수은 증기, 발광 다이오드(LED), 엑시머는 서로 다른 UV 경화 램프 기술입니다. 세 가지 모두 잉크, 코팅, 접착제, 압출 성형품을 가교하는 다양한 광중합 공정에 사용되지만, 복사 UV 에너지를 생성하는 메커니즘과 그에 따른 스펙트럼 출력의 특성은 완전히 다릅니다. 이러한 차이점을 이해하는 것은 응용 및 제형 개발, UV 경화 광원 선택, 그리고 통합에 매우 중요합니다.
수은 증기 램프
전극 아크 램프와 무전극 마이크로파 램프는 모두 수은 증기 램프 범주에 속합니다. 수은 증기 램프는 중압 가스 방전 램프의 한 유형으로, 소량의 수은 원소와 불활성 기체가 밀봉된 석영관 내부에서 플라즈마로 기화됩니다. 플라즈마는 전기를 전도할 수 있는 매우 높은 온도의 이온화된 기체입니다. 아크 램프 내부의 두 전극 사이에 전압을 인가하거나, 가정용 전자레인지와 유사한 개념의 용기 또는 캐비티 내에서 무전극 램프를 마이크로파로 가열하여 생성됩니다. 기화되면 수은 플라즈마는 자외선, 가시광선, 적외선 파장에 걸쳐 광범위한 스펙트럼의 빛을 방출합니다.
전기 아크 램프의 경우, 인가된 전압은 밀봉된 석영관에 에너지를 공급합니다. 이 에너지는 수은을 플라즈마로 기화시키고 기화된 원자에서 전자를 방출합니다. 전자(-)의 일부는 램프의 양극(+)을 향해 흐르고 자외선 시스템의 전기 회로로 들어갑니다. 새롭게 전자를 잃은 원자는 양전하를 띤 양이온(+)이 되어 램프의 음전하를 띤 텅스텐 전극(-)을 향해 흐릅니다. 양이온이 이동하면서 가스 혼합물 내의 중성 원자에 충돌합니다. 이 충돌로 인해 전자가 중성 원자에서 양이온으로 이동합니다. 양이온이 전자를 얻으면 에너지가 낮아집니다. 에너지 차이는 석영관에서 바깥쪽으로 방출되는 광자의 형태로 방출됩니다. 램프에 적절한 전원이 공급되고, 올바르게 냉각되며, 사용 수명 내에 작동한다면, 새롭게 생성된 양이온(+)이 지속적으로 음극(-)을 향해 이동하면서 더 많은 원자에 충돌하고 자외선을 지속적으로 방출합니다. 마이크로파 램프는 유사한 방식으로 작동하지만, 무선 주파수(RF)라고도 하는 마이크로파가 전기 회로를 대체합니다. 마이크로파 램프는 텅스텐 전극이 없고 수은과 불활성 가스가 담긴 밀봉된 석영관으로 되어 있기 때문에 일반적으로 무전극 램프라고 합니다.
광대역 또는 광범위 스펙트럼 수은 증기 램프의 UV 출력은 자외선, 가시광선, 적외선 파장을 거의 동일한 비율로 포함합니다. 자외선 영역에는 UVC(200~280nm), UVB(280~315nm), UVA(315~400nm), UVV(400~450nm) 파장이 혼합되어 있습니다. 240nm 미만의 파장에서 UVC를 방출하는 램프는 오존을 생성하므로 배기 또는 여과가 필요합니다.
