수은 증기, 발광 다이오드(LED) 및 엑시머는 독특한 UV 경화 램프 기술입니다. 세 가지 모두 잉크, 코팅, 접착제 및 압출물을 가교시키기 위한 다양한 광중합 공정에 사용되지만, 복사되는 UV 에너지를 생성하는 메커니즘과 해당 스펙트럼 출력의 특성은 완전히 다릅니다. 이러한 차이점을 이해하는 것은 적용 및 제형 개발, UV 경화 소스 선택 및 통합에 중요한 역할을 합니다.
수은 증기 램프
전극 아크 램프와 무전극 마이크로파 램프는 모두 수은 증기 범주에 속합니다. 수은 증기 램프는 소량의 수은 원소와 불활성 가스가 밀봉된 석영 튜브 내부에서 플라즈마로 기화되는 일종의 중압 가스 방전 램프입니다. 플라즈마는 전기를 전도할 수 있는 믿을 수 없을 정도로 고온의 이온화된 가스입니다. 아크 램프 내부의 두 전극 사이에 전압을 가하거나 가정용 전자레인지와 유사한 개념의 인클로저 또는 캐비티 내부에서 무전극 램프를 전자레인지에 돌려 생산됩니다. 일단 기화되면 수은 플라즈마는 자외선, 가시광선, 적외선 파장에 걸쳐 광범위한 스펙트럼의 빛을 방출합니다.
전기 아크 램프의 경우 인가된 전압이 밀봉된 석영 튜브에 에너지를 공급합니다. 이 에너지는 수은을 플라즈마로 기화시키고 기화된 원자에서 전자를 방출합니다. 전자(-)의 일부가 램프의 텅스텐 양극 또는 양극(+)을 향해 흘러 UV 시스템의 전기 회로로 들어갑니다. 새로 빠진 전자를 가진 원자는 램프의 음으로 하전된 텅스텐 전극 또는 음극(-)을 향해 흐르는 양으로 에너지를 받은 양이온(+)이 됩니다. 이동하면서 양이온은 가스 혼합물의 중성 원자와 충돌합니다. 충격은 중성 원자에서 양이온으로 전자를 전달합니다. 양이온이 전자를 얻으면 더 낮은 에너지 상태로 떨어집니다. 에너지 차이는 석영 튜브에서 바깥쪽으로 방출되는 광자로 방출됩니다. 램프가 적절하게 전원을 공급받고, 올바르게 냉각되고, 유효 수명 내에서 작동된다면, 새로 생성된 양이온(+)이 지속적으로 공급되어 음극이나 음극(-)으로 끌리게 되어 더 많은 원자와 충돌하고 UV 광선이 지속적으로 방출됩니다. 마이크로파 램프는 무선 주파수(RF)라고도 알려진 마이크로파가 전기 회로를 대체한다는 점을 제외하면 유사한 방식으로 작동합니다. 마이크로파 램프에는 텅스텐 전극이 없고 단순히 수은과 불활성 가스가 들어 있는 밀봉된 석영 튜브이기 때문에 일반적으로 무전극 램프라고 합니다.
광대역 또는 광역 스펙트럼 수은 증기 램프의 UV 출력은 거의 동일한 비율로 자외선, 가시광선 및 적외선 파장에 걸쳐 있습니다. 자외선 부분에는 UVC(200~280nm), UVB(280~315nm), UVA(315~400nm), UVV(400~450nm) 파장이 혼합되어 포함됩니다. 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) 또는 인듐(In)과 같은 소량의 도펀트를 추가하여 변경할 수 있습니다. ). 추가된 금속은 플라즈마의 구성을 변경하고 결과적으로 양이온이 전자를 얻을 때 방출되는 에너지를 변경합니다. 금속이 첨가된 램프를 도핑, 첨가제, 메탈 할라이드라고 합니다. 대부분의 UV 배합 잉크, 코팅, 접착제 및 압출물은 표준 수은(Hg) 또는 철(Fe) 첨가 램프의 출력과 일치하도록 설계되었습니다. 철 첨가 램프는 UV 출력의 일부를 더 길고 가시에 가까운 파장으로 전환하여 더 두껍고 색소가 많이 함유된 제제에 더 잘 침투하게 합니다. 이산화티타늄을 함유한 UV 제제는 갈륨(GA) 첨가 램프를 사용하면 더 잘 경화되는 경향이 있습니다. 이는 갈륨 램프가 UV 출력의 상당 부분을 380nm보다 긴 파장 쪽으로 이동시키기 때문입니다. 이산화티타늄 첨가제는 일반적으로 380nm 이상의 빛을 흡수하지 않기 때문에 흰색 제제의 갈륨 램프를 사용하면 첨가제와 달리 광개시제에 의해 더 많은 UV 에너지가 흡수될 수 있습니다.
