Gyvsidabrio garai, šviesos diodai (LED) ir eksimerinės lempos yra skirtingos UV kietėjimo lempų technologijos. Nors visos trys naudojamos įvairiuose fotopolimerizacijos procesuose dažams, dangoms, klijams ir ekstruzijoms sujungti, spinduliuojamos UV energijos generavimo mechanizmai, taip pat atitinkamos spektrinės išeigos charakteristikos yra visiškai skirtingi. Šių skirtumų supratimas yra labai svarbus kuriant pritaikymą ir formuluotes, renkantis UV kietėjimo šaltinį ir integruojant.
Gyvsidabrio garų lempos
Tiek elektrodinės lanko lempos, tiek beelektrodės mikrobangų lempos priklauso gyvsidabrio garų kategorijai. Gyvsidabrio garų lempos yra vidutinio slėgio dujų išlydžio lempų tipas, kuriose nedidelis kiekis elementinio gyvsidabrio ir inertinių dujų išgarinamas į plazmą sandariame kvarciniame vamzdelyje. Plazma yra neįtikėtinai aukštos temperatūros jonizuotos dujos, galinčios praleisti elektrą. Ji gaunama pritaikius elektros įtampą tarp dviejų elektrodų lanko lempoje arba kaitinant beelektrodę lempą mikrobangų krosnelėje gaubte arba ertmėje, panašioje į buitinę mikrobangų krosnelę. Išgarinus gyvsidabrio plazma skleidžia plataus spektro šviesą ultravioletinių, matomų ir infraraudonųjų spindulių diapazonuose.
Elektros lanko lempos atveju, tiekiama įtampa įjungia sandarų kvarcinį vamzdelį. Ši energija išgarina gyvsidabrį į plazmą ir išskiria elektronus iš išgarintų atomų. Dalis elektronų (-) teka link lempos teigiamo volframo elektrodo arba anodo (+) ir į UV sistemos elektros grandinę. Atomai su naujai trūkstamais elektronais tampa teigiamai įkrautais katijonais (+), kurie teka link lempos neigiamai įkrauto volframo elektrodo arba katodo (-). Jiems judant, katijonai atsitrenkia į neutralius atomus dujų mišinyje. Smūgio metu elektronai perkeliami iš neutralių atomų į katijonus. Katijonams įgyjant elektronų, jie pereina į mažesnės energijos būseną. Energijos skirtumas išsiskiria kaip fotonai, kurie spinduliuoja į išorę iš kvarcinio vamzdelio. Jei lempa yra tinkamai maitinama, teisingai aušinama ir veikia per visą savo naudingo tarnavimo laiką, nuolatinis naujai susidariusių katijonų (+) tiekimas gravituoja link neigiamo elektrodo arba katodo (-), atsitrenkdami į daugiau atomų ir sukurdami nuolatinę UV šviesos emisiją. Mikrobangų lempos veikia panašiai, išskyrus tai, kad mikrobangos, dar žinomos kaip radijo dažnių (RF), pakeičia elektros grandinę. Kadangi mikrobangų lempos neturi volframo elektrodų ir yra tiesiog sandarus kvarcinis vamzdelis, kuriame yra gyvsidabrio ir inertinių dujų, jos paprastai vadinamos beelektrodėmis.
Plačiajuosčių arba plataus spektro gyvsidabrio garų lempų skleidžiama UV spinduliuotė apima maždaug vienodas ultravioletinių, matomų ir infraraudonųjų spindulių bangų ilgius. Ultravioletinę dalį sudaro UVC (200–280 nm), UVB (280–315 nm), UVA (315–400 nm) ir UVV (400–450 nm) bangų ilgių mišinys. Lempos, skleidžiančios UVC, kurių bangos ilgis mažesnis nei 240 nm, generuoja ozoną ir reikalauja ištraukimo arba filtravimo.
