Cıva buharı, ışık yayan diyot (LED) ve eksimer, birbirinden farklı UV kürleme lambası teknolojileridir. Her üçü de mürekkep, kaplama, yapıştırıcı ve ekstrüzyon malzemelerinin çapraz bağlanması için çeşitli fotopolimerizasyon süreçlerinde kullanılırken, yayılan UV enerjisini üreten mekanizmalar ve karşılık gelen spektral çıkışın özellikleri tamamen farklıdır. Bu farklılıkları anlamak, uygulama ve formülasyon geliştirme, UV kürleme kaynağı seçimi ve entegrasyonu açısından çok önemlidir.
Cıva Buharlı Lambalar
Hem elektrotlu ark lambaları hem de elektrotsuz mikrodalga lambaları cıva buharı kategorisine girer. Cıva buharı lambaları, az miktarda elementel cıva ve inert gazın kapalı bir kuvars tüpü içinde plazmaya dönüştürüldüğü orta basınçlı, gaz deşarjlı lambalardır. Plazma, elektriği iletebilen inanılmaz derecede yüksek sıcaklıkta iyonize bir gazdır. Bir ark lambası içindeki iki elektrot arasına elektrik voltajı uygulanarak veya ev tipi mikrodalga fırına benzer bir düzenek veya boşluk içinde elektrotsuz bir lambanın mikrodalgaya maruz bırakılmasıyla üretilir. Buharlaştırıldıktan sonra, cıva plazması ultraviyole, görünür ve kızılötesi dalga boylarında geniş spektrumlu ışık yayar.
Elektrik ark lambasında, uygulanan voltaj kapalı kuvars tüpü enerjilendirir. Bu enerji cıvayı plazmaya dönüştürür ve buharlaşmış atomlardan elektronları serbest bırakır. Elektronların bir kısmı (-) lambanın pozitif tungsten elektrotuna veya anotuna (+) ve UV sisteminin elektrik devresine doğru akar. Yeni elektronlarını kaybeden atomlar, lambanın negatif yüklü tungsten elektrotuna veya katotuna (-) doğru akan pozitif enerjili katyonlar (+) haline gelir. Hareket ederken, katyonlar gaz karışımındaki nötr atomlara çarpar. Çarpma, elektronları nötr atomlardan katyonlara aktarır. Katyonlar elektron kazandıkça, daha düşük enerjili bir duruma düşerler. Enerji farkı, kuvars tüpünden dışarı doğru yayılan fotonlar olarak boşalır. Lambanın uygun şekilde güçlendirilmesi, doğru şekilde soğutulması ve kullanım ömrü içinde çalıştırılması koşuluyla, sürekli olarak yeni oluşan katyonlar (+) negatif elektroda veya katoda (-) doğru yönelir, daha fazla atoma çarpar ve sürekli UV ışığı yayar. Mikrodalga lambalar da benzer şekilde çalışır, ancak elektrik devresinin yerini mikrodalgalar, diğer adıyla radyo frekansı (RF) alır. Mikrodalga lambalar tungsten elektrotlara sahip olmadığından ve sadece cıva ve inert gaz içeren kapalı bir kuvars tüpten oluştuğundan, genellikle elektrotsuz olarak adlandırılırlar.
Geniş bantlı veya geniş spektrumlu cıva buharı lambalarının UV çıkışı, yaklaşık olarak eşit oranlarda ultraviyole, görünür ve kızılötesi dalga boylarını kapsar. Ultraviyole kısmı, UVC (200 ila 280 nm), UVB (280 ila 315 nm), UVA (315 ila 400 nm) ve UVV (400 ila 450 nm) dalga boylarının bir karışımını içerir. 240 nm'nin altındaki dalga boylarında UVC yayan lambalar ozon üretir ve egzoz veya filtreleme gerektirir.
