojums ir svarīgs šķērssavienošanai, arvien lielāks apstarojums ne vienmēr ir izdevīgs un var pat kavēt lielāku šķērssavienojuma blīvumu. Viļņa garums (nm), apstarojums (W/cm2) un enerģijas blīvums (J/cm2) ir izšķiroša nozīme sacietēšanā, un, izvēloties UV-LED avotu, ir pareizi jāsaprot to kopējā ietekme uz sacietēšanu.
LED diodes ir Lamberta avoti. Citiem vārdiem sakot, katra UV LED izstaro vienmērīgu tiešu starojumu visā 360° x 180° puslodē. Daudzas UV LED diodes, katra milimetra kvadrāta lielumā, ir izvietotas vienā rindā, rindu un kolonnu matricā vai kādā citā konfigurācijā. Šīs apakšvienības, kas pazīstamas kā moduļi vai bloki, ir konstruētas ar atstarpi starp LED diodēm, kas nodrošina saplūšanu starp spraugām un atvieglo diodes dzesēšanu. Pēc tam vairāki moduļi vai bloki tiek izvietoti lielākos mezglos, lai izveidotu dažāda izmēra UV sacietēšanas sistēmas (4. un 5. attēls). Papildu komponenti, kas nepieciešami UV-LED sacietēšanas sistēmas izveidei, ir siltuma izlietne, izstarojošais logs, elektroniskie draiveri, līdzstrāvas barošanas avoti, šķidruma dzesēšanas sistēma vai dzesētājs un cilvēka un mašīnas saskarne (HMI).
4. ATTĒLS »LeoLED sistēma tīmeklim.
5. ATTĒLS »LeoLED sistēma ātrdarbīgai vairāku lampu uzstādīšanai.
Tā kā UV-LED sacietēšanas sistēmas neizstaro infrasarkanos viļņu garumus, tās pēc savas būtības pārnes uz sacietēšanas virsmu mazāk siltumenerģijas nekā dzīvsudraba tvaika lampas, tas nenozīmē, ka UV LED jāuzskata par aukstās sacietēšanas tehnoloģiju. UV-LED sacietēšanas sistēmas var izstarot ļoti augstu maksimālo apstarojuma līmeni, un ultravioletā starojuma viļņu garumi ir enerģijas veids. Jebkāda enerģija, ko ķīmiskā viela neabsorbē, uzsildīs pamatā esošo daļu vai substrātu, kā arī apkārtējās mašīnu sastāvdaļas.
UV gaismas diodes ir arī elektriskas sastāvdaļas ar neefektivitāti, ko rada neapstrādātu pusvadītāju konstrukcija un izgatavošana, kā arī ražošanas metodes un komponenti, ko izmanto, lai gaismas diodes iepakotu lielākā cietināšanas blokā. Lai gan dzīvsudraba tvaika kvarca lampas temperatūra darbības laikā jāuztur no 600 līdz 800 °C, gaismas diodes pn savienojuma temperatūrai jāpaliek zem 120 °C. Tikai 35–50% no UV gaismas diožu masīva darbinātās elektroenerģijas tiek pārveidota ultravioletā starojuma izstarotajā starojumā (ļoti atkarīgs no viļņa garuma). Pārējā daļa tiek pārveidota par siltumu, kas jānovada, lai uzturētu vēlamo savienojuma temperatūru un nodrošinātu noteiktu sistēmas apstarojuma jaudu, enerģijas blīvumu un vienmērīgumu, kā arī ilgu kalpošanas laiku. Gaismas diodes pēc savas būtības ir ilgstošas cietvielu ierīces, un gaismas diožu integrēšana lielākos mezglos ar pareizi projektētām un uzturētām dzesēšanas sistēmām ir kritiski svarīga, lai sasniegtu ilga kalpošanas laika specifikācijas. Ne visas UV cietināšanas sistēmas ir vienādas, un nepareizi projektētām un atdzesētām UV gaismas diožu cietināšanas sistēmām ir lielāka pārkaršanas un katastrofālu bojājumu iespējamība.