수은 증기 램프의 스펙트럼 출력은 철(Fe), 갈륨(Ga), 납(Pb), 주석(Sn), 비스무트(Bi), 인듐(In)과 같은 소량의 도펀트를 추가하여 변경할 수 있습니다. 추가된 금속은 플라즈마의 구성을 변경하고, 결과적으로 양이온이 전자를 획득할 때 방출되는 에너지를 변경합니다. 금속이 추가된 램프는 도핑, 첨가 및 금속 할로겐화물로 불립니다. 대부분의 UV 배합 잉크, 코팅, 접착제 및 압출물은 표준 수은(Hg) 또는 철(Fe) 도핑 램프의 출력과 일치하도록 설계되었습니다. 철 도핑 램프는 UV 출력의 일부를 더 길고 가까운 가시광선 파장으로 이동하여 더 두껍고 색소가 많은 제형을 더 잘 통과시킵니다. 이산화티타늄을 함유한 UV 제형은 갈륨(GA) 도핑 램프로 더 잘 경화되는 경향이 있습니다. 이는 갈륨 램프가 UV 출력의 상당 부분을 380nm보다 긴 파장으로 이동시키기 때문입니다. 이산화티타늄 첨가제는 일반적으로 380nm 이상의 빛을 흡수하지 않으므로 흰색 제형의 갈륨 램프를 사용하면 첨가제가 아닌 광개시제가 더 많은 UV 에너지를 흡수할 수 있습니다.
스펙트럼 프로파일은 특정 램프 설계에 대한 복사 출력이 전자기 스펙트럼 전체에 걸쳐 어떻게 분포되는지를 제조업체와 최종 사용자에게 시각적으로 보여줍니다. 기화된 수은과 첨가 금속은 복사 특성을 정의하지만, 석영관 내부의 원소와 불활성 기체의 정밀한 혼합, 램프 구조 및 경화 시스템 설계는 모두 UV 출력에 영향을 미칩니다. 램프 공급업체가 야외에서 전원을 공급하고 측정한 비집적 램프의 스펙트럼 출력은 적절하게 설계된 반사경과 냉각 장치가 있는 램프 헤드 내에 장착된 램프의 스펙트럼 출력과 다릅니다. 스펙트럼 프로파일은 UV 시스템 공급업체에서 쉽게 구할 수 있으며, 제형 개발 및 램프 선택에 유용합니다.
일반적인 스펙트럼 프로파일은 y축에 분광 조도, x축에 파장을 표시합니다. 분광 조도는 절대값(예: W/cm²/nm) 또는 임의, 상대 또는 정규화된(단위 없는) 측정값 등 여러 가지 방식으로 표시할 수 있습니다. 프로파일은 일반적으로 출력을 10nm 대역으로 그룹화하는 선 그래프 또는 막대 그래프로 정보를 표시합니다. 다음 수은 아크 램프 스펙트럼 출력 그래프는 GEW 시스템의 파장에 대한 상대 조도를 보여줍니다(그림 1).
그림 1 »수은과 철에 대한 스펙트럼 출력 차트.
램프는 유럽과 아시아에서 자외선을 방출하는 석영관을 지칭하는 용어인 반면, 북미와 남미에서는 전구와 램프를 혼용하여 사용하는 경향이 있습니다. 램프와 램프 헤드는 모두 석영관과 기타 모든 기계 및 전기 부품을 수용하는 전체 조립품을 의미합니다.
전극 아크 램프
전극 아크 램프 시스템은 램프 헤드, 냉각 팬 또는 칠러, 전원 공급 장치, 그리고 인간-기계 인터페이스(HMI)로 구성됩니다. 램프 헤드에는 램프(전구), 반사경, 금속 케이스 또는 하우징, 셔터 어셈블리, 그리고 경우에 따라 석영 창 또는 와이어 가드가 포함됩니다. GEW는 석영 튜브, 반사경, 셔터 메커니즘을 카세트 어셈블리 내부에 장착하여 램프 헤드 외부 케이스 또는 하우징에서 쉽게 분리할 수 있도록 합니다. GEW 카세트는 일반적으로 육각 렌치 하나만 사용하여 몇 초 안에 분리할 수 있습니다. UV 출력, 전체 램프 헤드 크기 및 형태, 시스템 기능, 그리고 보조 장비 요구 사항은 응용 분야 및 시장에 따라 다르므로, 전극 아크 램프 시스템은 일반적으로 특정 범주의 응용 분야 또는 유사한 기계 유형에 맞게 설계됩니다.