Gyvsidabrio garų lempos spektrinį išvestį galima pakeisti pridedant nedidelius kiekius legiruojančių medžiagų, tokių kaip geležis (Fe), galis (Ga), švinas (Pb), alavas (Sn), bismutas (Bi) arba indis (In). Pridėti metalai keičia plazmos sudėtį ir atitinkamai energiją, išsiskiriančią katijonams prisijungus elektronams. Lempos su pridėtais metalais vadinamos legiruotomis, adityvinėmis ir metalų halogenidų lempomis. Dauguma UV formulių rašalų, dangų, klijų ir ekstruzijų yra sukurti taip, kad atitiktų standartinių gyvsidabrio (Hg) arba geležies (Fe) legiruotų lempų išvestį. Geležies legiruotos lempos dalį UV spinduliuotės perkelia į ilgesnius, beveik matomus bangos ilgius, todėl geriau prasiskverbia pro storesnes, stipriai pigmentuotas formules. UV formulės, kurių sudėtyje yra titano dioksido, geriau kietėja su galio (GA) legiruotomis lempomis. Taip yra todėl, kad galio lempos didelę UV spinduliuotės dalį perkelia į ilgesnius nei 380 nm bangos ilgius. Kadangi titano dioksido priedai paprastai nesugeria šviesos, viršijančios 380 nm, naudojant galio lempas su baltomis formulėmis, fotoiniciatoriai gali sugerti daugiau UV energijos, palyginti su priedais.
Spektriniai profiliai suteikia receptūrų kūrėjams ir galutiniams vartotojams vaizdinį vaizdą, kaip konkretaus dizaino lempos spinduliuotė pasiskirsto elektromagnetiniame spektre. Nors išgarintas gyvsidabris ir priedai turi apibrėžtas spinduliuotės charakteristikas, tikslus elementų ir inertinių dujų mišinys kvarcinio vamzdelio viduje kartu su lempos konstrukcija ir kietinimo sistemos konstrukcija turi įtakos UV spinduliuotei. Neintegruotos lempos, kurią maitina ir išmatuoja lempos tiekėjas atvirame ore, spektrinis spinduliavimas skirsis nuo lempos, sumontuotos lempos galvutėje su tinkamai suprojektuotu reflektoriumi ir aušinimu. Spektrinius profilius lengvai gali gauti UV sistemų tiekėjai ir jie yra naudingi kuriant receptūrą ir renkantis lempą.
Įprastas spektrinis profilis vaizduoja spektrinį apšvitą y ašyje ir bangos ilgį x ašyje. Spektrinį apšvitą galima rodyti keliais būdais, įskaitant absoliučią vertę (pvz., W/cm2/nm) arba savavališkus, santykinius arba normalizuotus (be vienetų) matavimus. Profiliuose informacija dažniausiai pateikiama linijinės arba juostinės diagramos pavidalu, kurioje išvestis sugrupuojama į 10 nm juostas. Toliau pateiktame gyvsidabrio lanko lempos spektrinio išvesties grafike parodytas santykinis apšvitas pagal bangos ilgį GEW sistemose (1 pav.).
1 PAVEIKSLAS »Gyvsidabrio ir geležies spektrinės išvesties diagramos.
Terminas „lempa“ Europoje ir Azijoje vartojamas UV spindulius skleidžiančiam kvarciniam vamzdeliui apibūdinti, o Šiaurės ir Pietų Amerikoje dažniausiai naudojamas keičiamas lemputės ir lempos derinys. Lempa ir lempos galvutė reiškia visą mazgą, kuriame yra kvarcinis vamzdelis ir visi kiti mechaniniai bei elektriniai komponentai.
Elektrodų lanko lempos
Elektrodinių lanko lempų sistemas sudaro lempos galvutė, aušinimo ventiliatorius arba aušintuvas, maitinimo šaltinis ir žmogaus ir mašinos sąsaja (HMI). Lempos galvutę sudaro lempa (lemputė), reflektorius, metalinis korpusas arba uždoris, o kartais ir kvarcinis langas arba vielinis apsaugas. „GEW“ savo kvarcinius vamzdelius, reflektorius ir uždorių mechanizmus montuoja kasečių mazguose, kuriuos galima lengvai nuimti nuo išorinio lempos galvutės korpuso arba korpuso. „GEW“ kasetę paprastai galima išimti per kelias sekundes naudojant vieną šešiabriaunį veržliaraktį. Kadangi UV spinduliuotės galingumas, bendras lempos galvutės dydis ir forma, sistemos savybės ir pagalbinės įrangos poreikiai skiriasi priklausomai nuo taikymo ir rinkos, elektrodinių lanko lempų sistemos paprastai yra sukurtos tam tikrai taikymo kategorijai arba panašiems mašinų tipams.
Gyvsidabrio garų lempos iš kvarcinio vamzdelio skleidžia 360° šviesą. Lankinių lempų sistemose naudojami lempos šonuose ir gale esantys reflektoriai, kurie sugauna ir sufokusuoja daugiau šviesos tam tikru atstumu prieš lempos galvutę. Šis atstumas vadinamas židiniu ir yra ta vieta, kur apšvita yra didžiausia. Lankinės lempos židinio vietoje paprastai skleidžia nuo 5 iki 12 W/cm2. Kadangi apie 70 % lempos galvutės UV spindulių sklinda iš reflektoriaus, svarbu juos laikyti švarius ir periodiškai keisti. Reflektorių nevalymas ar nekeitimas yra dažna nepakankamo kietėjimo priežastis.