Cıva buharlı lambanın spektral çıkışı, demir (Fe), galyum (Ga), kurşun (Pb), kalay (Sn), bizmut (Bi) veya indiyum (In) gibi az miktarda katkı maddesi eklenerek değiştirilebilir. Eklenen metaller plazmanın bileşimini ve dolayısıyla katyonlar elektron aldığında açığa çıkan enerjiyi değiştirir. Metal katkılı lambalar, katkılı, ilaveli ve metal halojenür lambalar olarak adlandırılır. Çoğu UV formüllü mürekkep, kaplama, yapıştırıcı ve ekstrüzyon, standart cıva (Hg) veya demir (Fe) katkılı lambaların çıkışına uyacak şekilde tasarlanmıştır. Demir katkılı lambalar, UV çıkışının bir kısmını daha uzun, görünür dalga boylarına kaydırır; bu da daha kalın, yoğun pigmentli formülasyonlarda daha iyi nüfuz etmeyi sağlar. Titanyum dioksit içeren UV formülasyonları, galyum (GA) katkılı lambalarla daha iyi kürleşme eğilimindedir. Bunun nedeni, galyum lambalarının UV çıkışının önemli bir kısmını 380 nm'den daha uzun dalga boylarına kaydırmasıdır. Titanyum dioksit katkı maddeleri genellikle 380 nm'nin üzerindeki ışığı emmediğinden, beyaz formülasyonlu galyum lambaları kullanmak, katkı maddelerine kıyasla foto başlatıcılar tarafından daha fazla UV enerjisinin emilmesini sağlar.
Spektral profiller, formülasyon uzmanlarına ve son kullanıcılara, belirli bir lamba tasarımının yaydığı radyasyonun elektromanyetik spektrumda nasıl dağıldığının görsel bir temsilini sunar. Buharlaştırılmış cıva ve katkı metallerinin tanımlanmış radyasyon özellikleri olsa da, kuvars tüpün içindeki elementlerin ve inert gazların kesin karışımı, lamba yapısı ve kürleme sistemi tasarımı UV çıkışını etkiler. Açık havada bir lamba tedarikçisi tarafından çalıştırılan ve ölçülen entegre olmayan bir lambanın spektral çıkışı, uygun şekilde tasarlanmış reflektör ve soğutmaya sahip bir lamba başlığına monte edilmiş bir lambanın spektral çıkışından farklı olacaktır. Spektral profiller UV sistem tedarikçilerinden kolayca temin edilebilir ve formülasyon geliştirme ve lamba seçiminde faydalıdır.
Yaygın bir spektral profil, y ekseninde spektral ışınımı, x ekseninde ise dalga boyunu gösterir. Spektral ışınım, mutlak değer (örneğin W/cm2/nm) veya keyfi, göreceli veya normalize edilmiş (birimsiz) ölçümler dahil olmak üzere çeşitli şekillerde gösterilebilir. Profiller genellikle bilgiyi, çıktıyı 10 nm'lik bantlar halinde gruplandıran bir çizgi grafiği veya bir çubuk grafiği olarak gösterir. Aşağıdaki cıva ark lambası spektral çıkış grafiği, GEW sistemleri için dalga boyuna göre göreceli ışınımı göstermektedir (Şekil 1).
ŞEKİL 1 »Cıva ve demir için spektral çıkış grafikleri.
Avrupa ve Asya'da UV yayan kuvars tüpü için kullanılan terim "lamba" iken, Kuzey ve Güney Amerikalılar "ampul" ve "lamba" terimlerini birbirinin yerine kullanma eğilimindedir. Hem "lamba" hem de "lamba başlığı", kuvars tüpü ve diğer tüm mekanik ve elektrikli bileşenleri barındıran komple düzeneği ifade eder.
Elektrot Ark Lambaları
Elektrot ark lambası sistemleri, bir lamba başlığı, bir soğutma fanı veya soğutucu, bir güç kaynağı ve bir insan-makine arayüzünden (HMI) oluşur. Lamba başlığı, bir lamba (ampul), bir reflektör, metal bir gövde veya muhafaza, bir deklanşör tertibatı ve bazen bir kuvars pencere veya tel koruyucu içerir. GEW, kuvars tüplerini, reflektörlerini ve deklanşör mekanizmalarını, dış lamba başlığı gövdesinden veya muhafazasından kolayca çıkarılabilen kaset tertibatlarının içine monte eder. Bir GEW kasetinin çıkarılması, genellikle tek bir Allen anahtarı kullanılarak saniyeler içinde gerçekleştirilir. UV çıkışı, genel lamba başlığı boyutu ve şekli, sistem özellikleri ve yardımcı ekipman ihtiyaçları uygulama ve pazara göre değiştiğinden, elektrot ark lambası sistemleri genellikle belirli bir uygulama kategorisi veya benzer makine tipleri için tasarlanır.
