Elavhõbedaaur, valgusdiood (LED) ja eksimeer on erinevad UV-kõvenemislambi tehnoloogiad. Kuigi kõiki kolme kasutatakse erinevates fotopolümerisatsiooniprotsessides trükivärvide, katete, liimide ja ekstrusioonide ristseostamiseks, on kiiratava UV-energia genereerimise mehhanismid ja vastava spektraalse väljundi omadused täiesti erinevad. Nende erinevuste mõistmine on oluline rakenduste ja formulatsioonide väljatöötamisel, UV-kõvenemisallika valikul ja integreerimisel.
Elavhõbeda aurulambid
Nii elektroodkaarlambid kui ka elektroodivabad mikrolaineahjulambid kuuluvad elavhõbeda auru kategooriasse. Elavhõbedalambid on keskmise rõhuga gaaslahenduslambid, milles väike kogus elementaarset elavhõbedat ja inertgaasi aurustatakse suletud kvartstorus plasmaks. Plasma on uskumatult kõrge temperatuuriga ioniseeritud gaas, mis on võimeline elektrit juhtima. See tekib kaarlambis kahe elektroodi vahele elektripinge rakendamisel või elektroodivaba lambi mikrolaineahjus kuumutamisel korpuses või õõnsuses, mis on kontseptsioonilt sarnane kodumajapidamises kasutatava mikrolaineahjuga. Pärast aurustumist kiirgab elavhõbedaplasma laia spektriga valgust ultraviolett-, nähtava ja infrapunakiirguse lainepikkustel.
Elektrilise kaarlambi puhul annab rakendatud pinge suletud kvartstorule energiat. See energia aurustab elavhõbeda plasmaks ja vabastab aurustunud aatomitest elektronid. Osa elektronidest (-) voolab lambi positiivse volframelektroodi või anoodi (+) suunas UV-süsteemi elektriahelasse. Uute puuduvate elektronidega aatomid muutuvad positiivselt energiseeritud katioonideks (+), mis voolavad lambi negatiivselt laetud volframelektroodi või katoodi (-) suunas. Liikumisel põrkavad katioonid gaasisegus neutraalsete aatomitega kokku. Löögi tagajärjel kanduvad elektronid neutraalsetest aatomitest katioonidesse. Kui katioonid saavad elektrone, langevad nad madalama energiaga olekusse. Energiaerinevus tühjeneb footonitena, mis kiirguvad kvartstorust väljapoole. Eeldusel, et lamp on sobivalt toidetud, õigesti jahutatud ja töötab oma kasuliku eluea jooksul, liigub pidev äsja loodud katioonide (+) varu negatiivse elektroodi või katoodi (-) suunas, põrgates rohkemate aatomitega kokku ja tekitades pidevat UV-valguse kiirgust. Mikrolaineahjulambid töötavad sarnasel viisil, välja arvatud see, et mikrolained, tuntud ka kui raadiosageduslik (RF), asendavad elektriahelat. Kuna mikrolaineahjulampidel pole volframelektroode ja need on lihtsalt elavhõbedat ja inertgaasi sisaldavad suletud kvartstorud, nimetatakse neid tavaliselt elektroodivabadeks.
Lairiba- või laia spektriga elavhõbedalampide UV-kiirgus hõlmab ligikaudu võrdses vahekorras ultraviolett-, nähtavat ja infrapunakiirgust. Ultraviolettkiirguse osa sisaldab UVC (200 kuni 280 nm), UVB (280 kuni 315 nm), UVA (315 kuni 400 nm) ja UVV (400 kuni 450 nm) lainepikkuste segu. Lambid, mis kiirgavad UVC-d lainepikkustel alla 240 nm, tekitavad osooni ja vajavad väljatõmbeventilatsiooni või filtreerimist.
