Kvicksilverånga, lysdiod (LED) och excimer är olika UV-härdningslamptekniker. Medan alla tre används i olika fotopolymerisationsprocesser för att tvärbinda tryckfärger, beläggningar, lim och extruderingar, är mekanismerna som genererar den utstrålade UV-energin, liksom egenskaperna hos motsvarande spektralutgång, helt olika. Att förstå dessa skillnader är avgörande för utveckling av applikationer och formuleringar, val av UV-härdningskällor och integration.
Kvicksilverånglampor
Både elektrodbåglampor och elektrodlösa mikrovågslampor faller inom kategorin kvicksilverånga. Kvicksilverånglampor är en typ av medeltrycks-gasurladdningslampor där en liten mängd elementärt kvicksilver och inert gas förångas till en plasma inuti ett förseglat kvartsrör. Plasma är en otroligt högtemperaturjoniserad gas som kan leda elektricitet. Den produceras genom att applicera en elektrisk spänning mellan två elektroder i en båglampa eller genom att mikrovågsugna en elektrodlös lampa inuti en kapsling eller hålighet som liknar en mikrovågsugn i hushållet. När kvicksilverplasma har förångats avger den ett bredspektrumljus över ultravioletta, synliga och infraröda våglängder.
I fallet med en elektrisk båglampa aktiveras det förseglade kvartsröret av en pålagd spänning. Denna energi förångar kvicksilvret till ett plasma och frigör elektroner från förångade atomer. En del av elektronerna (-) flödar mot lampans positiva volframelektrod eller anod (+) och in i UV-systemets elektriska krets. Atomerna med nyligen saknade elektroner blir positivt aktiverade katjoner (+) som flödar mot lampans negativt laddade volframelektrod eller katod (-). När de rör sig träffar katjoner neutrala atomer i gasblandningen. Stöten överför elektroner från neutrala atomer till katjoner. När katjoner får elektroner faller de in i ett tillstånd med lägre energi. Energiskillnaden urladdas som fotoner som strålar utåt från kvartsröret. Förutsatt att lampan är lämpligt strömförsörjd, korrekt kyld och används inom sin livslängd, dras en konstant tillförsel av nyskapade katjoner (+) mot den negativa elektroden eller katoden (-), vilket träffar fler atomer och producerar kontinuerlig emission av UV-ljus. Mikrovågslampor fungerar på ett liknande sätt förutom att mikrovågor, även kända som radiofrekvens (RF), ersätter den elektriska kretsen. Eftersom mikrovågslampor inte har volframelektroder och helt enkelt är ett förseglat kvartsrör som innehåller kvicksilver och inert gas, kallas de vanligtvis elektrodlösa.
UV-strålningen från bredbandiga eller bredspektrum kvicksilverånglampor sträcker sig över ultravioletta, synliga och infraröda våglängder, i ungefär lika stora proportioner. Den ultravioletta delen inkluderar en blandning av UVC (200 till 280 nm), UVB (280 till 315 nm), UVA (315 till 400 nm) och UVV (400 till 450 nm). Lampor som avger UVC i våglängder under 240 nm genererar ozon och kräver utsug eller filtrering.
Den spektrala utsignalen för en kvicksilverlampa kan ändras genom att tillsätta små mängder dopämnen, såsom: järn (Fe), gallium (Ga), bly (Pb), tenn (Sn), vismut (Bi) eller indium (In). De tillsatta metallerna förändrar plasmats sammansättning och följaktligen den energi som frigörs när katjoner tar upp elektroner. Lampor med tillsatta metaller kallas dopade, additiva och metallhalogenidlampor. De flesta UV-formulerade bläck, beläggningar, lim och extruderingar är utformade för att matcha utsignalen från antingen vanliga kvicksilver- (Hg) eller järn- (Fe) dopade lampor. Järndopade lampor skiftar en del av UV-utsignalen till längre, nästan synliga våglängder, vilket resulterar i bättre penetration genom tjockare, kraftigt pigmenterade formuleringar. UV-formuleringar som innehåller titandioxid tenderar att härda bättre med gallium (GA) dopade lampor. Detta beror på att galliumlampor skiftar en betydande del av UV-utsignalen mot våglängder längre än 380 nm. Eftersom titandioxidtillsatser i allmänhet inte absorberar ljus över 380 nm, tillåter användning av galliumlampor med vita formuleringar att mer UV-energi absorberas av fotoinitiatorer jämfört med tillsatser.