Cıva buharlı lambalar, kuvars tüpten 360° ışık yayar. Ark lamba sistemleri, lambanın yan ve arka taraflarında bulunan reflektörler kullanarak ışığın daha fazlasını lamba başlığının önündeki belirli bir mesafeye odaklar. Bu mesafe odak noktası olarak bilinir ve ışınım yoğunluğunun en yüksek olduğu yerdir. Ark lambaları, odak noktasında tipik olarak 5 ila 12 W/cm2 aralığında ışık yayar. Lamba başlığından çıkan UV ışığının yaklaşık %70'i reflektörden geldiği için, reflektörlerin temiz tutulması ve periyodik olarak değiştirilmesi önemlidir. Reflektörlerin temizlenmemesi veya değiştirilmemesi, yetersiz kürleşmenin yaygın bir nedenidir.
GEW, 30 yılı aşkın süredir kürleme sistemlerinin verimliliğini artırmakta, belirli uygulamaların ve pazarların ihtiyaçlarını karşılamak için özellikleri ve çıktıyı özelleştirmekte ve geniş bir entegrasyon aksesuar portföyü geliştirmektedir. Sonuç olarak, GEW'nin günümüzdeki ticari ürünleri, kompakt gövde tasarımları, daha yüksek UV yansıtma ve azaltılmış kızılötesi ışınım için optimize edilmiş reflektörler, sessiz entegre deklanşör mekanizmaları, şerit etekleri ve yuvaları, kapaklı şerit besleme, nitrojen inertleme, pozitif basınçlı başlıklar, dokunmatik ekranlı operatör arayüzü, katı hal güç kaynakları, daha yüksek operasyonel verimlilik, UV çıkış izleme ve uzaktan sistem izleme özelliklerini içermektedir.
Orta basınçlı elektrot lambaları çalışırken, kuvars yüzey sıcaklığı 600 °C ile 800 °C arasında, iç plazma sıcaklığı ise birkaç bin santigrat derecedir. Zorlamalı hava, doğru lamba çalışma sıcaklığını korumanın ve yayılan kızılötesi enerjinin bir kısmını uzaklaştırmanın temel yoludur. GEW bu havayı negatif olarak sağlar; bu, havanın muhafazadan, reflektör ve lamba boyunca çekilip, düzeneğin dışına ve makineden veya kürleme yüzeyinden uzağa atıldığı anlamına gelir. E4C gibi bazı GEW sistemleri, biraz daha yüksek UV çıkışı sağlayan ve genel lamba başlığı boyutunu küçülten sıvı soğutma kullanır.
Elektrot ark lambalarının ısınma ve soğuma döngüleri vardır. Lambalar minimum soğutma ile çalıştırılır. Bu, cıva plazmasının istenen çalışma sıcaklığına yükselmesini, serbest elektron ve katyon üretmesini ve akım akışını sağlamasını mümkün kılar. Lamba başlığı kapatıldığında, kuvars tüpünün eşit şekilde soğuması için soğutma birkaç dakika daha devam eder. Çok sıcak olan bir lamba tekrar çalıştırılamaz ve soğumaya devam etmelidir. Başlatma ve soğuma döngüsünün uzunluğu ve her voltaj uygulaması sırasında elektrotların bozulması, pnömatik deklanşör mekanizmalarının her zaman GEW elektrot ark lambası düzeneklerine entegre edilmesinin nedenidir. Şekil 2, hava soğutmalı (E2C) ve sıvı soğutmalı (E4C) elektrot ark lambalarını göstermektedir.
ŞEKİL 2 »Sıvı soğutmalı (E4C) ve hava soğutmalı (E2C) elektrot ark lambaları.
UV LED Lambalar
Yarı iletkenler, kısmen iletken olan katı, kristal yapılı malzemelerdir. Elektrik, bir yalıtkandan daha iyi, ancak metalik bir iletkenden daha kötü bir şekilde yarı iletkenlerden akar. Doğal olarak bulunan ancak oldukça verimsiz yarı iletkenler arasında silikon, germanyum ve selenyum elementleri bulunur. Çıkış gücü ve verimlilik için tasarlanmış sentetik olarak üretilmiş yarı iletkenler, kristal yapının içine hassas bir şekilde yerleştirilmiş safsızlıklar içeren bileşik malzemelerdir. UV LED'lerde, alüminyum galyum nitrür (AlGaN) yaygın olarak kullanılan bir malzemedir.
Yarı iletkenler, modern elektroniğin temelini oluşturur ve transistörler, diyotlar, ışık yayan diyotlar ve mikro işlemciler oluşturmak üzere tasarlanır. Yarı iletken cihazlar, elektrik devrelerine entegre edilir ve cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, tabletler, ev aletleri, uçaklar, arabalar, uzaktan kumandalar ve hatta çocuk oyuncakları gibi ürünlerin içine yerleştirilir. Bu küçük ama güçlü bileşenler, günlük ürünlerin işlev görmesini sağlarken aynı zamanda ürünlerin daha kompakt, daha ince, daha hafif ve daha uygun fiyatlı olmasını da mümkün kılar.