Elavhõbedalambi spektraalset väljundit saab muuta väikeste koguste lisandite, näiteks raua (Fe), galliumi (Ga), plii (Pb), tina (Sn), vismuti (Bi) või indiumi (In) lisamisega. Lisatud metallid muudavad plasma koostist ja sellest tulenevalt katioonide elektronide omastamisel vabanevat energiat. Lisatud metallidega lampe nimetatakse legeeritud, lisandi- ja metallhalogeniidlampideks. Enamik UV-formuleeritud tinte, katteid, liime ja ekstrusioone on konstrueeritud vastama kas standardsete elavhõbeda- (Hg) või raua- (Fe) legeeritud lampide väljundile. Rauddopeeritud lambid nihutavad osa UV-kiirgusest pikematele, peaaegu nähtavatele lainepikkustele, mis tagab parema läbitungivuse läbi paksemate, tugevalt pigmenteerunud koostiste. Titaandioksiidi sisaldavad UV-valemid kõvenevad galliumi (GA) legeeritud lampidega paremini. Selle põhjuseks on asjaolu, et galliumilambid nihutavad olulise osa UV-kiirgusest lainepikkuste poole, mis on pikemad kui 380 nm. Kuna titaandioksiidi lisandid üldiselt ei neela valgust üle 380 nm, võimaldab valge koostisega galliumlampide kasutamine fotoinitsiaatoritel neelata rohkem UV-energiat kui lisanditel.
Spektriprofiilid annavad formuleerijatele ja lõppkasutajatele visuaalse ülevaate sellest, kuidas konkreetse lambi disaini kiirgusväljund elektromagnetilises spektris jaotub. Kuigi aurustatud elavhõbedal ja lisametallidel on kindlad kiirgusomadused, mõjutavad UV-kiirgust kvartstorus olev täpne elementide ja inertgaaside segu koos lambi konstruktsiooni ja kõvenemissüsteemi kujundusega. Integreerimata lambi spektraalväljund, mida lambitarnija toidab ja mõõdeb vabas õhus, erineb spektraalväljundist kui lambil, mis on paigaldatud lambipea sisse korralikult disainitud reflektoriga ja jahutusega. Spektriprofiilid on UV-süsteemide tarnijatelt hõlpsasti kättesaadavad ning need on kasulikud formulatsioonide väljatöötamisel ja lampide valimisel.
Levinud spektraalprofiil kujutab spektraalset kiirgusintensiivsust y-teljel ja lainepikkust x-teljel. Spektraalset kiirgusintensiivsust saab kuvada mitmel viisil, sealhulgas absoluutväärtusena (nt W/cm2/nm) või suvaliste, suhteliste või normaliseeritud (ühikuteta) mõõtühikutena. Profiilid kuvavad teavet tavaliselt kas joon- või tulpdiagrammina, mis rühmitab väljundi 10 nm ribadeks. Järgnev elavhõbeda kaarlambi spektraalväljundi graafik näitab GEW süsteemide suhtelist kiirgusintensiivsust lainepikkuse suhtes (joonis 1).
JOONIS 1 »Elavhõbeda ja raua spektraalväljundi diagrammid.
Euroopas ja Aasias kasutatakse terminit „lamp” UV-kiirgust kiirgava kvartslambi kohta, samas kui Põhja- ja Lõuna-Ameerikas kasutatakse pigem vahetatavat pirni ja lambi kombinatsiooni. Nii „lamp” kui ka „lambipea” viitavad tervikkomplektile, mis sisaldab kvartslambi ja kõiki muid mehaanilisi ja elektrilisi komponente.
Elektroodkaarlambid
Elektroodkaarlambisüsteemid koosnevad lambipeast, jahutusventilaatorist või jahutist, toiteallikast ja inimese-masina liidestest (HMI). Lambipea sisaldab lampi (pirni), reflektorit, metallkorpust või -korpust, katiku komplekti ja mõnikord ka kvartsist akent või traadist kaitset. GEW paigaldab oma kvartsist torud, reflektorid ja katiku mehhanismid kassetikomplektide sisse, mida saab lambipea välimisest korpusest või korpusest hõlpsalt eemaldada. GEW kasseti eemaldamine toimub tavaliselt sekunditega ühe kuuskantvõtme abil. Kuna UV-kiirguse väljund, lambipea üldine suurus ja kuju, süsteemi omadused ja lisaseadmete vajadused varieeruvad olenevalt rakendusest ja turust, on elektroodkaarlambisüsteemid üldiselt projekteeritud antud rakenduste kategooria või sarnaste masinatüüpide jaoks.