수은 증기 램프는 석영관에서 360° 빛을 방출합니다. 아크 램프 시스템은 램프 측면과 후면에 위치한 반사경을 사용하여 더 많은 빛을 포착하고 램프 헤드 앞 특정 거리에 집중시킵니다. 이 거리를 초점이라고 하며, 여기에서 조도가 가장 높습니다. 아크 램프는 일반적으로 초점에서 5~12W/cm²의 빛을 방출합니다. 램프 헤드에서 방출되는 자외선의 약 70%가 반사경에서 나오므로 반사경을 깨끗하게 유지하고 주기적으로 교체하는 것이 중요합니다. 반사경을 청소하거나 교체하지 않는 것은 경화 불량의 일반적인 원인입니다.
GEW는 30년 넘게 경화 시스템의 효율성을 개선하고, 특정 응용 분야 및 시장의 요구에 맞춰 기능과 출력을 맞춤화하며, 다양한 통합 액세서리 포트폴리오를 개발해 왔습니다. 그 결과, 오늘날 GEW의 상용 제품은 소형 하우징 디자인, 자외선 반사율 향상 및 적외선 감소에 최적화된 반사경, 저소음 일체형 셔터 메커니즘, 웹 스커트 및 슬롯, 클램셸 방식 웹 공급, 질소 관성, 양압 헤드, 터치스크린 조작 인터페이스, 솔리드 스테이트 전원 공급 장치, 향상된 운영 효율성, 자외선 출력 모니터링, 원격 시스템 모니터링 기능을 통합하고 있습니다.
중압 전극 램프가 작동 중일 때 석영 표면 온도는 600°C에서 800°C 사이이며, 내부 플라즈마 온도는 수천 도입니다. 강제 공기 공급은 램프 작동 온도를 적정하게 유지하고 복사된 적외선 에너지의 일부를 제거하는 주요 수단입니다. GEW는 이 공기를 음압으로 공급합니다. 즉, 공기는 케이싱을 통해 반사경과 램프를 따라 흡입되어 어셈블리 외부로 배출되고 기계 또는 경화 표면에서 멀리 떨어집니다. E4C와 같은 일부 GEW 시스템은 액체 냉각 방식을 사용하여 UV 출력을 약간 높이고 전체 램프 헤드 크기를 줄입니다.
전극 아크 램프는 예열 및 냉각 사이클을 갖습니다. 램프는 최소한의 냉각으로 점등됩니다. 이를 통해 수은 플라즈마가 원하는 작동 온도까지 상승하고, 자유 전자와 양이온을 생성하며, 전류가 흐를 수 있습니다. 램프 헤드가 꺼지면 냉각은 석영관을 고르게 냉각하기 위해 몇 분 동안 계속됩니다. 램프가 너무 뜨거우면 재점등되지 않고 계속 냉각되어야 합니다. 시동 및 냉각 사이클의 길이와 각 전압 점등 시 전극의 성능 저하가 공압 셔터 메커니즘이 GEW 전극 아크 램프 어셈블리에 항상 통합되는 이유입니다. 그림 2는 공랭식(E2C) 및 수랭식(E4C) 전극 아크 램프를 보여줍니다.
그림 2 »액체 냉각식(E4C) 및 공랭식(E2C) 전극 아크 램프.
UV LED 램프
반도체는 어느 정도 전도성이 있는 고체 결정질 물질입니다. 반도체는 절연체보다 전기가 더 잘 흐르지만, 금속 도체만큼 잘 흐르지는 않습니다. 자연적으로 생성되지만 효율이 낮은 반도체에는 실리콘, 게르마늄, 셀레늄이 있습니다. 출력과 효율을 위해 설계된 합성 반도체는 결정 구조 내에 불순물이 정밀하게 함침된 복합 재료입니다. UV LED의 경우, 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN)이 일반적으로 사용되는 재료입니다.
반도체는 현대 전자공학의 기본이 되는 부품으로, 트랜지스터, 다이오드, 발광 다이오드, 마이크로프로세서를 형성하도록 설계되었습니다. 반도체 소자는 전기 회로에 통합되어 휴대폰, 노트북, 태블릿, 가전제품, 비행기, 자동차, 리모컨, 심지어 어린이 장난감과 같은 제품 내부에 장착됩니다. 이처럼 작지만 강력한 부품들은 일상 제품의 기능을 구현하는 동시에 제품을 더 작고, 얇고, 가볍고, 더 저렴하게 만들 수 있도록 합니다.