Jau daugiau nei 30 metų „GEW“ tobulina savo kietinimo sistemų efektyvumą, pritaiko funkcijas ir našumą pagal konkrečių pritaikymų ir rinkų poreikius bei kuria didelį integravimo priedų asortimentą. Todėl šiandieniniai komerciniai „GEW“ pasiūlymai apima kompaktiškus korpusų dizainus, reflektorius, optimizuotus didesniam UV atspindėjimui ir sumažintam infraraudonųjų spindulių atspindėjimui, tylius integruotus užrakto mechanizmus, juostos gaubtus ir plyšius, „class-chuck“ tipo juostos padavimą, azoto inerciją, teigiamai suslėgtas galvutes, jutiklinio ekrano operatoriaus sąsają, kietojo kūno maitinimo šaltinius, didesnį veikimo efektyvumą, UV spindulių našumo stebėjimą ir nuotolinį sistemos stebėjimą.
Kai veikia vidutinio slėgio elektrodų lempos, kvarco paviršiaus temperatūra yra nuo 600 °C iki 800 °C, o vidinė plazmos temperatūra – keli tūkstančiai laipsnių Celsijaus. Priverstinis oro tiekimas yra pagrindinė priemonė tinkamai lempos darbinei temperatūrai palaikyti ir daliai spinduliuotos infraraudonosios energijos pašalinti. GEW tiekia šį orą neigiamu slėgiu; tai reiškia, kad oras traukiamas per korpusą, išilgai reflektoriaus ir lempos, ir išpučiamas iš mazgo, tolyn nuo mašinos ar kietinimo paviršiaus. Kai kurios GEW sistemos, tokios kaip E4C, naudoja aušinimą skysčiu, kuris leidžia šiek tiek padidinti UV spindulių srautą ir sumažina bendrą lempos galvutės dydį.
Elektrodų lanko lempos turi įšilimo ir atvėsimo ciklus. Lempos uždegamos minimaliai aušinant. Tai leidžia gyvsidabrio plazmai pakilti iki norimos darbinės temperatūros, išskirti laisvuosius elektronus ir katijonus bei leisti tekėti srovei. Išjungus lempos galvutę, aušinimas tęsiasi dar kelias minutes, kad kvarcinis vamzdelis būtų tolygiai aušinamas. Per karšta lempa pakartotinai neužsidegs ir turi toliau vėsti. Įjungimo ir atvėsimo ciklo trukmė, taip pat elektrodų degradacija kiekvieno įtampos smūgio metu yra priežastis, kodėl GEW elektrodų lanko lempų mazguose visada integruojami pneumatiniai sklendės mechanizmai. 2 paveiksle parodytos oru aušinamos (E2C) ir skysčiu aušinamos (E4C) elektrodų lanko lempos.
2 PAVEIKSLAS »Skysčiu aušinamos (E4C) ir oru aušinamos (E2C) elektrodų lanko lempos.
UV LED lempos
Puslaidininkiai yra kietos, kristalinės medžiagos, kurios yra šiek tiek laidžios. Elektra per puslaidininkį teka geriau nei izoliatorius, bet ne taip gerai, kaip metalinis laidas. Natūraliai susidarantys, bet gana neefektyvūs puslaidininkiai yra silicis, germanis ir selenas. Sintetiniu būdu pagaminti puslaidininkiai, skirti dideliam našumui ir efektyvumui, yra sudėtinės medžiagos su priemaišomis, tiksliai įterptomis į kristalinę struktūrą. UV šviesos diodų atveju dažnai naudojama medžiaga yra aliuminio galio nitridas (AlGaN).
Puslaidininkiai yra esminiai šiuolaikinės elektronikos elementai, iš kurių gaminami tranzistoriai, diodai, šviesos diodai ir mikroprocesoriai. Puslaidininkiniai įtaisai integruojami į elektros grandines ir montuojami tokiuose gaminiuose kaip mobilieji telefonai, nešiojamieji kompiuteriai, planšetiniai kompiuteriai, buitiniai prietaisai, lėktuvai, automobiliai, nuotolinio valdymo pulteliai ir net vaikų žaislai. Šie maži, bet galingi komponentai užtikrina kasdienių gaminių funkcionalumą ir leidžia gaminiams būti kompaktiškesniems, plonesniems, lengvesniems ir prieinamesniems.