스펙트럼 프로필은 특정 램프 설계에 대한 방사 출력이 전자기 스펙트럼에 걸쳐 어떻게 분포되는지에 대한 시각적 표현을 공식화자와 최종 사용자에게 제공합니다. 기화된 수은과 금속 첨가물이 방사선 특성을 정의하는 반면, 램프 구성 및 경화 시스템 설계와 함께 석영 튜브 내부의 요소와 불활성 가스의 정밀한 혼합은 모두 UV 출력에 영향을 미칩니다. 야외에서 램프 공급업체가 전원을 공급하고 측정한 비통합 램프의 스펙트럼 출력은 적절하게 설계된 반사경과 냉각 장치를 갖춘 램프 헤드 내에 장착된 램프와 스펙트럼 출력이 다릅니다. 스펙트럼 프로파일은 UV 시스템 공급업체에서 쉽게 구할 수 있으며 제제 개발 및 램프 선택에 유용합니다.
일반적인 스펙트럼 프로필은 y축에 스펙트럼 방사조도를 표시하고 x축에 파장을 표시합니다. 스펙트럼 방사조도는 절대값(예: W/cm2/nm)이나 임의, 상대 또는 정규화된(단위 없음) 측정값을 포함하여 여러 가지 방법으로 표시될 수 있습니다. 프로필은 일반적으로 출력을 10nm 대역으로 그룹화하는 선 차트 또는 막대 차트로 정보를 표시합니다. 다음 수은 아크 램프 스펙트럼 출력 그래프는 GEW 시스템의 파장에 따른 상대적 방사조도를 보여줍니다(그림 1).
그림 1 »수은과 철의 스펙트럼 출력 차트.
램프는 유럽과 아시아에서 UV 방출 석영관을 가리키는 데 사용되는 용어인 반면, 북미와 남미에서는 전구와 램프를 교체하여 사용하는 경향이 있습니다. 램프와 램프 헤드는 모두 석영 튜브와 기타 모든 기계 및 전기 구성 요소를 수용하는 전체 어셈블리를 나타냅니다.
전극 아크 램프
전극 아크 램프 시스템은 램프 헤드, 냉각 팬 또는 냉각기, 전원 공급 장치, 인간-기계 인터페이스(HMI)로 구성됩니다. 램프 헤드에는 램프(전구), 반사경, 금속 케이스 또는 하우징, 셔터 어셈블리, 때로는 석영 창 또는 와이어 가드가 포함됩니다. GEW는 외부 램프 헤드 케이스 또는 하우징에서 쉽게 제거할 수 있는 카세트 어셈블리 내부에 석영 튜브, 반사경 및 셔터 메커니즘을 장착합니다. GEW 카세트 제거는 일반적으로 단일 Allen 렌치를 사용하여 몇 초 내에 완료됩니다. UV 출력, 전체 램프 헤드 크기 및 모양, 시스템 기능, 보조 장비 요구 사항은 응용 분야와 시장에 따라 다르기 때문에 전극 아크 램프 시스템은 일반적으로 특정 응용 분야 범주 또는 유사한 기계 유형에 맞게 설계됩니다.