LED의 경우, 정밀하게 설계되고 제조된 반도체 소재는 직류 전원에 연결되면 비교적 좁은 파장 대역의 빛을 방출합니다. 이 빛은 각 LED의 양극(+)에서 음극(-)으로 전류가 흐를 때만 생성됩니다. LED 출력은 빠르고 쉽게 제어되고 거의 단색이기 때문에 LED는 다음과 같은 용도로 사용하기에 이상적입니다. 표시등, 적외선 통신 신호, TV, 노트북, 태블릿, 스마트폰의 백라이트, 전광판, 광고판, 대형 전광판, 자외선 경화.
LED는 양-음 접합(pn 접합)입니다. 즉, LED의 한 부분은 양전하를 띠고 있어 양극(+)이라고 하며, 다른 부분은 음전하를 띠고 있어 음극(-)이라고 합니다. 양쪽 모두 상대적으로 전도성이 있지만, 두 면이 만나는 접합 경계인 고갈 영역은 전도성이 없습니다. 직류(DC) 전원의 양(+) 단자가 LED의 양극(+)에 연결되고 전원의 음(-) 단자가 음극(-)에 연결되면 음극의 음전하 전자와 양극의 양전하 전자 공석이 전원에 의해 밀려 고갈 영역으로 밀려납니다. 이는 순방향 바이어스이며 비전도성 경계를 극복하는 효과가 있습니다. 결과적으로 n형 영역의 자유 전자가 p형 영역의 공석을 채우고 경계를 넘나듭니다. 전자가 경계를 넘나들면서 에너지가 낮은 상태로 전이합니다. 에너지의 해당 감소는 반도체에서 광자의 형태로 방출됩니다.
결정질 LED 구조를 형성하는 재료와 도펀트는 스펙트럼 출력을 결정합니다. 현재 시판되는 LED 경화 광원은 365, 385, 395, 405nm를 중심으로 자외선 출력을 가지며, 일반적인 허용 오차는 ±5nm이고, 가우시안 스펙트럼 분포를 보입니다. 피크 스펙트럼 조도(W/cm²/nm)가 클수록 종형 곡선의 피크가 높아집니다. 275nm에서 285nm 사이에서 UVC 개발이 진행 중이지만, 출력, 수명, 신뢰성, 비용 측면에서 경화 시스템 및 응용 분야에서 아직 상업적으로 실현 가능하지 않습니다.
현재 UV-LED 출력은 더 긴 UVA 파장으로 제한되어 있기 때문에 UV-LED 경화 시스템은 중압 수은 램프의 광대역 스펙트럼 출력 특성을 방출하지 않습니다. 즉, UV-LED 경화 시스템은 UVC, UVB, 대부분의 가시광선, 그리고 열을 발생시키는 적외선 파장을 방출하지 않습니다. 이러한 특성 덕분에 UV-LED 경화 시스템은 열에 더 민감한 응용 분야에서 활용될 수 있지만, 중압 수은 램프용으로 제조된 기존 잉크, 코팅제, 접착제는 UV-LED 경화 시스템에 맞게 재설계해야 합니다. 다행히 화학 제품 공급업체들은 이중 경화 제품을 점점 더 많이 개발하고 있습니다. 즉, UV-LED 램프로 경화되도록 설계된 이중 경화 제품은 수은 램프로도 경화될 수 있습니다(그림 3).
그림 3 »LED의 스펙트럼 출력 차트.