Spektralprofiler ger formulerare och slutanvändare en visuell representation av hur den utstrålade effekten för en specifik lampdesign är fördelad över det elektromagnetiska spektrumet. Medan förångat kvicksilver och tillsatta metaller har definierade strålningsegenskaper, påverkar den exakta blandningen av element och inerta gaser inuti kvartsröret tillsammans med lampkonstruktionen och härdningssystemets design UV-effekten. Den spektrala effekten från en icke-integrerad lampa som drivs och mäts av en lampleverantör i det fria kommer att ha en annan spektral effekt än en lampa monterad i ett lamphuvud med korrekt utformad reflektor och kylning. Spektralprofiler är lättillgängliga från UV-systemleverantörer och är användbara vid formuleringsutveckling och lampval.
En vanlig spektralprofil visar spektral bestrålning på y-axeln och våglängd på x-axeln. Den spektrala bestrålningen kan visas på flera sätt, inklusive absolutvärde (t.ex. W/cm2/nm) eller godtyckliga, relativa eller normaliserade (enhetslösa) mått. Profilerna visar vanligtvis informationen antingen som ett linjediagram eller som ett stapeldiagram som grupperar utsignalen i 10 nm-band. Följande spektraldiagram för kvicksilverbåglampa visar relativ bestrålning i förhållande till våglängd för GEW:s system (Figur 1).
FIGUR 1 »Spektrala utdatadiagram för kvicksilver och järn.
Lampa är termen som används för att referera till det UV-strålande kvartsröret i Europa och Asien, medan nord- och sydamerikaner tenderar att använda en utbytbar blandning av glödlampa och lampa. Lampa och lamphuvud refererar båda till hela enheten som innehåller kvartsröret och alla andra mekaniska och elektriska komponenter.
Elektrodbåglampor
Elektrodbåglampsystem består av ett lamphuvud, en kylfläkt eller kylare, en strömförsörjning och ett människa-maskin-gränssnitt (HMI). Lamphuvudet inkluderar en lampa (glödlampa), en reflektor, ett metallhölje eller -hus, en slutarenhet och ibland ett kvartsfönster eller trådskydd. GEW monterar sina kvartsrör, reflektorer och slutarmekanismer inuti kassettenheter som enkelt kan tas bort från lamphuvudets yttre hölje eller hus. Att ta bort en GEW-kassett görs vanligtvis inom några sekunder med en enda insexnyckel. Eftersom UV-utgången, lamphuvudets totala storlek och form, systemfunktioner och behov av tillhörande utrustning varierar beroende på applikation och marknad, är elektrodbåglampsystem generellt utformade för en given kategori av applikationer eller liknande maskintyper.
Kvicksilverlampor avger 360° ljus från kvartsröret. Båglampsystem använder reflektorer placerade på sidorna och baksidan av lampan för att fånga och fokusera mer av ljuset till ett visst avstånd framför lamphuvudet. Detta avstånd kallas fokus och är där bestrålningen är som störst. Båglampor avger vanligtvis i intervallet 5 till 12 W/cm2 vid fokus. Eftersom cirka 70 % av UV-uteffekten från lamphuvudet kommer från reflektorn är det viktigt att hålla reflektorerna rena och byta ut dem regelbundet. Att inte rengöra eller byta ut reflektorer är en vanlig orsak till otillräcklig härdning.
I över 30 år har GEW förbättrat effektiviteten hos sina härdningssystem, anpassat funktioner och utgång för att möta behoven hos specifika applikationer och marknader, och utvecklat en stor portfölj av integrationstillbehör. Som ett resultat inkluderar dagens kommersiella erbjudanden från GEW kompakta höljesdesigner, reflektorer optimerade för högre UV-reflektans och minskad infraröd strålning, tysta integrerade slutarmekanismer, bankjolar och spår, clamshell-matning av banor, kväveträgning, positivt trycksatta huvuden, pekskärmsgränssnitt, solid-state-nätaggregat, större driftseffektivitet, UV-utgångsövervakning och fjärrövervakning av system.