Ypatingu LED atveju, tiksliai suprojektuotos ir pagamintos puslaidininkinės medžiagos, prijungtos prie nuolatinės srovės maitinimo šaltinio, skleidžia santykinai siauras šviesos bangos ilgio juostas. Šviesa generuojama tik tada, kai srovė teka iš kiekvieno LED teigiamo anodo (+) į neigiamą katodą (-). Kadangi LED išvestis yra greitai ir lengvai valdoma bei beveik monochromatinė, LED idealiai tinka naudoti kaip: indikatorių lemputės; infraraudonųjų spindulių ryšio signalai; televizorių, nešiojamųjų kompiuterių, planšetinių kompiuterių ir išmaniųjų telefonų foninis apšvietimas; elektroniniai ženklai, reklaminiai skydai ir „jumbotrons“; ir UV kietinimas.
Šviesos diodas (LED) yra teigiamo-neigiamo krūvio sandūra (pn sandūra). Tai reiškia, kad viena LED dalis turi teigiamą krūvį ir vadinama anodu (+), o kita dalis turi neigiamą krūvį ir vadinama katodu (-). Nors abi pusės yra santykinai laidžios, sandūros riba, kur susitinka abi pusės, vadinama išeikvojimo zona, nėra laidi. Kai nuolatinės srovės (DC) maitinimo šaltinio teigiamas (+) gnybtas yra prijungtas prie LED anodo (+), o šaltinio neigiamas (-) gnybtas yra prijungtas prie katodo (-), neigiamai įkrauti elektronai katode ir teigiamai įkrautos elektronų vakansijos anode yra atstumiamos maitinimo šaltinio ir stumiamos link išeikvojimo zonos. Tai yra tiesioginis poslinkis, kuris įveikia nelaidžią ribą. Dėl to laisvieji elektronai n tipo srityje persijungia ir užpildo vakansijas p tipo srityje. Elektronams tekant per ribą, jie pereina į mažesnės energijos būseną. Atitinkamas energijos sumažėjimas iš puslaidininkio išsiskiria šviesos fotonų pavidalu.
Kristalinę LED struktūrą sudarančios medžiagos ir priemaišos lemia spektrinį galingumą. Šiandien komerciškai prieinamų LED kietinimo šaltinių ultravioletinių spindulių galingumas yra 365, 385, 395 ir 405 nm, tipinė paklaida yra ±5 nm, o spektrinis pasiskirstymas yra Gauso. Kuo didesnė didžiausia spektrinė apšvita (W/cm2/nm), tuo aukštesnė varpo kreivės viršūnė. Nors UVC kūrimas vyksta 275–285 nm bangos ilgio diapazonuose, galingumas, tarnavimo laikas, patikimumas ir kaina dar nėra komerciškai perspektyvūs kietinimo sistemoms ir taikymams.
Kadangi UV LED kietėjimo sistema šiuo metu gali apriboti ilgesnių UVA bangų ilgių spinduliuotę, ji neskleidžia vidutinio slėgio gyvsidabrio garų lempoms būdingo plačiajuosčio spektrinio spinduliavimo. Tai reiškia, kad UV LED kietėjimo sistemos neskleidžia UVC, UVB, daugumos matomos šviesos ir šilumą generuojančių infraraudonųjų spindulių bangų ilgių. Nors tai leidžia UV LED kietėjimo sistemas naudoti jautresnėse šilumai srityse, esami vidutinio slėgio gyvsidabrio lempoms sukurti dažai, dangos ir klijai turi būti performuluoti UV LED kietėjimo sistemoms. Laimei, chemijos tiekėjai vis dažniau kuria dvigubo kietėjimo produktus. Tai reiškia, kad dvigubo kietėjimo formulė, skirta kietėti UV LED lempa, taip pat kietės gyvsidabrio garų lempa (3 pav.).