Loka/LED hibrīdlampas
Jebkurā tirgū, kur esošās tehnoloģijas vietā tiek ieviesta pavisam jauna tehnoloģija, var pastāvēt bažas par tās ieviešanu, kā arī skepticisms par tās veiktspēju. Potenciālie lietotāji bieži vien atliek ieviešanu, līdz izveidojas labi izveidota instalāciju bāze, tiek publicēti gadījumu pētījumi, masveidā sāk izplatīties pozitīvas atsauksmes un/vai viņi iegūst tiešu pieredzi vai atsauksmes no personām un uzņēmumiem, kurus viņi pazīst un kuriem uzticas. Bieži vien ir nepieciešami neapstrīdami pierādījumi, pirms viss tirgus pilnībā atsakās no vecā un pilnībā pāriet uz jauno. Nepalīdz arī tas, ka veiksmes stāsti parasti tiek turēti noslēpumā, jo agrīnie lietotāji nevēlas, lai konkurenti gūtu salīdzināmas priekšrocības. Tā rezultātā gan reāli, gan pārspīlēti vilšanās stāsti dažkārt var atbalsoties visā tirgū, maskējot jaunās tehnoloģijas patiesās priekšrocības un vēl vairāk aizkavējot ieviešanu.
Visā vēsturē un kā pretstats negribīgai ieviešanai, hibrīddizaini bieži ir tikuši pieņemti kā pārejas posms starp esošajām un jaunajām tehnoloģijām. Hibrīdi ļauj lietotājiem iegūt pārliecību un pašiem noteikt, kā un kad jāizmanto jauni produkti vai metodes, neupurējot pašreizējās iespējas. UV sacietēšanas gadījumā hibrīdsistēma ļauj lietotājiem ātri un vienkārši pārslēgties starp dzīvsudraba tvaika lampām un LED tehnoloģiju. Līnijām ar vairākām sacietēšanas stacijām hibrīdi ļauj presēm darbināt 100% LED, 100% dzīvsudraba tvaiku vai jebkuru abu tehnoloģiju kombināciju, kas nepieciešama konkrētam darbam.
GEW piedāvā loka/LED hibrīdsistēmas tīmekļa pārveidotājiem. Risinājums tika izstrādāts GEW lielākajam tirgum – šaura tīmekļa etiķetēm, taču hibrīdkonstrukcijai ir pielietojums arī citās tīmekļa un citās lietojumprogrammās (6. attēls). Loka/LED ietver kopīgu lampas galvas korpusu, kurā var ievietot vai nu dzīvsudraba tvaika, vai LED kaseti. Abas kasetes darbojas ar universālu barošanas un vadības sistēmu. Sistēmas intelekts ļauj atšķirt kasešu veidus un automātiski nodrošināt atbilstošu barošanu, dzesēšanu un operatora saskarni. Jebkuras GEW dzīvsudraba tvaika vai LED kasetes noņemšana vai uzstādīšana parasti tiek veikta dažu sekunžu laikā, izmantojot vienu sešstūra atslēgu.
6. ATTĒLS »Loka/LED sistēma tīmeklim.
Eksimēra lampas
Eksimērlampas ir gāzizlādes lampu veids, kas izstaro kvazimonohromatisku ultravioleto enerģiju. Lai gan eksimērlampas ir pieejamas dažādos viļņu garumos, visbiežāk ultravioletā starojuma jauda ir centrēta pie 172, 222, 308 un 351 nm. 172 nm eksimērlampas ietilpst vakuuma UV joslā (100 līdz 200 nm), savukārt 222 nm ir tikai UVC josla (200 līdz 280 nm). 308 nm eksimērlampas izstaro UVB (280 līdz 315 nm), un 351 nm ir tikai UVA (315 līdz 400 nm).
172 nm vakuuma UV viļņu garumi ir īsāki un satur vairāk enerģijas nekā UVC; tomēr tiem ir grūti iekļūt ļoti dziļi vielās. Faktiski 172 nm viļņu garumi tiek pilnībā absorbēti UV formulas ķīmisko vielu augšējos 10 līdz 200 nm slāņos. Tā rezultātā 172 nm eksimēru lampas veidos savienojumus tikai ar UV formulas ārējo virsmu un tās ir jāintegrē kombinācijā ar citām sacietēšanas ierīcēm. Tā kā vakuuma UV viļņu garumus absorbē arī gaiss, 172 nm eksimēru lampas jādarbina slāpekļa inertā atmosfērā.