GEW의 UV-LED 경화 시스템은 발광창에서 최대 30W/cm²의 출력을 방출합니다. 전극 아크 램프와 달리 UV-LED 경화 시스템은 광선을 집중된 초점으로 향하게 하는 반사경을 사용하지 않습니다. 따라서 UV-LED의 최대 조도는 발광창 근처에서 발생합니다. 램프 헤드와 경화 표면 사이의 거리가 멀어질수록 방출된 UV-LED 광선은 서로 분산됩니다. 이로 인해 경화 표면에 도달하는 빛의 농도와 조도가 감소합니다. 최대 조도는 가교에 중요하지만, 조도가 높아지는 것이 항상 유리한 것은 아니며 가교 밀도 증가를 저해할 수도 있습니다. 파장(nm), 조도(W/cm²), 에너지 밀도(J/cm²)는 모두 경화에 중요한 역할을 하며, UV-LED 광원 선택 시 경화에 미치는 이러한 요소들의 전체적인 영향을 정확히 이해해야 합니다.
LED는 램버트 광원입니다. 즉, 각 UV LED는 360° x 180° 반구 전체에 걸쳐 균일한 전방 출력을 방출합니다. 1mm² 크기의 여러 UV LED가 단일 행, 행과 열로 구성된 매트릭스, 또는 기타 구성으로 배열됩니다. 모듈 또는 어레이라고 하는 이러한 하위 어셈블리는 LED 간 간격을 고려하여 설계되어 틈을 통한 혼합을 보장하고 다이오드 냉각을 용이하게 합니다. 여러 개의 모듈 또는 어레이가 더 큰 어셈블리로 배열되어 다양한 크기의 UV 경화 시스템을 형성합니다(그림 4 및 5). UV-LED 경화 시스템을 구축하는 데 필요한 추가 구성 요소로는 방열판, 발광창, 전자 드라이버, DC 전원 공급 장치, 액체 냉각 시스템 또는 냉각기, 그리고 휴먼 머신 인터페이스(HMI)가 있습니다.
그림 4 »웹용 LeoLED 시스템.
그림 5 »고속 다중 램프 설치를 위한 LeoLED 시스템.
UV-LED 경화 시스템은 적외선 파장을 방출하지 않습니다. 수은 증기 램프보다 경화 표면에 전달되는 열 에너지가 적지만, 이것이 UV LED를 저온 경화 기술로 간주해야 한다는 것을 의미하지는 않습니다. UV-LED 경화 시스템은 매우 높은 피크 조도를 방출할 수 있으며, 자외선 파장은 에너지의 한 형태입니다. 화학 물질에 흡수되지 않는 출력은 주변 기계 부품뿐만 아니라 하부 부품이나 기판도 가열합니다.
UV LED는 원시 반도체 설계 및 제조 방식뿐 아니라 LED를 대형 경화 장치에 패키징하는 데 사용되는 제조 방식 및 부품으로 인해 비효율적인 전기 부품이기도 합니다. 수은 증기 석영관의 온도는 작동 중 600~800°C로 유지되어야 하지만, LED의 pn 접합 온도는 120°C 미만으로 유지되어야 합니다. UV LED 어레이에 전력을 공급하는 전기의 35~50%만 자외선 출력으로 변환됩니다(파장에 따라 크게 다름). 나머지는 열로 변환되는데, 이 열은 원하는 접합 온도를 유지하고 지정된 시스템 조도, 에너지 밀도, 균일성, 그리고 긴 수명을 보장하기 위해 제거되어야 합니다. LED는 본질적으로 수명이 긴 고체 소자이며, 적절하게 설계되고 유지 관리되는 냉각 시스템을 갖춘 대형 어셈블리에 LED를 통합하는 것이 장수명 사양을 달성하는 데 매우 중요합니다. 모든 UV 경화 시스템이 동일한 것은 아니며, 부적절하게 설계되고 냉각된 UV-LED 경화 시스템은 과열되어 치명적으로 고장날 확률이 더 높습니다.