3 PAVEIKSLAS »LED spektrinės išvesties diagrama.
GEW UV-LED kietinimo sistemos skleidžia iki 30 W/cm2 spinduliuotės skleidžiančiame lange. Skirtingai nuo elektrodų lanko lempų, UV-LED kietinimo sistemose nėra atšvaitų, kurie nukreiptų šviesos spindulius į koncentruotą židinį. Dėl to didžiausias UV-LED apšvitos stipris atsiranda arti skleidžiančio lango. Skleidžiami UV-LED spinduliai skiriasi vienas nuo kito didėjant atstumui tarp lempos galvutės ir kietinimo paviršiaus. Tai sumažina šviesos koncentraciją ir apšvitos, pasiekiančios kietinimo paviršių, dydį. Nors didžiausias apšvitos stipris yra svarbus skersiniam sujungimui, vis didesnė apšvitos stipris ne visada yra naudingas ir netgi gali trukdyti didesniam skersiniam sujungimui. Bangos ilgis (nm), apšvitos stipris (W/cm2) ir energijos tankis (J/cm2) atlieka svarbų vaidmenį kietėjimo procese, o renkantis UV-LED šaltinį reikėtų tinkamai suprasti jų bendrą poveikį kietėjimui.
Šviesos diodai yra Lamberto šaltiniai. Kitaip tariant, kiekvienas UV šviesos diodas skleidžia tolygią tiesioginę šviesą per visą 360° x 180° pusrutulį. Daugybė UV šviesos diodų, kurių kiekvienas yra maždaug milimetro kvadrato dydžio, yra išdėstyti vienoje eilutėje, eilučių ir stulpelių matricoje arba kitoje konfigūracijoje. Šie mazgai, vadinami moduliais arba matricomis, yra suprojektuoti su tarpais tarp šviesos diodų, kurie užtikrina susiliejimą tarp tarpų ir palengvina diodų aušinimą. Tada keli moduliai arba matricos išdėstomi didesniuose mazguose, kad būtų suformuotos įvairaus dydžio UV kietinimo sistemos (4 ir 5 pav.). Papildomi komponentai, reikalingi UV LED kietinimo sistemai sukurti, yra šilumos kriauklė, skleidžiantis langas, elektroniniai valdikliai, nuolatinės srovės maitinimo šaltiniai, skysčio aušinimo sistema arba aušintuvas ir žmogaus ir mašinos sąsaja (HMI).
4 PAVEIKSLAS »„LeoLED“ sistema žiniatinkliui.
5 PAVEIKSLAS »„LeoLED“ sistema greitam kelių lempų montavimui.
Kadangi UV-LED kietinimo sistemos nespinduliuoja infraraudonųjų spindulių, jos iš esmės perduoda mažiau šiluminės energijos į kietinimo paviršių nei gyvsidabrio garų lempos, tai nereiškia, kad UV LED turėtų būti laikomos šaltojo kietinimo technologija. UV-LED kietinimo sistemos gali skleisti labai didelę maksimalią apšvitą, o ultravioletiniai bangos ilgiai yra energijos forma. Bet kokia chemijos nesugeriama spinduliuotė įkaitins pagrindinę dalį arba pagrindą, taip pat aplinkinius mašinos komponentus.
UV šviesos diodai taip pat yra elektriniai komponentai, kurių neefektyvumą lemia neapdoroto puslaidininkio projektavimas ir gamyba, taip pat gamybos metodai ir komponentai, naudojami šviesos diodams pakuoti į didesnį kietinimo bloką. Nors gyvsidabrio garų kvarcinio vamzdelio temperatūra veikimo metu turi būti palaikoma nuo 600 iki 800 °C, šviesos diodo pn sandūros temperatūra turi išlikti žemesnė nei 120 °C. Tik 35–50 % UV šviesos diodų masyvą maitinančios elektros energijos paverčiama ultravioletinių spindulių srautu (labai priklauso nuo bangos ilgio). Likusi dalis paverčiama šilumine šiluma, kurią reikia pašalinti, kad būtų palaikoma norima sandūros temperatūra ir užtikrintas nurodytas sistemos apšvitos lygis, energijos tankis ir vienodumas, taip pat ilgas tarnavimo laikas. Šviesos diodai iš esmės yra ilgaamžiai kietakūniai įtaisai, todėl šviesos diodų integravimas į didesnius mazgus su tinkamai suprojektuotomis ir prižiūrimomis aušinimo sistemomis yra labai svarbus norint pasiekti ilgaamžiškumo specifikacijas. Ne visos UV kietinimo sistemos yra vienodos, o netinkamai suprojektuotos ir aušinamos UV šviesos diodų kietinimo sistemos turi didesnę perkaitimo ir katastrofiško gedimo tikimybę.