När medeltryckselektrodlampor är igång ligger kvartsets yttemperatur mellan 600 °C och 800 °C, och den inre plasmatemperaturen är flera tusen grader Celsius. Forcerad luft är det primära sättet att upprätthålla rätt lampdriftstemperatur och avlägsna en del av den utstrålade infraröda energin. GEW tillför denna luft negativt; det betyder att luft dras genom höljet, längs reflektorn och lampan, och blåses ut ur enheten och bort från maskinen eller härdningsytan. Vissa GEW-system, som E4C, använder vätskekylning, vilket möjliggör en något större UV-effekt och minskar lamphuvudets totala storlek.
Elektrodbåglampor har uppvärmnings- och nedkylningscykler. Lamporna tänds med minimal kylning. Detta gör att kvicksilverplasman kan stiga till önskad driftstemperatur, producera fria elektroner och katjoner och möjliggöra strömflöde. När lamphuvudet stängs av fortsätter kylningen att gå i några minuter för att kyla kvartsröret jämnt. En lampa som är för varm tänds inte igen och måste fortsätta att svalna. Längden på uppstarts- och nedkylningscykeln, liksom elektrodernas nedbrytning under varje spänningständning, är anledningen till att pneumatiska slutarmekanismer alltid integreras i GEW:s elektrodbåglampsaggregat. Figur 2 visar luftkylda (E2C) och vätskekylda (E4C) elektrodbåglampor.
FIGUR 2 »Vätskekylda (E4C) och luftkylda (E2C) elektrodbåglampor.
UV LED-lampor
Halvledare är fasta, kristallina material som är något ledande. Elektricitet flyter genom en halvledare bättre än en isolator, men inte lika bra som en metallisk ledare. Naturligt förekommande men ganska ineffektiva halvledare inkluderar grundämnena kisel, germanium och selen. Syntetiskt tillverkade halvledare designade för effekt och effektivitet är sammansatta material med föroreningar exakt impregnerade i kristallstrukturen. När det gäller UV-lysdioder är aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) ett vanligt förekommande material.
Halvledare är grundläggande för modern elektronik och är konstruerade för att bilda transistorer, dioder, lysdioder och mikroprocessorer. Halvledarkomponenter integreras i elektriska kretsar och monteras inuti produkter som mobiltelefoner, bärbara datorer, surfplattor, apparater, flygplan, bilar, fjärrkontroller och till och med barnleksaker. Dessa små men kraftfulla komponenter gör att vardagliga produkter fungerar samtidigt som de gör att föremål kan vara kompakta, tunnare, lättare och mer prisvärda.
I det speciella fallet med lysdioder avger noggrant konstruerade och tillverkade halvledarmaterial relativt smala våglängdsband av ljus när de ansluts till en likströmskälla. Ljuset genereras endast när ström flyter från den positiva anoden (+) till den negativa katoden (-) på varje lysdiod. Eftersom lysdiodernas utgång är snabb och enkel att styra och kvasimonokromatisk, är lysdioder idealiskt lämpade för användning som: indikatorlampor; infraröda kommunikationssignaler; bakgrundsbelysning för TV-apparater, bärbara datorer, surfplattor och smartphones; elektroniska skyltar, reklamskyltar och jumbotroner; och UV-härdning.
En lysdiod är en positiv-negativ övergång (pn-övergång). Det betyder att en del av lysdioden har en positiv laddning och kallas anod (+), och den andra delen har en negativ laddning och kallas katod (-). Medan båda sidorna är relativt ledande, är övergångsgränsen där de två sidorna möts, känd som utarmningszonen, inte ledande. När den positiva (+) polen på en likströmskälla (DC) är ansluten till lysdiodens anod (+), och den negativa (-) polen på källan är ansluten till katoden (-), stöts negativt laddade elektroner i katoden och positivt laddade elektronvakanser i anoden av strömkällan och trycks mot utarmningszonen. Detta är en framåtriktad förspänning, och den har effekten att övervinna den icke-ledande gränsen. Resultatet är att fria elektroner i n-typregionen korsar varandra och fyller vakanser i p-typregionen. När elektroner flödar över gränsen övergår de till ett tillstånd med lägre energi. Respektive energifall frigörs från halvledaren som ljusfotoner.