LED'ler özelinde, hassas bir şekilde tasarlanmış ve üretilmiş yarı iletken malzemeler, doğru akım güç kaynağına bağlandıklarında nispeten dar dalga boyu bantlarında ışık yayarlar. Işık, yalnızca her bir LED'in pozitif anotundan (+) negatif katotuna (-) akım aktığında üretilir. LED çıkışı hızlı ve kolay bir şekilde kontrol edilebildiğinden ve neredeyse monokromatik olduğundan, LED'ler aşağıdaki kullanım alanları için idealdir: gösterge ışıkları; kızılötesi iletişim sinyalleri; TV'ler, dizüstü bilgisayarlar, tabletler ve akıllı telefonlar için arka aydınlatma; elektronik tabelalar, reklam panoları ve dev ekranlar; ve UV kürleme.
LED, pozitif-negatif bir eklem (pn eklemi) oluşturur. Bu, LED'in bir kısmının pozitif yüklü olduğu ve anot (+) olarak adlandırıldığı, diğer kısmının ise negatif yüklü olduğu ve katot (-) olarak adlandırıldığı anlamına gelir. Her iki taraf da nispeten iletken olsa da, iki tarafın birleştiği eklem sınırı, yani tükenme bölgesi, iletken değildir. Bir doğru akım (DC) güç kaynağının pozitif (+) terminali LED'in anotuna (+) ve kaynağın negatif (-) terminali katotuna (-) bağlandığında, katottaki negatif yüklü elektronlar ve anottaki pozitif yüklü elektron boşlukları güç kaynağı tarafından itilir ve tükenme bölgesine doğru itilir. Bu, ileri yönlü bir önyargıdır ve iletken olmayan sınırı aşma etkisine sahiptir. Sonuç olarak, n-tipi bölgedeki serbest elektronlar karşıya geçer ve p-tipi bölgedeki boşlukları doldurur. Elektronlar sınır boyunca akarken, daha düşük enerjili bir duruma geçerler. Enerjideki bu düşüş, yarı iletkenden ışık fotonları olarak yayılır.
Kristal LED yapısını oluşturan malzemeler ve katkı maddeleri, spektral çıkışı belirler. Günümüzde, piyasada bulunan LED kürleme kaynaklarının ultraviyole çıkışları 365, 385, 395 ve 405 nm'de merkezlenmiştir; tipik tolerans ±5 nm'dir ve Gauss spektral dağılımına sahiptirler. Tepe spektral ışınım (W/cm2/nm) ne kadar yüksekse, çan eğrisinin tepesi de o kadar yüksek olur. 275 ile 285 nm arasında UVC geliştirme çalışmaları devam ederken, çıkış, ömür, güvenilirlik ve maliyet henüz kürleme sistemleri ve uygulamaları için ticari olarak uygun değildir.
UV-LED çıkışı şu anda daha uzun UVA dalga boylarıyla sınırlı olduğundan, bir UV-LED kürleme sistemi, orta basınçlı cıva buharı lambalarının karakteristik geniş bant spektral çıkışını yaymaz. Bu, UV-LED kürleme sistemlerinin UVC, UVB, görünür ışığın çoğu ve ısı üreten kızılötesi dalga boylarını yaymadığı anlamına gelir. Bu, UV-LED kürleme sistemlerinin daha ısıya duyarlı uygulamalarda kullanılmasını sağlarken, orta basınçlı cıva lambaları için formüle edilmiş mevcut mürekkepler, kaplamalar ve yapıştırıcılar UV-LED kürleme sistemleri için yeniden formüle edilmelidir. Neyse ki, kimya tedarikçileri giderek artan bir şekilde çift kürleme özelliğine sahip ürünler tasarlamaktadır. Bu, UV-LED lambasıyla kürlenmesi amaçlanan çift kürleme formülasyonunun aynı zamanda cıva buharı lambasıyla da kürleneceği anlamına gelir (Şekil 3).
ŞEKİL 3 »LED için spektral çıkış grafiği.