Lankinės/LED hibridinės lempos
Bet kurioje rinkoje, kurioje pristatoma visiškai nauja technologija, skirta pakeisti esamą technologiją, gali kilti nerimas dėl jos diegimo, taip pat skepticizmas dėl jos veikimo. Potencialūs vartotojai dažnai atideda diegimą, kol susiformuoja patikima diegimo bazė, paskelbiami atvejų tyrimai, masiškai pradeda plisti teigiami atsiliepimai ir (arba) jie gauna tiesioginės patirties ar rekomendacijų iš asmenų ir įmonių, kurias jie pažįsta ir kuriomis pasitiki. Dažnai reikia tvirtų įrodymų, kad visa rinka visiškai atsisakytų senosios ir visiškai pereitų prie naujosios. Nepadeda ir tai, kad sėkmės istorijos dažnai būna griežtai laikomos paslaptyje, nes ankstyvieji technologijų diegėjai nenori, kad konkurentai gautų panašios naudos. Dėl to tiek tikri, tiek perdėti nusivylimo pasakojimai kartais gali aidėti visoje rinkoje, užmaskuodami tikruosius naujos technologijos privalumus ir dar labiau atidėdami jos diegimą.
Per visą istoriją, ir kaip priešprieša nenoriam pritaikymui, hibridiniai dizainai dažnai buvo priimami kaip pereinamasis tiltas tarp esamų ir naujųjų technologijų. Hibridai leidžia vartotojams įgyti pasitikėjimo ir patiems nuspręsti, kaip ir kada turėtų būti naudojami nauji produktai ar metodai, neprarandant esamų galimybių. UV kietinimo atveju hibridinė sistema leidžia vartotojams greitai ir lengvai perjungti gyvsidabrio garų lempas į LED technologiją. Linijose su keliomis kietinimo stotimis hibridai leidžia presams naudoti 100 % LED, 100 % gyvsidabrio garų arba bet kokį šių dviejų technologijų derinį, reikalingą konkrečiam darbui.
„GEW“ siūlo hibridines lanko/LED sistemas internetiniams keitikliams. Šis sprendimas buvo sukurtas didžiausiai „GEW“ rinkai – siauro tinklo etiketėms, tačiau hibridinis dizainas taip pat naudojamas kitose internetinėse ir ne internetinėse srityse (6 pav.). Lanko/LED sistemoje yra bendras lempos galvutės korpusas, kuriame galima įdėti gyvsidabrio garų arba LED kasetę. Abi kasetės maitinamos universalia maitinimo ir valdymo sistema. Sistemos išmanumas leidžia atskirti kasečių tipus ir automatiškai užtikrinti tinkamą maitinimą, aušinimą ir operatoriaus sąsają. Bet kurią iš „GEW“ gyvsidabrio garų arba LED kasečių paprastai galima išimti arba įdėti per kelias sekundes naudojant vieną šešiabriaunį veržliaraktį.
6 PAVEIKSLAS »Lanko/LED sistema žiniatinkliui.
Eksimerinės lempos
Eksimerinės lempos yra dujų išlydžio lempų tipas, skleidžiantis kvazimonochromatinę ultravioletinę energiją. Nors eksimerinės lempos būna įvairių bangos ilgių, dažniausiai skleidžiamos ultravioletinės spinduliuotės yra ties 172, 222, 308 ir 351 nm bangos ilgiais. 172 nm eksimerinės lempos patenka į vakuuminę UV juostą (100–200 nm), o 222 nm bangos ilgis – tik UVC (200–280 nm). 308 nm bangos ilgis – tik UVB (280–315 nm), o 351 nm – tik UVA (315–400 nm).
172 nm vakuuminės UV bangos yra trumpesnės ir turi daugiau energijos nei UVC; tačiau joms sunku prasiskverbti labai giliai į medžiagas. Tiesą sakant, 172 nm bangos ilgiai yra visiškai sugeriami viršutiniuose 10–200 nm UV formulių cheminių medžiagų sluoksniuose. Dėl to 172 nm eksimerinės lempos sujungia tik išorinį UV formulių paviršių ir turi būti integruojamos kartu su kitais kietinimo įrenginiais. Kadangi vakuuminės UV bangos ilgius taip pat sugeria oras, 172 nm eksimerinės lempos turi būti naudojamos azoto inertinėje atmosferoje.