Materialen och dopämnena som bildar den kristallina LED-strukturen bestämmer den spektrala utsignalen. Idag har kommersiellt tillgängliga LED-härdningskällor ultraviolett ljus centrerat vid 365, 385, 395 och 405 nm, en typisk tolerans på ±5 nm och en Gaussisk spektralfördelning. Ju större toppspektral bestrålning (W/cm2/nm), desto högre är toppen på klockkurvan. Medan UVC-utveckling pågår mellan 275 och 285 nm, är utsignal, livslängd, tillförlitlighet och kostnad ännu inte kommersiellt gångbara för härdningssystem och tillämpningar.
Eftersom UV-LED-ljusuteffekten för närvarande är begränsad till längre UVA-våglängder, avger ett UV-LED-härdningssystem inte den bredbandiga spektrala uteffekt som är karakteristisk för kvicksilverlampor med medeltryck. Detta innebär att UV-LED-härdningssystem inte avger UVC-, UVB-, de flesta synliga ljus- och värmealstrande infraröda våglängder. Även om detta gör det möjligt att använda UV-LED-härdningssystem i mer värmekänsliga tillämpningar, måste befintliga tryckfärger, beläggningar och lim som är formulerade för kvicksilverlampor med medeltryck omformuleras för UV-LED-härdningssystem. Lyckligtvis utformar kemileverantörer i allt högre grad erbjudanden med dubbelhärdning. Detta innebär att en dubbelhärdningsformulering avsedd att härda med en UV-LED-lampa också härdar med en kvicksilverlampa (Figur 3).
FIGUR 3 »Spektralutgångsdiagram för LED.
GEW:s UV-LED-härdningssystem avger upp till 30 W/cm2 vid det emitterande fönstret. Till skillnad från elektrodbåglampor har UV-LED-härdningssystem inte reflektorer som riktar ljusstrålarna mot ett koncentrerat fokus. Som ett resultat uppstår UV-LED:s maximala bestrålning nära det emitterande fönstret. De emitterade UV-LED-strålarna divergerar från varandra när avståndet mellan lamphuvudet och härdningsytan ökar. Detta minskar ljuskoncentrationen och magnituden av bestrålningen som når härdningsytan. Även om maximal bestrålning är viktig för tvärbindning, är en allt högre bestrålning inte alltid fördelaktig och kan till och med hämma större tvärbindningstäthet. Våglängd (nm), bestrålning (W/cm2) och energitäthet (J/cm2) spelar alla avgörande roller vid härdning, och deras samlade inverkan på härdning bör förstås ordentligt vid val av UV-LED-källa.
Lysdioder är Lambertska källor. Med andra ord avger varje UV-lysdiod en enhetlig framåtriktad effekt över en hel halvsfär på 360° x 180°. Många UV-lysdioder, var och en i storleksordningen en millimeterkvadrat, är arrangerade i en enda rad, en matris av rader och kolumner, eller någon annan konfiguration. Dessa delenheter, så kallade moduler eller matriser, är konstruerade med avstånd mellan lysdioderna som säkerställer blandning över mellanrum och underlättar diodkylning. Flera moduler eller matriser arrangeras sedan i större enheter för att bilda UV-härdningssystem i olika storlekar (figur 4 och 5). Ytterligare komponenter som krävs för att bygga ett UV-LED-härdningssystem inkluderar kylflänsen, emitteringsfönstret, elektroniska drivenheter, likströmsaggregat, ett vätskekylsystem eller kylare och ett människa-maskin-gränssnitt (HMI).
FIGUR 4 »LeoLED-systemet för webb.
FIGUR 5 »LeoLED-system för höghastighetsinstallationer av flera lampor.