GEW'nin UV-LED kürleme sistemleri, yayıcı pencerede 30 W/cm2'ye kadar ışık yayar. Elektrot ark lambalarının aksine, UV-LED kürleme sistemleri, ışık ışınlarını yoğun bir odak noktasına yönlendiren reflektörler içermez. Sonuç olarak, UV-LED tepe ışınımı yayıcı pencereye yakın bir yerde meydana gelir. Lamba başlığı ile kürleme yüzeyi arasındaki mesafe arttıkça, yayılan UV-LED ışınları birbirinden uzaklaşır. Bu, kürleme yüzeyine ulaşan ışık konsantrasyonunu ve ışınım şiddetini azaltır. Tepe ışınımı çapraz bağlama için önemli olsa da, giderek artan bir ışınım şiddeti her zaman avantajlı değildir ve hatta daha yüksek çapraz bağlama yoğunluğunu engelleyebilir. Dalga boyu (nm), ışınım şiddeti (W/cm2) ve enerji yoğunluğu (J/cm2) kürlemede kritik roller oynar ve UV-LED kaynağı seçimi sırasında bunların kürleme üzerindeki toplu etkisinin doğru bir şekilde anlaşılması gerekir.
LED'ler Lambert tipi ışık kaynaklarıdır. Başka bir deyişle, her UV LED, 360° x 180°'lik tam bir yarım küre boyunca düzgün bir ileri çıkış yayar. Her biri yaklaşık bir milimetre kare boyutunda olan çok sayıda UV LED, tek bir sıra halinde, sıra ve sütunlardan oluşan bir matris halinde veya başka bir konfigürasyonda düzenlenir. Modül veya dizi olarak bilinen bu alt düzenekler, LED'ler arasındaki boşluklar sayesinde aralıklar boyunca karışmayı ve diyot soğutmasını kolaylaştıracak şekilde tasarlanmıştır. Daha sonra birden fazla modül veya dizi, çeşitli boyutlarda UV kürleme sistemleri oluşturmak üzere daha büyük düzenekler halinde düzenlenir (Şekil 4 ve 5). Bir UV-LED kürleme sistemi oluşturmak için gereken ek bileşenler arasında ısı emici, yayıcı pencere, elektronik sürücüler, DC güç kaynakları, sıvı soğutma sistemi veya soğutucu ve insan makine arayüzü (HMI) bulunur.
ŞEKİL 4 »Web için LeoLED sistemi.
ŞEKİL 5 »Yüksek hızlı çoklu lamba kurulumları için LeoLED sistemi.
UV-LED kürleme sistemleri kızılötesi dalga boyları yaymadıkları için, cıva buharı lambalarına göre kürleme yüzeyine daha az termal enerji aktarırlar; ancak bu, UV LED'lerin soğuk kürleme teknolojisi olarak değerlendirilmesi gerektiği anlamına gelmez. UV-LED kürleme sistemleri çok yüksek tepe ışınım değerleri yayabilir ve ultraviyole dalga boyları bir enerji biçimidir. Kimyasallar tarafından emilmeyen enerji, alttaki parçayı veya alt tabakayı ve ayrıca çevredeki makine bileşenlerini ısıtır.
UV LED'ler de, ham yarı iletken tasarım ve üretiminin yanı sıra LED'leri daha büyük kürleme ünitesine paketlemek için kullanılan üretim yöntemleri ve bileşenlerinden kaynaklanan verimsizliklere sahip elektrik bileşenleridir. Cıva buharlı kuvars tüpünün sıcaklığı çalışma sırasında 600 ile 800 °C arasında tutulmalıdır, ancak LED pn bağlantı sıcaklığı 120 °C'nin altında kalmalıdır. Bir UV-LED dizisini besleyen elektriğin yalnızca %35-50'si ultraviyole çıkışına dönüştürülür (dalga boyuna oldukça bağımlıdır). Geri kalanı, istenen bağlantı sıcaklığını korumak ve belirtilen sistem ışınımını, enerji yoğunluğunu ve homojenliğini sağlamak ve uzun bir ömür elde etmek için uzaklaştırılması gereken termal ısıya dönüşür. LED'ler doğası gereği uzun ömürlü katı hal cihazlarıdır ve LED'leri uygun şekilde tasarlanmış ve bakımı yapılmış soğutma sistemleriyle daha büyük düzeneklere entegre etmek, uzun ömür özelliklerine ulaşmak için kritik öneme sahiptir. Tüm UV kürleme sistemleri aynı değildir ve yanlış tasarlanmış ve soğutulmuş UV-LED kürleme sistemlerinin aşırı ısınma ve felaketle sonuçlanan arıza olasılığı daha yüksektir.