Dauguma eksimerinių lempų susideda iš kvarcinio vamzdelio, kuris atlieka dielektrinio barjero funkciją. Vamzdelis pripildytas retų dujų, galinčių sudaryti eksimerines arba eksiplekso molekules (7 pav.). Skirtingos dujos sukuria skirtingas molekules, o skirtingos sužadintos molekulės lemia, kokius bangos ilgius skleidžia lempa. Aukštos įtampos elektrodas eina išilgai kvarcinio vamzdelio vidinės pusės, o įžeminimo elektrodai – išilgai išorinės pusės. Į lempą impulsiniu būdu tiekiamos įtampos. Dėl to elektronai tekėja vidiniame elektrode ir iškraunami dujų mišinyje link išorinių įžeminimo elektrodų. Šis mokslinis reiškinys žinomas kaip dielektrinis barjerinis išlydis (DBD). Elektronams judant dujomis, jie sąveikauja su atomais ir sukuria įkrautas arba jonizuotas daleles, kurios gamina eksimerines arba eksiplekso molekules. Eksimerinių ir eksiplekso molekulių gyvavimo laikas yra neįtikėtinai trumpas, o joms skylant iš sužadintos būsenos į pagrindinę būseną, išsiskiria kvazimonochromatinio pasiskirstymo fotonai.
7 PAVEIKSLAS »Eksimerio lempa
Skirtingai nuo gyvsidabrio garų lempų, eksimerinės lempos kvarcinio vamzdelio paviršius neįkaista. Dėl to dauguma eksimerinių lempų veikia beveik be aušinimo. Kitais atvejais reikalingas nedidelis aušinimas, kuris paprastai užtikrinamas azoto dujomis. Dėl lempos terminio stabilumo eksimerinės lempos įsijungia ir išsijungia akimirksniu ir joms nereikia jokių įšilimo ar aušinimo ciklų.
Kai 172 nm bangos ilgio eksimerinės lempos integruojamos kartu su kvazimonochromatinėmis UVA-LED kietinimo sistemomis ir plačiajuosčio gyvsidabrio garų lempomis, sukuriamas matinio paviršiaus efektas. Pirmiausia UVA LED lempos naudojamos cheminei medžiagai gelizuoti. Tada kvazimonochromatinės eksimerinės lempos naudojamos paviršiui polimerizuoti, o galiausiai plačiajuosčio gyvsidabrio lempos sujungia likusią cheminę medžiagą. Unikalūs trijų technologijų, taikomų atskirais etapais, spektriniai išėjimai suteikia naudingų optinių ir funkcinių paviršiaus kietėjimo efektų, kurių neįmanoma pasiekti naudojant vieną iš UV šaltinių atskirai.
172 ir 222 nm eksimerinės bangos taip pat efektyviai naikina pavojingas organines medžiagas ir kenksmingas bakterijas, todėl eksimerinės lempos yra praktiškos paviršių valymui, dezinfekavimui ir paviršiaus energijos apdorojimui.
Lempos tarnavimo laikas
Kalbant apie lempos ar lemputės tarnavimo laiką, GEW lanko lempos paprastai tarnauja iki 2000 valandų. Lempos tarnavimo laikas nėra absoliutus, nes UV spindulių srautas laikui bėgant palaipsniui mažėja ir jam įtakos turi įvairūs veiksniai. Lempos konstrukcija ir kokybė, taip pat UV sistemos veikimo sąlygos ir formulės medžiagos reaktyvumas. Tinkamai suprojektuotos UV sistemos užtikrina, kad būtų tiekiama tinkama galia ir aušinimas, kurių reikalauja konkreti lempos (lemputės) konstrukcija.
GEW tiekiamos lempos (lemputės) visada tarnauja ilgiausiai, kai naudojamos GEW kietinimo sistemose. Antriniai tiekimo šaltiniai paprastai atkuria lempos struktūrą iš pavyzdžio, todėl kopijos gali neturėti to paties antgalio, kvarco skersmens, gyvsidabrio kiekio ar dujų mišinio, o visa tai gali turėti įtakos UV spindulių galingumui ir šilumos generavimui. Kai šilumos generavimas nėra subalansuotas su sistemos aušinimu, lempos galia ir tarnavimo laikas sumažėja. Vėsesnės lempos skleidžia mažiau UV spindulių. Karštesnės lempos tarnauja trumpiau ir deformuojasi esant aukštai paviršiaus temperatūrai.
Elektrodinių lanko lempų tarnavimo laiką riboja lempos darbinė temperatūra, veikimo valandų skaičius ir paleidimų ar uždegimų skaičius. Kiekvieną kartą, kai paleidimo metu lempa uždegama aukštos įtampos lanku, dalis volframo elektrodo susidėvi. Galiausiai lempa nebeužsidegs pakartotinai. Elektrodinių lanko lempų sklendės turi užrakto mechanizmus, kurie, įjungti, blokuoja UV spinduliuotę, o tai yra alternatyva pakartotiniam lempos maitinimo ciklui. Reaktyvesni dažai, dangos ir klijai gali prailginti lempos tarnavimo laiką; tuo tarpu mažiau reaktyvios formulės gali reikalauti dažnesnio lempos keitimo.