Elavhõbedalambid kiirgavad kvartstorust 360° valgust. Kaarlampide süsteemid kasutavad lambi külgedel ja tagaküljel asuvaid reflektoreid, et püüda kinni ja fokuseerida suurem osa valgusest lambipea ees kindlale kaugusele. Seda kaugust nimetatakse fookuseks ja see on koht, kus kiirgustihedus on suurim. Kaarlambid kiirgavad fookuses tavaliselt vahemikus 5–12 W/cm2. Kuna umbes 70% lambipea UV-kiirgusest tuleb reflektorist, on oluline hoida reflektorid puhtad ja neid perioodiliselt vahetada. Reflektorite puhastamata jätmine või vahetamata jätmine on ebapiisava kõvenemise tavaline põhjus.
GEW on üle 30 aasta täiustanud oma kõvenemissüsteemide tõhusust, kohandanud funktsioone ja väljundit vastavalt konkreetsete rakenduste ja turgude vajadustele ning arendanud laia valikut integreerimistarvikuid. Selle tulemusena hõlmavad GEW tänapäevased kommertspakkumised kompaktseid korpusekujundusi, suurema UV-peegelduse ja infrapunakiirguse vähendamiseks optimeeritud reflektoreid, vaikseid integreeritud katikumehhanisme, võrkäärikuid ja -pilusid, karbikujulist võrksöötmist, lämmastiku inertsiooni, positiivse rõhu all olevaid päid, puutetundliku ekraaniga operaatoriliidest, pooljuhttoiteallikaid, suuremat tööefektiivsust, UV-väljundi jälgimist ja süsteemi kaugseiret.
Keskmise rõhuga elektroodlampide töötamise ajal on kvartsi pinnatemperatuur 600–800 °C ja plasma sisetemperatuur on mitu tuhat kraadi Celsiuse järgi. Sundõhk on peamine vahend lambi õige töötemperatuuri hoidmiseks ja osa kiiratud infrapunaenergia eemaldamiseks. GEW varustab seda õhku negatiivselt; see tähendab, et õhk tõmmatakse läbi korpuse, mööda reflektorit ja lampi ning juhitakse seadmest välja ja eemale masinast või kõvenemispinnast. Mõned GEW süsteemid, näiteks E4C, kasutavad vedelikjahutust, mis võimaldab veidi suuremat UV-kiirgust ja vähendab lambipea üldist suurust.
Elektroodkaarlampidel on soojendus- ja jahtumistsüklid. Lampe süüdatakse minimaalse jahutusega. See võimaldab elavhõbedaplasmal tõusta soovitud töötemperatuurini, toota vabu elektrone ja katioone ning võimaldada voolu voolamist. Kui lambipea välja lülitatakse, jätkub jahutus veel paar minutit, et kvartstoru ühtlaselt jahutada. Liiga soe lamp ei sütti uuesti ja peab edasi jahtuma. Käivitus- ja jahtumistsükli pikkus ning elektroodide kulumine iga pingelöögi ajal on põhjus, miks GEW elektroodkaarlampide komplektidesse on alati integreeritud pneumaatilised katikumehhanismid. Joonis 2 näitab õhkjahutusega (E2C) ja vedelikjahutusega (E4C) elektroodkaarlampe.
JOONIS 2 »Vedelikjahutusega (E4C) ja õhkjahutusega (E2C) elektroodkaarlambid.
UV-LED-lambid
Pooljuhid on tahked, kristallilised materjalid, mis on mõnevõrra juhtivad. Elekter voolab läbi pooljuhi paremini kui isolaatori, kuid mitte nii hästi kui metalljuhi. Looduslikult esinevate, kuid üsna ebaefektiivsete pooljuhtide hulka kuuluvad räni, germaanium ja seleen. Sünteetiliselt valmistatud pooljuhid, mis on loodud väljundvõimsuse ja efektiivsuse tagamiseks, on liitmaterjalid, mille lisandid on kristallstruktuuri täpselt immutatud. UV-LED-ide puhul on tavaliselt kasutatav materjal alumiinium-galliumnitriid (AlGaN).
Pooljuhid on tänapäeva elektroonika jaoks üliolulised ning neid konstrueeritakse transistoride, dioodide, valgusdioodide ja mikroprotsessorite valmistamiseks. Pooljuhtseadised on integreeritud elektriahelatesse ja paigaldatud selliste toodete sisse nagu mobiiltelefonid, sülearvutid, tahvelarvutid, kodumasinad, lennukid, autod, kaugjuhtimispuldid ja isegi laste mänguasjad. Need pisikesed, kuid võimsad komponendid muudavad igapäevased tooted toimivaks, võimaldades samal ajal esemeid kompaktsemaks, õhemaks, kergemaks ja taskukohasemaks muuta.