아크/LED 하이브리드 램프
기존 기술을 대체하기 위해 새로운 기술이 도입되는 모든 시장에서는 도입에 대한 두려움과 성과에 대한 회의적인 시각이 공존할 수 있습니다. 잠재 사용자는 확고한 설치 기반이 형성되고, 사례 연구가 발표되고, 긍정적인 사용 후기가 널리 퍼지고, 자신이 알고 신뢰하는 개인이나 회사로부터 직접 경험이나 추천을 받을 때까지 도입을 미루는 경우가 많습니다. 전체 시장이 기존 기술을 완전히 버리고 새로운 기술로 완전히 전환하기 위해서는 확실한 증거가 필요한 경우가 많습니다. 초기 수용자들은 경쟁사가 비슷한 이점을 얻는 것을 원하지 않기 때문에 성공 사례가 철저히 비밀로 유지되는 경향이 있다는 점도 도움이 되지 않습니다. 결과적으로, 실망에 대한 실제 이야기든 과장된 이야기든 시장 전체에 반향을 일으켜 새로운 기술의 진정한 장점을 가리고 도입을 더욱 지연시키는 경우가 있습니다.
하이브리드 디자인은 역사적으로 기존 기술과 신기술 사이의 과도기적 다리 역할을 하며, 도입을 꺼리는 경향에 대한 대안으로 자주 활용되어 왔습니다. 하이브리드 시스템은 사용자가 자신감을 얻고, 기존 기술을 그대로 유지하면서도 새로운 제품이나 방식을 언제 어떻게 사용해야 할지 스스로 결정할 수 있도록 해줍니다. UV 경화의 경우, 하이브리드 시스템을 통해 사용자는 수은 램프와 LED 기술을 빠르고 쉽게 교체할 수 있습니다. 여러 개의 경화 스테이션이 있는 라인의 경우, 하이브리드 시스템을 통해 인쇄기는 100% LED, 100% 수은 램프, 또는 해당 작업에 필요한 두 기술을 혼합하여 사용할 수 있습니다.
GEW는 웹 변환기용 아크/LED 하이브리드 시스템을 제공합니다. 이 솔루션은 GEW의 최대 시장인 내로우 웹 라벨용으로 개발되었지만, 하이브리드 설계는 다른 웹 및 비웹 애플리케이션에도 사용할 수 있습니다(그림 6). 아크/LED는 수은 증기 또는 LED 카세트를 모두 수용할 수 있는 공통 램프 헤드 하우징을 통합합니다. 두 카세트 모두 범용 전원 및 제어 시스템으로 구동됩니다. 시스템 내부의 지능적인 기능을 통해 카세트 유형을 구분하고 적절한 전원, 냉각 및 운영자 인터페이스를 자동으로 제공합니다. GEW의 수은 증기 또는 LED 카세트는 일반적으로 육각 렌치 하나로 몇 초 안에 제거 또는 설치할 수 있습니다.
그림 6 »웹용 ARC/LED 시스템.
엑시머 램프
엑시머 램프는 준단색 자외선 에너지를 방출하는 가스 방전 램프의 한 종류입니다. 엑시머 램프는 다양한 파장으로 제공되지만, 일반적인 자외선 출력은 172nm, 222nm, 308nm, 351nm에 집중되어 있습니다. 172nm 엑시머 램프는 진공 자외선 대역(100~200nm)에 속하고, 222nm는 UVC(200~280nm)만 방출합니다. 308nm 엑시머 램프는 UVB(280~315nm)를 방출하고, 351nm는 UVA(315~400nm)만 방출합니다.
172nm 진공 UV 파장은 UVC보다 파장이 짧고 에너지가 더 큽니다. 그러나 물질 깊숙이 침투하는 데는 어려움이 있습니다. 실제로 172nm 파장은 UV로 제조된 화학 물질의 상위 10~200nm 영역에서 완전히 흡수됩니다. 따라서 172nm 엑시머 램프는 UV 제제의 가장 바깥쪽 표면만 가교 결합하므로 다른 경화 장치와 함께 사용해야 합니다. 진공 UV 파장은 공기에도 흡수되므로 172nm 엑시머 램프는 질소 불활성 분위기에서 작동해야 합니다.