UV LED sistemos iš esmės yra ilgesnės tarnavimo laiko nei įprastos lempos, tačiau UV LED tarnavimo laikas taip pat nėra absoliutus. Kaip ir įprastos lempos, UV LED turi ribas, kiek stipriai juos galima įjungti, ir paprastai jie turi veikti esant žemesnei nei 120 °C sandūros temperatūrai. Per didelis LED įjungimas ir per mažas aušinimas pablogina tarnavimo laiką, dėl to greičiau susidėvi arba įvyksta katastrofiškas gedimas. Ne visi UV LED sistemų tiekėjai šiuo metu siūlo konstrukcijas, kurios atitinka aukščiausius nustatytus tarnavimo laiko reikalavimus, viršijančius 20 000 valandų. Geriau suprojektuotos ir prižiūrimos sistemos tarnaus ilgiau nei 20 000 valandų, o prastesnės sistemos suges per daug trumpesnį laiką. Geros žinios yra tai, kad LED sistemų konstrukcijos nuolat tobulėja ir tarnauja ilgiau su kiekviena konstrukcijos iteracija.
Ozonas
Kai trumpesni UVC bangos ilgiai veikia deguonies molekules (O2), jos suskaidomos į du deguonies atomus (O). Laisvieji deguonies atomai (O) susiduria su kitomis deguonies molekulėmis (O2) ir sudaro ozoną (O3). Kadangi trideguonis (O3) žemės lygyje yra mažiau stabilus nei dioksigenas (O2), ozonas, dreifuodamas atmosferos oru, lengvai virsta deguonies molekule (O2) ir deguonies atomu (O). Laisvieji deguonies atomai (O) išmetimo sistemoje vėl susijungia ir sudaro deguonies molekules (O2).
Pramoniniuose UV kietinimo įrenginiuose ozonas (O3) susidaro, kai atmosferos deguonis sąveikauja su ultravioletiniais spinduliais, kurių bangos ilgis mažesnis nei 240 nm. Plačiajuosčiai gyvsidabrio garų kietinimo šaltiniai skleidžia UVC spindulius, kurių bangos ilgis yra nuo 200 iki 280 nm, o tai iš dalies sutampa su ozono susidarymo sritimi, o eksimerinės lempos skleidžia vakuuminius UV spindulius, kurių bangos ilgis yra 172 nm, arba UVC spindulius, kurių bangos ilgis yra 222 nm. Gyvsidabrio garų ir eksimerinių kietinimo lempų susidarantis ozonas yra nestabilus ir nekelia didelio pavojaus aplinkai, tačiau būtina jį pašalinti iš artimiausios darbuotojų aplinkos, nes jis dirgina kvėpavimo takus ir yra toksiškas esant dideliam kiekiui. Kadangi komercinės UV-LED kietinimo sistemos skleidžia UVA spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra nuo 365 iki 405 nm, ozonas nesusidaro.
Ozono kvapas panašus į metalo, degančios vielos, chloro ir elektros kibirkšties kvapą. Žmogaus uoslė gali aptikti ozono kiekį, kurio koncentracija siekia vos 0,01–0,03 milijoninės dalies (ppm). Nors tai priklauso nuo žmogaus ir aktyvumo lygio, didesnė nei 0,4 ppm koncentracija gali sukelti neigiamą kvėpavimo takų poveikį ir galvos skausmą. UV kietinimo linijose turėtų būti įrengta tinkama ventiliacija, kad būtų apribotas darbuotojų poveikis ozonui.
UV kietinimo sistemos paprastai suprojektuotos taip, kad sulaikytų iš lempų galvučių išeinantį ištraukiamą orą, kad jį būtų galima nukreipti toliau nuo operatorių ir už pastato ribų, kur jis natūraliai suyra veikiamas deguonies ir saulės spindulių. Arba beozono lempose yra kvarco priedas, kuris blokuoja ozoną generuojančius bangos ilgius, o objektuose, kuriuose norima išvengti ortakių ar skylių pjovimų stoge, dažnai naudojami filtrai prie ištraukiamųjų ventiliatorių išėjimo angų.
Įrašo laikas: 2024 m. birželio 19 d.