LED-ide erijuhul kiirgavad täpselt disainitud ja valmistatud pooljuhtmaterjalid alalisvooluallikaga ühendamisel suhteliselt kitsaid valguslainepikkuste ribasid. Valgus tekib ainult siis, kui vool voolab iga LED-i positiivsest anoodist (+) negatiivsesse katoodi (-). Kuna LED-ide väljundit on kiire ja lihtne reguleerida ning see on peaaegu monokromaatiline, sobivad LED-id ideaalselt kasutamiseks: indikaatortuledena; infrapunase side signaalidena; telerite, sülearvutite, tahvelarvutite ja nutitelefonide taustvalgustusena; elektrooniliste siltide, stendide ja hiiglaslike reklaamtahvlitena; ning UV-kõvendamiseks.
LED on positiivne-negatiivne ühendus (pn-ühendus). See tähendab, et LED-i ühel osal on positiivne laeng ja seda nimetatakse anoodiks (+) ning teisel osal on negatiivne laeng ja seda nimetatakse katoodiks (-). Kuigi mõlemad pooled on suhteliselt juhtivad, ei ole ühenduskoha piir, kus kaks poolt kohtuvad, mida nimetatakse tühjenemistsooniks, juhtiv. Kui alalisvoolu (DC) toiteallika positiivne (+) klemm on ühendatud LED-i anoodiga (+) ja allika negatiivne (-) klemm on ühendatud katoodiga (-), siis tõukavad katoodis olevad negatiivselt laetud elektronid ja anoodis olevad positiivselt laetud elektronide vakantsid toiteallika poolt eemale ja lükkavad need tühjenemistsooni poole. See on päripinge ja sellel on mittejuhtiva piiri ületamise efekt. Tulemuseks on see, et n-tüüpi piirkonna vabad elektronid ristuvad ja täidavad p-tüüpi piirkonna vakantse. Kui elektronid üle piiri voolavad, lähevad nad madalama energiaga olekusse. Vastav energialangus vabaneb pooljuhist valguse footonitena.
Kristallilise LED-struktuuri moodustavad materjalid ja legeerivad ained määravad spektraalse väljundi. Tänapäeval on kaubanduslikult saadaval olevatel LED-kõvendusallikatel ultraviolettkiirguse väljundid, mille keskpunkt on 365, 385, 395 ja 405 nm, tüüpiline tolerants on ±5 nm ja spektraaljaotus Gaussi järgi. Mida suurem on spektraalse kiirguse tipp (W/cm2/nm), seda kõrgem on kellukese kõvera tipp. Kuigi UVC-kiirguse väljatöötamine lainepikkuste 275 ja 285 nm vahel jätkub, ei ole väljund, eluiga, töökindlus ja hind kõvendussüsteemide ja -rakenduste jaoks veel kaubanduslikult tasuvad.
Kuna UV-LED-i väljund on praegu piiratud pikemate UVA lainepikkustega, ei kiirga UV-LED-kõvendussüsteem keskmise rõhuga elavhõbedalampidele omast lairiba spektraalväljundit. See tähendab, et UV-LED-kõvendussüsteemid ei kiirga UVC-, UVB-, enamiku nähtava valguse ja soojust tekitavate infrapunakiirguste lainepikkusi. Kuigi see võimaldab UV-LED-kõvendussüsteeme kasutada kuumustundlikumates rakendustes, tuleb olemasolevad keskmise rõhuga elavhõbedalampide jaoks mõeldud tindid, katted ja liimid UV-LED-kõvendussüsteemide jaoks ümber formuleerida. Õnneks pakuvad keemiatoodete tarnijad üha enam kahekordse kõvenemisega tooteid. See tähendab, et UV-LED-lambiga kõvenemiseks mõeldud kahekordse kõvenemisega koostis kõveneb ka elavhõbedalambiga (joonis 3).
JOONIS 3 »LED-i spektraalväljundi diagramm.