수은 증기 램프는 석영관에서 360° 빛을 방출합니다. 아크 램프 시스템은 램프의 측면과 뒷면에 있는 반사판을 사용하여 램프 헤드 앞의 지정된 거리에 더 많은 빛을 포착하고 집중시킵니다. 이 거리는 초점으로 알려져 있으며 복사조도가 가장 큰 곳입니다. 아크 램프는 일반적으로 초점에서 5~12W/cm2 범위에서 방출됩니다. 램프 헤드에서 나오는 UV 출력의 약 70%가 반사경에서 나오므로 반사경을 깨끗하게 유지하고 주기적으로 교체하는 것이 중요합니다. 반사경을 청소하거나 교체하지 않는 것은 경화가 불충분하게 되는 일반적인 원인입니다.
30년 넘게 GEW는 경화 시스템의 효율성을 개선하고, 특정 응용 분야와 시장의 요구 사항을 충족하도록 기능과 출력을 맞춤화하고, 대규모 통합 액세서리 포트폴리오를 개발해 왔습니다. 결과적으로 오늘날 GEW의 상업용 제품에는 컴팩트한 하우징 디자인, 더 큰 UV 반사율과 감소된 적외선에 최적화된 반사판, 조용한 일체형 셔터 메커니즘, 웹 스커트 및 슬롯, 클램쉘 웹 공급, 질소 불활성화, 양압 헤드, 터치스크린이 통합되어 있습니다. 운영자 인터페이스, 솔리드 스테이트 전원 공급 장치, 향상된 운영 효율성, UV 출력 모니터링 및 원격 시스템 모니터링.
중압 전극 램프가 작동 중일 때 석영 표면 온도는 600°C~800°C이고 내부 플라즈마 온도는 섭씨 수천도입니다. 강제 공기는 올바른 램프 작동 온도를 유지하고 복사되는 적외선 에너지의 일부를 제거하는 주요 수단입니다. GEW는 이 공기를 부정적으로 공급합니다. 이는 공기가 반사경과 램프를 따라 케이싱을 통해 흡입되어 어셈블리 외부로 배출되어 기계나 경화 표면에서 멀어지는 것을 의미합니다. E4C와 같은 일부 GEW 시스템은 액체 냉각을 활용하여 UV 출력을 약간 높이고 전체 램프 헤드 크기를 줄입니다.
전극 아크 램프에는 예열 및 냉각 주기가 있습니다. 램프는 최소한의 냉각으로 충격을 받습니다. 이를 통해 수은 플라즈마가 원하는 작동 온도까지 상승하고 자유 전자와 양이온을 생성하며 전류 흐름이 가능해집니다. 램프 헤드가 꺼지면 석영 튜브를 고르게 냉각하기 위해 몇 분 동안 냉각이 계속 실행됩니다. 너무 뜨거운 램프는 다시 켜지지 않으므로 계속 식혀야 합니다. 시동 및 냉각 주기의 길이와 각 전압 스트라이크 중 전극의 성능 저하로 인해 공압 셔터 메커니즘이 항상 GEW 전극 아크 램프 어셈블리에 통합됩니다. 그림 2는 공냉식(E2C) 및 수냉식(E4C) 전극 아크 램프를 보여줍니다.
그림 2 »수냉식(E4C) 및 공냉식(E2C) 전극 아크 램프.
UV LED 램프
반도체는 어느 정도 전도성이 있는 고체 결정성 물질입니다. 전기는 절연체보다 반도체를 통해 더 잘 흐르지만 금속 도체만큼은 아닙니다. 자연적으로 발생하지만 다소 비효율적인 반도체에는 실리콘, 게르마늄 및 셀레늄 원소가 포함됩니다. 출력과 효율을 위해 설계된 합성 가공 반도체는 결정 구조 내에 불순물이 정밀하게 함침된 복합 소재입니다. UV LED의 경우 일반적으로 사용되는 재료는 질화알루미늄갈륨(AlGaN)이다.
반도체는 현대 전자 제품의 기본이며 트랜지스터, 다이오드, 발광 다이오드 및 마이크로 프로세서를 형성하도록 설계되었습니다. 반도체 장치는 전기 회로에 통합되어 휴대폰, 노트북, 태블릿, 가전제품, 비행기, 자동차, 리모콘, 심지어 어린이 장난감과 같은 제품 내부에 장착됩니다. 작지만 강력한 이러한 구성 요소는 일상적인 제품의 기능을 구현하는 동시에 제품을 더 작고, 더 얇고, 가벼우며, 더 저렴한 가격으로 만들 수 있도록 해줍니다.