Eftersom UV-LED-härdningssystem inte utstrålar infraröda våglängder överför de i sig mindre värmeenergi till härdningsytan än kvicksilverlampor, men detta betyder inte att UV-LED bör betraktas som kallhärdningsteknik. UV-LED-härdningssystem kan avge mycket höga toppstrålningsstyrkor, och ultravioletta våglängder är en form av energi. All utmatning som inte absorberas av kemin kommer att värma upp den underliggande delen eller substratet samt omgivande maskinkomponenter.
UV-lysdioder är också elektriska komponenter med ineffektivitet som drivs av den råa halvledarkonstruktionen och tillverkningen samt tillverkningsmetoder och komponenter som används för att paketera lysdioderna i den större härdningsenheten. Medan temperaturen på ett kvicksilverångkvartsrör måste hållas mellan 600 och 800 °C under drift, måste lysdiodens pn-övergångstemperatur förbli under 120 °C. Endast 35–50 % av den elektricitet som driver en UV-LED-matris omvandlas till ultraviolett ljus (starkt våglängdsberoende). Resten omvandlas till termisk värme som måste avlägsnas för att bibehålla önskad övergångstemperatur och säkerställa specificerad systembestrålning, energitäthet och enhetlighet, samt lång livslängd. Lysdioder är i sig långvariga solid state-enheter, och att integrera lysdioder i större enheter med korrekt utformade och underhållna kylsystem är avgörande för att uppnå specifikationer för lång livslängd. Alla UV-härdningssystem är inte likadana, och felaktigt utformade och kylda UV-LED-härdningssystem har större sannolikhet för överhettning och katastrofalt fel.
Båg-/LED-hybridlampor
På alla marknader där helt ny teknik introduceras som en ersättning för befintlig teknik kan det finnas oro inför implementeringen såväl som skepsis till prestandan. Potentiella användare väntar ofta med implementeringen tills en väletablerad installationsbas har bildats, fallstudier publiceras, positiva vittnesmål börjar cirkulera i massor och/eller de får förstahandserfarenhet eller referenser från individer och företag de känner och litar på. Hårda bevis krävs ofta innan en hel marknad helt avstår från det gamla och helt övergår till det nya. Det hjälper inte att framgångshistorier tenderar att vara hemliga eftersom tidiga användare inte vill att konkurrenter ska uppnå jämförbara fördelar. Som ett resultat kan både verkliga och överdrivna berättelser om besvikelse ibland eka över hela marknaden och kamouflera de verkliga fördelarna med ny teknik och ytterligare försena implementeringen.
Genom historien, och som ett motstånd mot motvilligt införande, har hybridkonstruktioner ofta anammats som en övergångsbrygga mellan befintlig och ny teknik. Hybrider gör det möjligt för användare att få förtroende och själva bestämma hur och när nya produkter eller metoder ska användas, utan att offra nuvarande kapacitet. När det gäller UV-härdning tillåter ett hybridsystem användare att snabbt och enkelt växla mellan kvicksilverlampor och LED-teknik. För linjer med flera härdningsstationer tillåter hybrider pressar att köra 100 % LED, 100 % kvicksilverånga eller vilken blandning av de två teknikerna som krävs för ett givet jobb.
GEW erbjuder hybridsystem för båge/LED för webbomvandlare. Lösningen utvecklades för GEWs största marknad, smalspårig etikett, men hybriddesignen kan även användas i andra webb- och icke-webbapplikationer (Figur 6). Båge/LED-lampan har ett gemensamt lamphuvudhus som kan rymma antingen en kvicksilverånga- eller LED-kassett. Båda kassetterna drivs av ett universellt ström- och styrsystem. Intelligens i systemet möjliggör differentiering mellan kassetttyper och tillhandahåller automatiskt lämplig strömförsörjning, kylning och operatörsgränssnitt. Att ta bort eller installera någon av GEWs kvicksilverånga- eller LED-kassetter görs vanligtvis inom några sekunder med en enda insexnyckel.
FIGUR 6 »Båge/LED-system för webb.