Ark/LED Hibrit Lambalar
Yeni bir teknolojinin mevcut teknolojinin yerine sunulduğu her pazarda, benimsenme konusunda tereddütlerin yanı sıra performans konusunda da şüpheler olabilir. Potansiyel kullanıcılar genellikle, sağlam bir kurulum tabanı oluşana, vaka çalışmaları yayınlanana, olumlu referanslar kitlesel olarak yayılmaya başlayana ve/veya tanıdıkları ve güvendikleri kişi ve şirketlerden ilk elden deneyim veya referanslar edinene kadar benimsemeyi ertelerler. Bir pazarın tamamen eskiyi bırakıp yeniye geçmesi için genellikle somut kanıtlar gereklidir. Başarı öykülerinin genellikle sıkı bir şekilde saklanması da durumu zorlaştırır; çünkü erken benimseyenler rakiplerinin benzer faydalar elde etmesini istemezler. Sonuç olarak, hem gerçek hem de abartılı hayal kırıklığı öyküleri bazen pazarda yankılanarak yeni teknolojinin gerçek faydalarını gizleyebilir ve benimsemeyi daha da geciktirebilir.
Tarih boyunca ve isteksiz benimsemeye karşı bir çözüm olarak, hibrit tasarımlar sıklıkla mevcut ve yeni teknoloji arasında geçiş köprüsü olarak benimsenmiştir. Hibritler, kullanıcılara mevcut yeteneklerden ödün vermeden yeni ürünlerin veya yöntemlerin nasıl ve ne zaman kullanılacağına kendileri karar verme olanağı sağlar. UV kürleme örneğinde, hibrit bir sistem, kullanıcıların cıva buhar lambaları ve LED teknolojisi arasında hızlı ve kolay bir şekilde geçiş yapmasına olanak tanır. Birden fazla kürleme istasyonuna sahip hatlar için hibritler, preslerin %100 LED, %100 cıva buharı veya belirli bir iş için gereken iki teknolojinin karışımıyla çalışmasına olanak tanır.
GEW, web dönüştürücüler için ark/LED hibrit sistemleri sunmaktadır. Çözüm, GEW'nin en büyük pazarı olan dar web etiketleri için geliştirilmiştir, ancak hibrit tasarım diğer web ve web dışı uygulamalarda da kullanılabilir (Şekil 6). Ark/LED, cıva buharlı veya LED kasetini barındırabilen ortak bir lamba başlığı muhafazasına sahiptir. Her iki kaset de evrensel bir güç ve kontrol sistemiyle çalışır. Sistem içindeki zeka, kaset tipleri arasında ayrım yapmayı ve otomatik olarak uygun güç, soğutma ve operatör arayüzünü sağlamayı mümkün kılar. GEW'nin cıva buharlı veya LED kasetlerinden herhangi birinin çıkarılması veya takılması, genellikle tek bir Allen anahtarı kullanılarak saniyeler içinde gerçekleştirilir.
ŞEKİL 6 »Web için ark/LED sistemi.
Eksimer Lambaları
Eksimer lambalar, yarı monokromatik ultraviyole enerji yayan bir gaz deşarj lambası türüdür. Eksimer lambalar birçok dalga boyunda mevcut olsa da, yaygın ultraviyole çıkışları 172, 222, 308 ve 351 nm civarındadır. 172 nm'lik eksimer lambalar vakum UV bandına (100 ila 200 nm) girerken, 222 nm yalnızca UVC'dir (200 ila 280 nm). 308 nm'lik eksimer lambalar UVB (280 ila 315 nm) yayar ve 351 nm tamamen UVA'dır (315 ila 400 nm).
172 nm vakum UV dalga boyları, UVC'den daha kısadır ve daha fazla enerji içerir; ancak maddelerin içine çok derinlere nüfuz etmekte zorlanırlar. Aslında, 172 nm dalga boyları, UV ile formüle edilmiş kimyasalların en üst 10 ila 200 nm'lik kısmında tamamen emilir. Sonuç olarak, 172 nm eksimer lambalar yalnızca UV formülasyonlarının en dış yüzeyini çapraz bağlayabilir ve diğer kürleme cihazlarıyla birlikte entegre edilmelidir. Vakum UV dalga boyları hava tarafından da emildiğinden, 172 nm eksimer lambalar azotla inertleştirilmiş bir atmosferde çalıştırılmalıdır.