Lielākā daļa eksimēru lampu sastāv no kvarca caurules, kas kalpo kā dielektriskā barjera. Caurule ir piepildīta ar retām gāzēm, kas spēj veidot eksimēru vai eksipleksu molekulas (7. attēls). Dažādas gāzes rada dažādas molekulas, un dažādās ierosinātās molekulas nosaka, kādus viļņu garumus lampa izstaro. Augstsprieguma elektrods stiepjas gar kvarca caurules iekšējo garumu, bet zemējuma elektrodi - gar ārējo garumu. Spriegums tiek impulsēts lampā ar augstām frekvencēm. Tas izraisa elektronu plūsmu iekšējā elektrodā un izlādi pāri gāzes maisījumam virzienā uz ārējiem zemējuma elektrodiem. Šī zinātniskā parādība ir pazīstama kā dielektriskās barjeras izlāde (DBD). Elektroniem pārvietojoties pa gāzi, tie mijiedarbojas ar atomiem un rada aktivizētas vai jonizētas vielas, kas rada eksimēru vai eksipleksu molekulas. Eksimēru un eksipleksu molekulām ir neticami īss mūžs, un, tām sadaloties no ierosināta stāvokļa uz pamatstāvokli, tiek izstaroti kvazimonohromatiska sadalījuma fotoni.
7. ATTĒLS »Eksimēra lampa
Atšķirībā no dzīvsudraba tvaika lampām, eksimērlampas kvarca lampas virsma nesakarst. Tā rezultātā lielākā daļa eksimērlampu darbojas ar minimālu dzesēšanu vai bez tās. Citos gadījumos ir nepieciešams zems dzesēšanas līmenis, ko parasti nodrošina slāpekļa gāze. Pateicoties lampas termiskajai stabilitātei, eksimērlampas ieslēdzas/izslēdzas nekavējoties, un tām nav nepieciešami iesildīšanās vai atdzesēšanas cikli.
Kad eksimērlampas, kas izstaro 172 nm, tiek integrētas kombinācijā ar kvazimonohromatiskām UVA-LED sacietēšanas sistēmām un platjoslas dzīvsudraba tvaika lampām, rodas matējošas virsmas efekti. UVA LED lampas vispirms tiek izmantotas, lai želejotu ķīmisko vielu. Pēc tam kvazimonohromatiskas eksimērlampas tiek izmantotas virsmas polimerizēšanai, un visbeidzot platjoslas dzīvsudraba lampas savieno pārējo ķīmisko vielu. Trīs atsevišķos posmos pielietoto tehnoloģiju unikālā spektrālā jauda nodrošina labvēlīgus optiskos un funkcionālos virsmas sacietēšanas efektus, ko nevar panākt ne ar vienu no UV avotiem atsevišķi.
Eksimēru viļņu garumi 172 un 222 nm efektīvi iznīcina arī bīstamas organiskās vielas un kaitīgas baktērijas, kas padara eksimēru lampas praktiskas virsmu tīrīšanai, dezinfekcijai un virsmas enerģijas apstrādei.
Lampas kalpošanas laiks
Runājot par lampas vai spuldzes kalpošanas laiku, GEW loka lampu kalpošanas laiks parasti sasniedz 2000 stundas. Lampas kalpošanas laiks nav absolūts, jo UV starojuma jauda laika gaitā pakāpeniski samazinās, un to ietekmē dažādi faktori. Lampas konstrukcija un kvalitāte, kā arī UV sistēmas darbības apstākļi un formulas reaktivitāte. Pareizi konstruētas UV sistēmas nodrošina, ka tiek nodrošināta pareiza jauda un dzesēšana, ko pieprasa konkrētais lampas (spuldzes) dizains.
GEW piegādātās lampas (spuldzes) vienmēr nodrošina visilgāko kalpošanas laiku, ja tās tiek izmantotas GEW sacietēšanas sistēmās. Sekundārie piegādes avoti parasti ir reversās inženierijas ceļā izveidojuši lampu no parauga, un kopijām var nebūt tāds pats gala stiprinājums, kvarca diametrs, dzīvsudraba saturs vai gāzes maisījums, kas viss var ietekmēt UV starojuma jaudu un siltuma ģenerēšanu. Ja siltuma ģenerēšana nav līdzsvarota ar sistēmas dzesēšanu, lampas jauda un kalpošanas laiks samazinās. Lampas, kas darbojas vēsāk, izstaro mazāk UV starojuma. Lampas, kas darbojas karstāk, kalpo īsāku laiku un deformējas augstā virsmas temperatūrā.
Elektrodu loka lampu kalpošanas laiku ierobežo lampas darba temperatūra, darbības stundu skaits un iedarbināšanas vai aizdegšanas reižu skaits. Katru reizi, kad lampa iedarbināšanas laikā tiek aizdedzināta ar augstsprieguma loku, daļa volframa elektroda nodilst. Galu galā lampa vairs neiedegas atkārtoti. Elektrodu loka lampās ir iekļauti slēdža mehānismi, kas, ieslēdzoties, bloķē UV starojumu, tā vietā, lai atkārtoti ieslēgtu lampu un ieslēgtu/izslēgtu. Reaktīvākas tintes, pārklājumi un līmes var pagarināt lampas kalpošanas laiku; savukārt mazāk reaģējošām formulām var būt nepieciešama biežāka lampu maiņa.