Excimerlampor
Excimerlampor är en typ av gasurladdningslampa som avger kvasimonokromatisk ultraviolett energi. Medan excimerlampor finns i många våglängder, är vanliga ultravioletta strålar centrerade kring 172, 222, 308 och 351 nm. 172 nm excimerlampor faller inom vakuum-UV-bandet (100 till 200 nm), medan 222 nm uteslutande är UVC (200 till 280 nm). 308 nm excimerlampor avger UVB (280 till 315 nm), och 351 nm är fast UVA (315 till 400 nm).
172 nm vakuum-UV-våglängder är kortare och innehåller mer energi än UVC; de har dock svårt att penetrera särskilt djupt in i ämnen. Faktum är att 172 nm-våglängder absorberas helt inom de översta 10 till 200 nm av UV-formulerad kemi. Som ett resultat kommer 172 nm excimerlampor endast att tvärbinda den yttersta ytan av UV-formuleringar och måste integreras i kombination med andra härdningsanordningar. Eftersom vakuum-UV-våglängder också absorberas av luft måste 172 nm excimerlampor användas i en kväveinert atmosfär.
De flesta excimerlampor består av ett kvartsrör som fungerar som en dielektrisk barriär. Röret är fyllt med ädelgaser som kan bilda excimer- eller exciplexmolekyler (Figur 7). Olika gaser producerar olika molekyler, och de olika exciterade molekylerna avgör vilka våglängder som emitteras av lampan. En högspänningselektrod löper längs kvartsrörets insida, och jordelektroder löper längs den yttre längden. Spänningar pulseras in i lampan vid höga frekvenser. Detta får elektroner att flöda inuti den inre elektroden och urladdas över gasblandningen mot de externa jordelektroderna. Detta vetenskapliga fenomen är känt som dielektrisk barriärurladdning (DBD). När elektroner färdas genom gasen interagerar de med atomer och skapar energiserade eller joniserade arter som producerar excimer- eller exciplexmolekyler. Excimer- och exciplexmolekyler har en otroligt kort livslängd, och när de sönderfaller från ett exciterat tillstånd till ett grundtillstånd emitteras fotoner med en kvasimonokromatisk fördelning.
FIGUR 7 »Excimerlampa
Till skillnad från kvicksilverlampor blir ytan på en excimerlampas kvartsrör inte varm. Som ett resultat drivs de flesta excimerlampor med liten eller ingen kylning. I andra fall krävs en låg kylningsnivå som vanligtvis tillhandahålls av kvävgas. På grund av lampans termiska stabilitet slås excimerlampor omedelbart på och av och kräver inga uppvärmnings- eller nedkylningscykler.
När excimerlampor som strålar vid 172 nm integreras i kombination med både kvasimonokromatiska UVA-LED-härdningssystem och bredbandiga kvicksilverånglampor, produceras matteringseffekter. UVA LED-lampor används först för att gela kemin. Kvasimonokromatiska excimerlampor används sedan för att polymerisera ytan, och slutligen tvärbinder bredbandiga kvicksilverlampor resten av kemin. De unika spektralutgångarna från de tre teknikerna som tillämpas i separata steg ger fördelaktiga optiska och funktionella ythärdningseffekter som inte kan uppnås med någon av UV-källorna ensamma.
Excimervåglängder på 172 och 222 nm är också effektiva för att förstöra farliga organiska ämnen och skadliga bakterier, vilket gör excimerlampor praktiska för ytrengöring, desinfektion och ytenergibehandlingar.
Lampans livslängd
När det gäller lampans eller glödlampans livslängd har GEW:s båglampor i allmänhet upp till 2 000 timmar. Lampans livslängd är inte absolut, eftersom UV-uteffekten gradvis minskar med tiden och påverkas av olika faktorer. Lampans design och kvalitet, såväl som UV-systemets driftsförhållanden och formuleringens reaktivitet. Korrekt utformade UV-system säkerställer att rätt effekt och kylning som krävs av den specifika lamp- (glödlamps-) designen tillhandahålls.
GEW-levererade lampor (glödlampor) har alltid längst livslängd när de används i GEW-härdningssystem. Sekundära matningskällor har i allmänhet bakåtkonstruerat lampan från ett prov, och kopiorna kanske inte innehåller samma ändkoppling, kvartsdiameter, kvicksilverinnehåll eller gasblandning, vilket alla kan påverka UV-uteffekten och värmegenereringen. När värmegenereringen inte balanseras mot systemkylning, drabbas lampan av både uteffekt och livslängd. Lampor som körs kallare avger mindre UV. Lampor som körs varmare håller inte lika länge och blir skeva vid höga yttemperaturer.