GEW UV-LED-kõvendussüsteemid kiirgavad emiteerivas aknas kuni 30 W/cm2. Erinevalt elektroodkaarlampidest ei sisalda UV-LED-kõvendussüsteemid reflektoreid, mis suunaksid valguskiiri kontsentreeritud fookusesse. Seetõttu ilmneb UV-LED-i kiirgusintensiivsuse tipp kiirgava akna lähedal. Kiirgavad UV-LED-kiired lahknevad üksteisest lambipea ja kõvenduspinna vahelise kauguse suurenedes. See vähendab valguse kontsentratsiooni ja kõvenduspinnale jõudva kiirgusintensiivsuse suurust. Kuigi kiirgusintensiivsuse tipp on ristseostumise jaoks oluline, ei ole üha suurem kiirgusintensiivsus alati soodne ja võib isegi takistada suuremat ristseostumise tihedust. Lainepikkus (nm), kiirgusintensiivsus (W/cm2) ja energiatihedus (J/cm2) mängivad kõik kõvendamisel olulist rolli ning UV-LED-valgusallika valikul tuleks nende ühist mõju kõvenemisele korralikult mõista.
LED-id on Lamberti allikad. Teisisõnu, iga UV-LED kiirgab ühtlast ettepoole suunatud väljundit kogu 360° x 180° poolkeral. Arvukad UV-LED-id, igaüks millimeetri ruudu suurusjärgus, on paigutatud ühte ritta, ridade ja veergude maatriksisse või mingisse muusse konfiguratsiooni. Need alamkomplektid, mida tuntakse moodulite või massiividena, on konstrueeritud LED-ide vaheliste vahedega, mis tagavad sulandumise tühimike vahel ja hõlbustavad dioodide jahutamist. Seejärel paigutatakse mitu moodulit või massiivi suurematesse sõlmedesse, et moodustada erineva suurusega UV-kõvendussüsteeme (joonis 4 ja 5). UV-LED-kõvendussüsteemi ehitamiseks vajalike lisakomponentide hulka kuuluvad jahutusradiaator, kiirgusaken, elektroonilised draiverid, alalisvoolutoiteallikad, vedelikjahutussüsteem või jahuti ja inimene-masin liides (HMI).
JOONIS 4 »LeoLED-süsteem veebi jaoks.
JOONIS 5 »LeoLED süsteem kiireks mitme lambiga paigaldamiseks.
Kuna UV-LED-kõvendussüsteemid ei kiirga infrapunakiirgust, kannavad nad kõvenduspinnale loomupäraselt vähem soojusenergiat kui elavhõbedalambid, ei tähenda see, et UV-LED-e tuleks pidada külmkõvendustehnoloogiaks. UV-LED-kõvendussüsteemid võivad kiirata väga suurt kiirgustipp-võimsust ja ultraviolettlainepikkused on energia vorm. Kõik väljund, mida keemia ei neela, soojendab alusdetaili või aluspinda ja ümbritsevaid masinakomponente.
UV-LED-id on ka elektrilised komponendid, mille ebaefektiivsust põhjustavad nii toores pooljuhtide disain ja tootmine kui ka tootmismeetodid ja komponendid, mida kasutatakse LED-ide pakkimiseks suuremasse kõvendusseadmesse. Kuigi elavhõbedaauruga kvartstoru temperatuur tuleb töötamise ajal hoida vahemikus 600–800 °C, peab LED-i pn-siirde temperatuur jääma alla 120 °C. Ainult 35–50% UV-LED-massiivi toiteks mõeldud elektrist muundatakse ultraviolettkiirguseks (suurelt lainepikkusest sõltuv). Ülejäänu muundatakse soojuseks, mis tuleb eemaldada, et säilitada soovitud ühendustemperatuur ja tagada ettenähtud süsteemi kiirgustihedus, energiatihedus ja ühtlus, samuti pikk eluiga. LED-id on oma olemuselt kauakestvad tahkisseadmed ja LED-ide integreerimine suurematesse sõlmedesse koos korralikult projekteeritud ja hooldatud jahutussüsteemidega on pika eluea saavutamiseks kriitilise tähtsusega. Kõik UV-kõvendussüsteemid ei ole ühesugused ning valesti projekteeritud ja jahutatud UV-LED-kõvendussüsteemidel on suurem ülekuumenemise ja katastroofilise rikke tõenäosus.