대부분의 엑시머 램프는 유전체 장벽 역할을 하는 석영관으로 구성됩니다. 이 관은 엑시머 또는 엑시플렉스 분자를 형성할 수 있는 희가스로 채워져 있습니다(그림 7). 다양한 가스는 각기 다른 분자를 생성하며, 각기 다른 여기된 분자는 램프에서 방출되는 파장을 결정합니다. 고전압 전극은 석영관의 안쪽을 따라, 접지 전극은 바깥쪽을 따라 배치됩니다. 전압은 고주파 펄스로 램프에 인가됩니다. 이로 인해 전자는 내부 전극 내부로 흐르다가 가스 혼합물을 가로질러 외부 접지 전극으로 방전됩니다. 이러한 과학적 현상을 유전체 장벽 방전(DBD)이라고 합니다. 전자는 가스를 통과하면서 원자와 상호 작용하여 엑시머 또는 엑시플렉스 분자를 생성하는 에너지가 부여되거나 이온화된 물질을 생성합니다. 엑시머 및 엑시플렉스 분자는 매우 짧은 수명을 가지고 있으며, 여기 상태에서 바닥 상태로 분해되면서 준단색 분포의 광자가 방출됩니다.
그림 7 »엑시머 램프
수은 증기 램프와 달리 엑시머 램프의 석영관 표면은 뜨거워지지 않습니다. 따라서 대부분의 엑시머 램프는 냉각이 거의 또는 전혀 필요하지 않습니다. 경우에 따라 질소 가스를 이용한 저농도 냉각이 필요할 수도 있습니다. 램프의 열 안정성 덕분에 엑시머 램프는 즉시 켜지고 꺼지며 예열이나 냉각 사이클이 필요하지 않습니다.
172nm 파장의 엑시머 램프를 준단색 UVA-LED 경화 시스템과 광대역 수은 램프와 함께 사용하면 무광 표면 효과가 발생합니다. UVA LED 램프는 먼저 화학 물질을 겔화하는 데 사용됩니다. 그 후 준단색 엑시머 램프를 사용하여 표면을 중합하고, 마지막으로 광대역 수은 램프를 사용하여 나머지 화학 물질을 가교합니다. 세 가지 기술이 각각 다른 단계로 적용되어 만들어내는 고유한 스펙트럼 출력은 단일 UV 광원으로는 얻을 수 없는 유익한 광학적 및 기능적 표면 경화 효과를 제공합니다.
172nm와 222nm의 엑시머 파장은 유해한 유기 물질과 유해 박테리아를 파괴하는 데 효과적이므로 엑시머 램프는 표면 세척, 소독 및 표면 에너지 처리에 실용적입니다.
램프 수명
램프 또는 전구 수명과 관련하여 GEW 아크 램프는 일반적으로 최대 2,000시간입니다. 램프 수명은 절대적인 것이 아니며, UV 출력은 시간이 지남에 따라 점차 감소하고 다양한 요인의 영향을 받습니다. 램프의 설계 및 품질, UV 시스템의 작동 조건, 그리고 제형의 반응성이 중요합니다. 적절하게 설계된 UV 시스템은 특정 램프(전구) 설계에 필요한 적절한 전력 및 냉각 성능을 제공합니다.
GEW에서 공급하는 램프(전구)는 GEW 경화 시스템에서 사용할 경우 항상 가장 긴 수명을 제공합니다. 2차 공급원은 일반적으로 샘플에서 램프를 역설계하여 제작하며, 복제품에는 동일한 엔드 피팅, 석영 직경, 수은 함량 또는 가스 혼합물이 포함되지 않을 수 있으며, 이는 모두 UV 출력과 열 발생에 영향을 미칠 수 있습니다. 열 발생과 시스템 냉각 간의 균형을 맞추지 못하면 램프의 출력과 수명 모두 저하됩니다. 온도가 낮은 램프는 UV 방출량이 적습니다. 온도가 높은 램프는 수명이 짧고 표면 온도가 높을 때 휘어집니다.