Çoğu eksimer lambası, dielektrik bariyer görevi gören bir kuvars tüpten oluşur. Tüp, eksimer veya eksipleks molekülleri oluşturabilen nadir gazlarla doldurulmuştur (Şekil 7). Farklı gazlar farklı moleküller üretir ve farklı uyarılmış moleküller, lamba tarafından yayılan dalga boylarını belirler. Yüksek voltajlı bir elektrot, kuvars tüpün iç uzunluğu boyunca uzanır ve topraklama elektrotları dış uzunluğu boyunca uzanır. Lambaya yüksek frekanslarda voltaj darbeleri verilir. Bu, elektronların iç elektrot içinde akmasına ve gaz karışımı boyunca dış topraklama elektrotlarına doğru deşarj olmasına neden olur. Bu bilimsel olaya dielektrik bariyer deşarjı (DBD) denir. Elektronlar gazdan geçerken, atomlarla etkileşime girer ve eksimer veya eksipleks molekülleri üreten enerjili veya iyonize türler oluşturur. Eksimer ve eksipleks moleküllerinin inanılmaz derecede kısa bir ömrü vardır ve uyarılmış halden temel hale ayrıştıklarında, yarı monokromatik dağılıma sahip fotonlar yayılır.
ŞEKİL 7 »Eksimer lamba
Cıva buharlı lambaların aksine, eksimer lambanın kuvars tüpünün yüzeyi ısınmaz. Sonuç olarak, çoğu eksimer lamba çok az veya hiç soğutma gerektirmeden çalışır. Bazı durumlarda, genellikle azot gazı ile sağlanan düşük seviyede bir soğutma gereklidir. Lambanın termal kararlılığı nedeniyle, eksimer lambalar anında 'AÇILIR/KAPANIR' ve ısınma veya soğuma döngülerine ihtiyaç duymaz.
172 nm'de ışınım yapan eksimer lambalar, hem yarı monokromatik UVA-LED kürleme sistemleri hem de geniş bantlı cıva buharı lambalarıyla birlikte entegre edildiğinde, matlaştırıcı yüzey etkileri elde edilir. İlk olarak UVA LED lambaları kimyasal karışımı jelleştirmek için kullanılır. Daha sonra yarı monokromatik eksimer lambalar yüzeyi polimerleştirmek için kullanılır ve son olarak geniş bantlı cıva lambaları kimyasal karışımın geri kalanını çapraz bağlar. Ayrı aşamalarda uygulanan üç teknolojinin benzersiz spektral çıkışları, UV kaynaklarından herhangi birinin tek başına elde edemeyeceği faydalı optik ve fonksiyonel yüzey kürleme etkileri sağlar.
172 ve 222 nm'lik eksimer dalga boyları, tehlikeli organik maddeleri ve zararlı bakterileri yok etmede de etkilidir; bu da eksimer lambalarını yüzey temizliği, dezenfeksiyon ve yüzey enerji uygulamaları için pratik hale getirir.
Lamba Ömrü
Lamba veya ampul ömrü açısından, GEW'nin ark lambaları genellikle 2.000 saate kadar dayanır. Lamba ömrü mutlak bir değer değildir, çünkü UV çıkışı zamanla kademeli olarak azalır ve çeşitli faktörlerden etkilenir. Lambanın tasarımı ve kalitesi, UV sisteminin çalışma koşulları ve formülasyon maddesinin reaktivitesi de bu faktörler arasındadır. Doğru tasarlanmış UV sistemleri, belirli lamba (ampul) tasarımının gerektirdiği doğru güç ve soğutmanın sağlanmasını garanti eder.
GEW tarafından sağlanan lambalar (ampuller), GEW kürleme sistemlerinde kullanıldığında her zaman en uzun ömrü sağlar. İkincil tedarik kaynakları genellikle lambayı bir örnekten tersine mühendislikle üretmiştir ve kopyalar aynı uç bağlantı parçasına, kuvars çapına, cıva içeriğine veya gaz karışımına sahip olmayabilir; bunların hepsi UV çıkışını ve ısı üretimini etkileyebilir. Isı üretimi sistem soğutmasıyla dengelenmediğinde, lamba hem çıkış hem de ömür açısından olumsuz etkilenir. Daha düşük sıcaklıkta çalışan lambalar daha az UV yayar. Daha yüksek sıcaklıkta çalışan lambalar daha kısa ömürlü olur ve yüksek yüzey sıcaklıklarında deforme olur.