Kaar-/LED-hübriidlambid
Igal turul, kus olemasoleva tehnoloogia asendamiseks võetakse kasutusele täiesti uus tehnoloogia, võib esineda nii omaksvõtuga seotud hirme kui ka toimivuse suhtes skeptitsismi. Potentsiaalsed kasutajad lükkavad omaksvõtu sageli edasi, kuni on tekkinud väljakujunenud paigaldusbaas, avaldatud juhtumiuuringud, massiliselt levima hakkavad positiivsed iseloomustused ja/või nad saavad otsest kogemust või soovitusi inimestelt ja ettevõtetelt, keda nad tunnevad ja usaldavad. Enne kui kogu turg täielikult vanast loobub ja uuele üle läheb, on sageli vaja kindlaid tõendeid. Ei aita ka see, et edulood kipuvad olema saladuses hoitud, kuna varased kasutuselevõtjad ei soovi, et konkurendid saaksid võrreldavat kasu. Seetõttu võivad nii reaalsed kui ka liialdatud pettumusejutud turul kajada, varjates uue tehnoloogia tegelikke eeliseid ja lükates omaksvõttu veelgi edasi.
Läbi ajaloo ja vastumeelselt omaksvõtule on hübriiddisaini sageli omaks võetud kui üleminekusilla olemasoleva ja uue tehnoloogia vahel. Hübriidid võimaldavad kasutajatel saada enesekindlust ning ise otsustada, kuidas ja millal uusi tooteid või meetodeid kasutada, ohverdamata olemasolevaid võimalusi. UV-kõvastamise puhul võimaldab hübriidsüsteem kasutajatel kiiresti ja lihtsalt vahetada elavhõbedalampide ja LED-tehnoloogia vahel. Mitme kõvendusjaamaga liinide puhul võimaldavad hübriidid pressidel töötada 100% LED-i, 100% elavhõbedaauru või mis tahes kahe tehnoloogia kombinatsiooniga, mis on antud töö jaoks vajalik.
GEW pakub veebimuunduritele kaar-/LED-hübriidsüsteeme. Lahendus töötati välja GEW suurima turu, kitsa veebimärgistuse jaoks, kuid hübriiddisainil on kasutust ka muudes veebi- ja muudes rakendustes (joonis 6). Kaar-/LED-l on ühine lambipea korpus, mis mahutab kas elavhõbedagaasi- või LED-kasseti. Mõlemad kassetid töötavad universaalse toite- ja juhtimissüsteemiga. Süsteemi intelligentsus võimaldab eristada kassetitüüpe ning tagab automaatselt sobiva toite, jahutuse ja operaatoriliidese. GEW elavhõbedagaasi- või LED-kasseti eemaldamine või paigaldamine toimub tavaliselt sekundite jooksul ühe kuuskantvõtme abil.
JOONIS 6 »Kaar-/LED-süsteem veebi jaoks.
Eksimerlambid
Eksimeerlambid on gaaslahenduslambid, mis kiirgavad kvaasimonokromaatilist ultraviolettenergiat. Kuigi eksimeerlampe on saadaval arvukate lainepikkustega, on tavalised ultraviolettkiirguse väljundid 172, 222, 308 ja 351 nm juures. 172 nm eksimeerlambid kuuluvad vaakum-UV-ribasse (100 kuni 200 nm), samas kui 222 nm on ainult UVC-riba (200 kuni 280 nm). 308 nm eksimeerlambid kiirgavad UVB-kiirgust (280 kuni 315 nm) ja 351 nm on täielikult UVA-kiirgust (315 kuni 400 nm).
172 nm vaakum-UV-lainepikkused on lühemad ja sisaldavad rohkem energiat kui UVC-lainepikkused; aga neil on raske ainetesse sügavale tungida. Tegelikult neelduvad 172 nm lainepikkused täielikult UV-valmistatud kemikaalide ülemise 10–200 nm kihi sees. Seetõttu seovad 172 nm eksimeerlambid ainult UV-valmistuste välimist pinda ja need tuleb integreerida koos teiste kõvendusseadmetega. Kuna vaakum-UV-lainepikkusi neelab ka õhk, tuleb 172 nm eksimeerlampe kasutada lämmastikuga inertses atmosfääris.