UV-LED sistēmas pēc savas būtības ir kalpošanas laika ziņā ilgākas nekā parastās lampas, taču UV-LED kalpošanas laiks arī nav absolūts. Tāpat kā parastajām lampām, arī UV LED ir ierobežojumi attiecībā uz to, cik intensīvi tās var darbināt, un parasti tām jādarbojas ar savienojuma temperatūru zem 120 °C. Pārāk liela LED darbināšana un nepietiekama LED dzesēšana saīsina kalpošanas laiku, kā rezultātā notiek ātrāka degradācija vai katastrofāla atteice. Ne visi UV-LED sistēmu piegādātāji pašlaik piedāvā konstrukcijas, kas atbilst augstākajiem noteiktajiem kalpošanas laikiem, kas pārsniedz 20 000 stundas. Labāk projektētās un uzturētās sistēmas kalpos ilgāk par 20 000 stundām, un sliktākas sistēmas sabojāsies daudz īsākā laikā. Labā ziņa ir tā, ka LED sistēmu konstrukcijas turpina uzlaboties un kalpo ilgāk ar katru konstrukcijas iterāciju.
Ozons
Kad īsāki UVC viļņu garumi iedarbojas uz skābekļa molekulām (O2), tās izraisa skābekļa molekulu (O2) sadalīšanos divos skābekļa atomos (O). Brīvie skābekļa atomi (O) pēc tam saduras ar citām skābekļa molekulām (O2) un veido ozonu (O3). Tā kā triskābeklis (O3) uz zemes ir mazāk stabils nekā diskābeklis (O2), ozons, pārvietojoties atmosfēras gaisā, viegli pārvēršas skābekļa molekulā (O2) un skābekļa atomā (O). Brīvie skābekļa atomi (O) pēc tam izplūdes sistēmā atkal apvienojas, veidojot skābekļa molekulas (O2).
Rūpnieciskos UV cietināšanas pielietojumos ozons (O3) rodas, atmosfēras skābeklim mijiedarbojoties ar ultravioletajiem starojumiem, kuru viļņu garums ir zemāks par 240 nm. Platjoslas dzīvsudraba tvaika cietināšanas avoti izstaro UVC starojumu viļņu garumā no 200 līdz 280 nm, kas daļēji pārklājas ar ozona ģenerēšanas apgabalu, un eksimēru lampas izstaro vakuuma UV starojumu 172 nm vai UVC viļņu garumā 222 nm. Dzīvsudraba tvaika un eksimēru cietināšanas lampu radītais ozons ir nestabils un nerada būtiskas bažas par vidi, taču tas ir jāizvada no tiešās darbinieku apkārtnes, jo tas kairina elpceļus un ir toksisks augstā līmenī. Tā kā komerciālās UV-LED cietināšanas sistēmas izstaro UVA starojumu viļņu garumā no 365 līdz 405 nm, ozons nerodas.
Ozonam ir līdzīga smarža kā metālam, degošam vadam, hloram un elektrības dzirkstelei. Cilvēka ožas maņas spēj noteikt ozonu pat 0,01 līdz 0,03 miljonās daļas (ppm) koncentrācijā. Lai gan tas atšķiras atkarībā no cilvēka un aktivitātes līmeņa, koncentrācija, kas pārsniedz 0,4 ppm, var izraisīt nelabvēlīgu elpošanas ceļu iedarbību un galvassāpes. UV žāvēšanas līnijās jāuzstāda atbilstoša ventilācija, lai ierobežotu darbinieku pakļaušanu ozona iedarbībai.
UV sacietēšanas sistēmas parasti ir paredzētas, lai saturētu izplūdes gaisu, kad tas iziet no lampu galviņām, lai to varētu novadīt pa kanāliem prom no operatoriem un ārpus ēkas, kur tas dabiski sabrūk skābekļa un saules gaismas klātbūtnē. Alternatīvi, bezozona lampās ir iekļauta kvarca piedeva, kas bloķē ozonu ģenerējošos viļņu garumus, un objektos, kas vēlas izvairīties no kanālu ierīkošanas vai caurumu izgriešanas jumtā, bieži tiek izmantoti filtri pie izplūdes ventilatoru izejas.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 19. jūnijs