Livslängden för elektrodbåglampor begränsas av lampans driftstemperatur, antalet drifttimmar och antalet starter eller tändningar. Varje gång en lampa tänds av en högspänningsbåge under uppstart slits en del av volframelektroden bort. Så småningom tänds lampan inte igen. Elektrodbåglampor har slutarmekanismer som, när de aktiveras, blockerar UV-utmatning som ett alternativ till att upprepade gånger cykla lampans ström. Mer reaktiva bläck, beläggningar och lim kan resultera i längre lamplivslängd; medan mindre reaktiva formuleringar kan kräva tätare lampbyten.
UV-LED-system har till sin natur längre livslängd än konventionella lampor, men UV-LED:s livslängd är inte heller absolut. Precis som med konventionella lampor har UV-LED:er begränsningar för hur hårt de kan drivas och måste generellt arbeta med övergångstemperaturer under 120 °C. Överdrivna LED:er och underkylda LED:er kommer att försämra livslängden, vilket resulterar i snabbare försämring eller katastrofalt fel. Inte alla leverantörer av UV-LED-system erbjuder för närvarande konstruktioner som uppfyller de högsta etablerade livslängderna på över 20 000 timmar. De bättre utformade och underhållna systemen kommer att hålla längre än 20 000 timmar, och de sämre systemen kommer att sluta fungera inom mycket kortare fönster. Den goda nyheten är att LED-systemkonstruktionerna fortsätter att förbättras och håller längre med varje designiteration.
Ozon
När kortare UVC-våglängder träffar syremolekyler (O2), orsakar de att syremolekyler (O2) delas upp i två syreatomer (O). De fria syreatomerna (O) kolliderar sedan med andra syremolekyler (O2) och bildar ozon (O3). Eftersom trisyre (O3) är mindre stabilt vid marknivå än disyre (O2), återgår ozon lätt till en syremolekyl (O2) och en syreatom (O) när det driver genom atmosfärisk luft. Fria syreatomer (O) rekombineras sedan med varandra i avgassystemet för att producera syremolekyler (O2).
För industriella UV-härdningsapplikationer produceras ozon (O3) när atmosfäriskt syre interagerar med ultravioletta våglängder under 240 nm. Bredbandiga kvicksilverånghärdningskällor avger UVC mellan 200 och 280 nm, vilket överlappar en del av det ozongenererande området, och excimerlampor avger vakuum-UVC vid 172 nm eller UVC vid 222 nm. Ozon som skapas av kvicksilverånga och excimerlampor är instabilt och inte ett betydande miljöproblem, men det är nödvändigt att det avlägsnas från det omedelbara området kring arbetare eftersom det är ett luftvägsirriterande ämne och giftigt i höga halter. Eftersom kommersiella UV-LED-härdningssystem avger UVA-strålning mellan 365 och 405 nm genereras inget ozon.
Ozon har en lukt som liknar lukten av metall, en brinnande tråd, klor och en elektrisk gnista. Mänskliga luktsinne kan detektera ozon så lågt som 0,01 till 0,03 miljondelar (ppm). Även om det varierar beroende på person och aktivitetsnivå kan koncentrationer större än 0,4 ppm leda till negativa andningseffekter och huvudvärk. Korrekt ventilation bör installeras på UV-härdningslinjer för att begränsa arbetarnas exponering för ozon.
UV-härdningssystem är generellt utformade för att hålla inne frånluften när den lämnar lamphuvudena så att den kan ledas bort från operatörerna och utanför byggnaden där den naturligt sönderfaller i närvaro av syre och solljus. Alternativt innehåller ozonfria lampor ett kvartstillsatsmedel som blockerar ozongenererande våglängder, och anläggningar som vill undvika kanalisering eller att skära hål i taket använder ofta filter vid utloppet från frånluftsfläktar.
Publiceringstid: 19 juni 2024