전극 아크 램프의 수명은 램프의 작동 온도, 작동 시간, 그리고 점등 횟수에 따라 제한됩니다. 시동 시 램프에 고전압 아크가 발생할 때마다 텅스텐 전극의 일부가 마모됩니다. 결국 램프는 재점등하지 않습니다. 전극 아크 램프에는 셔터 메커니즘이 내장되어 있어, 작동 시 램프 전원을 반복적으로 껐다 켜는 대신 UV 출력을 차단합니다. 반응성이 높은 잉크, 코팅제, 접착제를 사용하면 램프 수명이 길어질 수 있지만, 반응성이 낮은 제품은 램프를 더 자주 교체해야 할 수 있습니다.
UV-LED 시스템은 기존 램프보다 본질적으로 수명이 길지만, UV-LED 수명 또한 절대적인 것은 아닙니다. 기존 램프와 마찬가지로 UV LED는 구동 강도에 한계가 있으며, 일반적으로 접합 온도가 120°C 미만이어야 합니다. LED를 과도하게 구동하거나 냉각이 부족하면 수명이 저하되어 성능 저하가 더 빠르게 발생하거나 심각한 고장이 발생할 수 있습니다. 현재 모든 UV-LED 시스템 공급업체가 20,000시간을 초과하는 최고 수명을 충족하는 설계를 제공하는 것은 아닙니다. 설계 및 관리가 잘 된 시스템은 20,000시간 이상 지속되며, 품질이 좋지 않은 시스템은 훨씬 짧은 시간 내에 고장이 발생합니다. 다행히 LED 시스템 설계는 설계가 거듭될수록 지속적으로 개선되고 수명이 길어지고 있습니다.
오존
짧은 UVC 파장이 산소 분자(O2)에 영향을 미치면 산소 분자(O2)가 두 개의 산소 원자(O2)로 분리됩니다. 이 자유 산소 원자(O2)는 다른 산소 분자(O2)와 충돌하여 오존(O3)을 형성합니다. 삼산소(O3)는 지표면에서 이산소(O2)보다 안정성이 낮기 때문에 오존은 대기를 떠돌아다니면서 산소 분자(O2)와 산소 원자(O2)로 쉽게 전환됩니다. 자유 산소 원자(O2)는 배기 시스템 내에서 서로 재결합하여 산소 분자(O2)를 생성합니다.
산업용 UV 경화 응용 분야에서는 대기 중 산소가 240nm 미만의 자외선 파장과 상호 작용할 때 오존(O3)이 생성됩니다. 광대역 수은 증기 경화 광원은 200~280nm의 UVC를 방출하는데, 이는 오존 생성 영역과 일부 겹치며, 엑시머 램프는 172nm의 진공 UV 또는 222nm의 UVC를 방출합니다. 수은 증기와 엑시머 경화 램프에서 생성되는 오존은 불안정하여 심각한 환경 문제는 아니지만, 호흡기 자극 물질이자 고농도에서는 독성이 있으므로 작업자 주변에서 제거해야 합니다. 상업용 UV-LED 경화 시스템은 365~405nm의 UVA를 방출하므로 오존이 생성되지 않습니다.
오존은 금속, 전선 타는 냄새, 염소 냄새, 전기 스파크 냄새와 유사한 냄새가 납니다. 인간의 후각은 0.01~0.03ppm(백만분의 일)의 낮은 농도에서도 오존을 감지할 수 있습니다. 개인과 활동량에 따라 다르지만, 0.4ppm 이상의 농도는 호흡기 질환과 두통을 유발할 수 있습니다. 자외선 경화 라인에는 작업자의 오존 노출을 최소화하기 위해 적절한 환기 시스템을 설치해야 합니다.
UV 경화 시스템은 일반적으로 램프 헤드에서 나오는 배기가스를 가두어 작업자와 건물 외부로 배출되도록 설계되어 산소와 햇빛이 있는 곳에서 자연적으로 분해됩니다. 반면, 오존이 없는 램프는 오존 발생 파장을 차단하는 석영 첨가제를 사용하며, 지붕에 덕트나 구멍을 뚫는 것을 피하고 싶은 시설에서는 배기팬 출구에 필터를 사용하는 경우가 많습니다.
게시 시간: 2024년 6월 19일