Enamik eksimeerlampe koosneb kvartstorust, mis toimib dielektrilise barjäärina. Toru on täidetud väärisgaasidega, mis on võimelised moodustama eksimeer- või ekstsipleksmolekule (joonis 7). Erinevad gaasid tekitavad erinevaid molekule ja erinevad ergastatud molekulid määravad, milliseid lainepikkusi lamp kiirgab. Kvartstoru siseküljel kulgeb kõrgepingeelektrood ja välisküljel maanduselektroodid. Lambi sisse impulsitakse kõrge sagedusega pingeid. See põhjustab elektronide voolamist sisemises elektroodis ja gaasisegu kaudu väliste maanduselektroodide suunas. Seda teaduslikku nähtust nimetatakse dielektrilise barjääri tühjenemiseks (DBD). Gaasi läbides elektronid interakteeruvad aatomitega ja loovad energiseeritud või ioniseeritud osakesi, mis toodavad eksimeer- või ekstsipleksmolekule. Ekstsimer- ja ekstsipleksmolekulidel on uskumatult lühike eluiga ning ergastatud olekust põhiolekusse lagunedes kiirguvad kvaasimonokromaatilise jaotusega footonid.
JOONIS 7 »Eksimerlamp
Erinevalt elavhõbedalampidest ei kuumene eksimeerlambi kvartstoru pind. Seetõttu töötab enamik eksimeerlampe vähese või olematu jahutusega. Muudel juhtudel on vaja madalat jahutustaset, mis tavaliselt tagatakse lämmastikgaasiga. Lambi termilise stabiilsuse tõttu lülituvad eksimeerlambid koheselt sisse/välja ega vaja soojenemis- ega jahutustsükleid.
Kui 172 nm kiirgavaid eksimeerlampe integreeritakse nii kvaasimonokromaatiliste UVA-LED-kõvendussüsteemide kui ka lairiba elavhõbedalampidega, tekivad matistavad pinnaefektid. UVA LED-lampe kasutatakse esmalt keemilise ühendi geelistamiseks. Seejärel kasutatakse pinna polümeriseerimiseks kvaasimonokromaatilisi eksimeerlampe ja lõpuks ühendavad lairiba elavhõbedalambid ülejäänud keemilise ühendi. Kolme eraldi etapis rakendatud tehnoloogia ainulaadsed spektraalväljundid annavad kasulikke optilisi ja funktsionaalseid pinnakõvendamise efekte, mida ei ole võimalik saavutada ühegi UV-allikaga eraldi.
Eksimerlambid lainepikkustega 172 ja 222 nm on efektiivsed ka ohtlike orgaaniliste ainete ja kahjulike bakterite hävitamisel, mistõttu on need praktilised pindade puhastamiseks, desinfitseerimiseks ja pinnaenergia töötlemiseks.
Lambi eluiga
Mis puutub lambi või pirni eluiga, siis GEW kaarlampide eluiga on üldiselt kuni 2000 tundi. Lambi eluiga ei ole absoluutne, kuna UV-kiirguse väljund väheneb aja jooksul järk-järgult ja seda mõjutavad mitmesugused tegurid. Lambi disain ja kvaliteet, samuti UV-süsteemi töötingimused ja valemi reaktsioonivõime. Õigesti projekteeritud UV-süsteemid tagavad, et konkreetse lambi (pirni) konstruktsiooni jaoks vajalik võimsus ja jahutus on tagatud.
GEW tarnitud lambid (pirnid) pakuvad GEW kõvenemissüsteemides kasutamisel alati kõige pikemat eluiga. Teisesed toiteallikad on lambi üldiselt näidise põhjal pöördprojekteerinud ning koopiatel ei pruugi olla sama otsaliitmik, kvartsi läbimõõt, elavhõbedasisaldus või gaasisegu, mis kõik võivad mõjutada UV-kiirguse väljundit ja soojuse teket. Kui soojuse teke ei ole süsteemi jahutamisega tasakaalustatud, kannatab nii lambi võimsus kui ka eluiga. Jahuti töötavad lambid kiirgavad vähem UV-kiirgust. Kuumemalt töötavad lambid ei kesta nii kaua ja deformeeruvad kõrgetel pinnatemperatuuridel.