Elektrot ark lambalarının ömrü, lambanın çalışma sıcaklığına, çalışma saatine ve başlatma veya ateşleme sayısına bağlıdır. Lamba, başlatma sırasında yüksek voltajlı bir arkla her vurulduğunda, tungsten elektrotun bir kısmı aşınır. Sonunda, lamba tekrar ateşleme yapmaz. Elektrot ark lambaları, devreye girdiğinde UV çıkışını engelleyen ve lamba gücünü tekrar tekrar açıp kapatmaya alternatif olan deklanşör mekanizmaları içerir. Daha reaktif mürekkepler, kaplamalar ve yapıştırıcılar daha uzun lamba ömrüne neden olabilir; daha az reaktif formülasyonlar ise daha sık lamba değişimi gerektirebilir.
UV-LED sistemleri, geleneksel lambalara göre doğal olarak daha uzun ömürlüdür, ancak UV-LED ömrü de mutlak bir sınır değildir. Geleneksel lambalarda olduğu gibi, UV LED'lerin de ne kadar yüksek güçte çalıştırılabilecekleri konusunda sınırları vardır ve genellikle 120 °C'nin altında bağlantı sıcaklıklarında çalışmaları gerekir. LED'lerin aşırı çalıştırılması ve yetersiz soğutulması ömrü kısaltarak daha hızlı bozulmaya veya felaketle sonuçlanan arızaya yol açar. Şu anda tüm UV-LED sistem tedarikçileri, 20.000 saati aşan en yüksek ömür standartlarını karşılayan tasarımlar sunmamaktadır. Daha iyi tasarlanmış ve bakımı yapılmış sistemler 20.000 saatten daha uzun süre dayanırken, daha düşük kaliteli sistemler çok daha kısa sürelerde arızalanacaktır. İyi haber şu ki, LED sistem tasarımları her tasarım yinelemesinde gelişmeye ve daha uzun ömürlü olmaya devam etmektedir.
Ozon
Daha kısa UVC dalga boyları oksijen moleküllerine (O2) çarptığında, oksijen moleküllerinin (O2) iki oksijen atomuna (O) ayrılmasına neden olur. Serbest oksijen atomları (O) daha sonra diğer oksijen molekülleriyle (O2) çarpışarak ozon (O3) oluşturur. Trioksijen (O3) yer seviyesinde dioksijenden (O2) daha az kararlı olduğundan, ozon atmosferik havada sürüklenirken kolayca bir oksijen molekülüne (O2) ve bir oksijen atomuna (O) dönüşür. Serbest oksijen atomları (O) daha sonra egzoz sisteminde birbirleriyle yeniden birleşerek oksijen molekülleri (O2) üretir.
Endüstriyel UV kürleme uygulamalarında, atmosferik oksijen 240 nm'nin altındaki ultraviyole dalga boylarıyla etkileşime girdiğinde ozon (O3) üretilir. Geniş bantlı cıva buharı kürleme kaynakları, ozon üreten bölgenin bir kısmıyla örtüşen 200 ile 280 nm arasında UVC yayar ve eksimer lambalar 172 nm'de vakum UV veya 222 nm'de UVC yayar. Cıva buharı ve eksimer kürleme lambaları tarafından üretilen ozon kararsızdır ve önemli bir çevresel sorun teşkil etmez, ancak solunum yolu tahriş edici ve yüksek seviyelerde toksik olduğu için çalışanların çevresindeki alandan uzaklaştırılması gereklidir. Ticari UV-LED kürleme sistemleri 365 ile 405 nm arasında UVA çıkışı yaydığı için ozon üretmez.
Ozonun kokusu metal, yanan tel, klor ve elektrik kıvılcımına benzer. İnsan koku alma duyusu, milyonda 0,01 ila 0,03 parça (ppm) kadar düşük konsantrasyonlardaki ozonu algılayabilir. Kişiden kişiye ve aktivite seviyesine göre değişmekle birlikte, 0,4 ppm'den yüksek konsantrasyonlar solunum sistemi üzerinde olumsuz etkilere ve baş ağrısına yol açabilir. İşçilerin ozona maruz kalmasını sınırlamak için UV kürleme hatlarına uygun havalandırma sistemi kurulmalıdır.
UV kürleme sistemleri genellikle, lamba başlıklarından çıkan egzoz havasını muhafaza edecek şekilde tasarlanmıştır; böylece hava, operatörlerden uzaklaştırılıp binanın dışına yönlendirilebilir ve oksijen ve güneş ışığı varlığında doğal olarak bozunmaya uğrar. Alternatif olarak, ozon içermeyen lambalar, ozon üreten dalga boylarını engelleyen bir kuvars katkı maddesi içerir ve havalandırma borularından veya çatıda delik açmaktan kaçınmak isteyen tesisler genellikle egzoz fanlarının çıkışına filtreler takar.
Yayın tarihi: 19 Haz-2024