Elektroodkaarlampide eluiga on piiratud lambi töötemperatuuri, töötundide arvu ja käivituste või löökide arvuga. Iga kord, kui lamp käivitamise ajal kõrgepinge kaarega süüdatakse, kulub osa volframelektroodist ära. Lõpuks lamp enam uuesti ei sütti. Elektroodkaarlampidel on katikumehhanismid, mis rakendumisel blokeerivad UV-kiirguse, alternatiivina lambi toite korduvale tsüklilisele sisse- ja väljalülitamisele. Reaktiivsemad tindid, katted ja liimid võivad pikendada lambi eluiga; samas kui vähem reaktiivsed koostised võivad vajada sagedasemat lambivahetust.
UV-LED-süsteemid on oma olemuselt tavapärastest lampidest pikema elueaga, kuid UV-LED-ide eluiga ei ole absoluutne. Nagu tavapäraste lampide puhul, on ka UV-LED-idel piirid selles osas, kui tugevalt neid saab juhtida, ja üldiselt peavad need töötama üleminekutemperatuuridega alla 120 °C. LED-ide üleajamine ja alajahtumine lühendab eluiga, mille tulemuseks on kiirem lagunemine või katastroofiline rike. Mitte kõik UV-LED-süsteemide tarnijad ei paku praegu disaine, mis vastavad kõrgeimatele kehtestatud eluea nõuetele, mis ületavad 20 000 tundi. Paremini disainitud ja hooldatud süsteemid kestavad üle 20 000 tunni ning halvemad süsteemid ebaõnnestuvad palju lühema aja jooksul. Hea uudis on see, et LED-süsteemide disainid täiustuvad pidevalt ja kestavad iga disainiversiooniga kauem.
Osoon
Kui lühemad UVC-lainepikkused tabavad hapnikumolekule (O2), põhjustavad need hapnikumolekulide (O2) jagunemise kaheks hapnikuaatomiks (O). Vabad hapnikuaatomid (O) põrkuvad seejärel teiste hapnikumolekulidega (O2) ja moodustavad osooni (O3). Kuna trihapnik (O3) on maapinnal vähem stabiilne kui dihapnik (O2), muutub osoon atmosfääriõhus triivides kergesti hapnikumolekuliks (O2) ja hapnikuaatomiks (O). Seejärel ühinevad vabad hapnikuaatomid (O) heitgaasisüsteemis uuesti, moodustades hapnikumolekule (O2).
Tööstuslikes UV-kõvendamise rakendustes tekib osoon (O3) atmosfääri hapniku ja alla 240 nm ultraviolettkiirguse interaktsioonil. Lairiba elavhõbeda auruga kõvendusallikad kiirgavad UVC-d lainepikkustel 200–280 nm, mis kattub osaliselt osooni tekitava piirkonnaga, ja eksimeerlambid kiirgavad vaakum-UV-d lainepikkustel 172 nm või UVC-d lainepikkustel 222 nm. Elavhõbeda auru ja eksimeerkõvenduslampide tekitatud osoon on ebastabiilne ega kujuta endast olulist keskkonnariski, kuid see on vaja töötajate vahetust ümbrusest eemaldada, kuna see ärritab hingamisteid ja on suurel määral mürgine. Kuna kaubanduslikud UV-LED-kõvendussüsteemid kiirgavad UVA-d lainepikkustel 365–405 nm, siis osooni ei teki.
Osoonil on lõhn, mis sarnaneb metalli, põleva traadi, kloori ja elektrisädeme lõhnaga. Inimese haistmismeeled suudavad tuvastada osooni kontsentratsioonis alates 0,01 kuni 0,03 miljondikosast (ppm). Kuigi see varieerub inimeseti ja aktiivsuse tasemeti, võivad üle 0,4 ppm kontsentratsioonid põhjustada hingamisteede kõrvaltoimeid ja peavalu. UV-kõvendamise liinidele tuleks paigaldada korralik ventilatsioon, et piirata töötajate kokkupuudet osooniga.
UV-kõvendussüsteemid on üldiselt konstrueeritud nii, et need piiravad lambipeadest väljuvat heitõhku, et seda saaks juhtida operaatoritest eemale ja hoonest välja, kus see hapniku ja päikesevalguse toimel loomulikult laguneb. Teise võimalusena sisaldavad osoonivabad lambid kvartslisandit, mis blokeerib osooni tekitavaid lainepikkusi, ja rajatised, mis soovivad vältida kanalite või aukude lõikamist katusesse, kasutavad sageli väljatõmbeventilaatorite väljundis filtreid.
Postituse aeg: 19. juuni 2024