LED의 특수한 경우, 정밀하게 설계 및 제작된 반도체 재료는 DC 전원에 연결될 때 상대적으로 좁은 파장 대역의 빛을 방출합니다. 각 LED의 양극(+)에서 음극(-)으로 전류가 흐를 때만 빛이 발생합니다. LED 출력은 빠르고 쉽게 제어되고 준단색성이므로 LED는 다음과 같은 용도로 사용하기에 이상적입니다. 적외선 통신 신호; TV, 노트북, 태블릿, 스마트폰용 백라이트; 전자 간판, 광고판 및 점보트론; 그리고 UV 경화.
LED는 양극-음극 접합(pn 접합)입니다. 이는 LED의 한 부분이 양전하를 띠고 있어 양극(+), 다른 부분이 음전하를 띠고 있는 음극(-)을 의미합니다. 양쪽 면은 상대적으로 전도성이 있지만, 공핍 영역으로 알려진 두 면이 만나는 접합 경계는 전도성이 아닙니다. 직류(DC) 전원의 양극(+) 단자를 LED의 양극(+)에 연결하고, 전원의 음극(-) 단자를 음극(-)에 연결하면 음전하를 띠는 전자가 음극의 전자 공석과 양극의 양전하 전자 공극은 전원에 의해 반발되어 고갈 영역으로 밀려납니다. 이는 순방향 바이어스로, 비전도성 경계를 극복하는 효과가 있습니다. 그 결과 n형 영역의 자유 전자가 p형 영역의 빈 공간을 교차하여 채우게 됩니다. 전자가 경계를 넘어 흐르면서 더 낮은 에너지 상태로 전환됩니다. 각각의 에너지 강하는 반도체에서 빛의 광자로 방출됩니다.
결정질 LED 구조를 형성하는 재료와 도펀트가 스펙트럼 출력을 결정합니다. 오늘날 시중에서 판매되는 LED 경화 소스는 365, 385, 395 및 405 nm를 중심으로 하는 자외선 출력, ±5 nm의 일반적인 허용 오차 및 가우스 스펙트럼 분포를 갖습니다. 피크 스펙트럼 방사조도(W/cm2/nm)가 클수록 종형 곡선의 피크가 높아집니다. 275~285nm 사이에서 UVC 개발이 진행되고 있지만 출력, 수명, 신뢰성 및 비용은 아직 경화 시스템 및 응용 분야에서 상업적으로 실행 가능하지 않습니다.
UV-LED 출력은 현재 더 긴 UVA 파장으로 제한되어 있으므로 UV-LED 경화 시스템은 중압 수은 증기 램프의 광대역 스펙트럼 출력 특성을 방출하지 않습니다. 이는 UV-LED 경화 시스템이 UVC, UVB, 대부분의 가시광선 및 열을 발생시키는 적외선 파장을 방출하지 않는다는 것을 의미합니다. 이를 통해 UV-LED 경화 시스템을 열에 더욱 민감한 응용 분야에 활용할 수 있지만 중압 수은 램프용으로 제조된 기존 잉크, 코팅 및 접착제는 UV-LED 경화 시스템용으로 재구성해야 합니다. 다행스럽게도 화학 공급업체에서는 이중 경화 제품을 점점 더 많이 설계하고 있습니다. 이는 UV-LED 램프로 경화하도록 의도된 이중 경화 제제가 수은 증기 램프로도 경화된다는 것을 의미합니다(그림 3).
그림 3 »LED의 스펙트럼 출력 차트.
GEW의 UV-LED 경화 시스템은 방출 창에서 최대 30W/cm2를 방출합니다. 전극 아크 램프와 달리 UV-LED 경화 시스템에는 광선을 집중된 초점으로 유도하는 반사판이 포함되어 있지 않습니다. 결과적으로 UV-LED 피크 방사조도는 방출 창 근처에서 발생합니다. 방출된 UV-LED 광선은 램프 헤드와 경화 표면 사이의 거리가 증가함에 따라 서로 발산됩니다. 이는 경화 표면에 도달하는 빛의 농도와 방사 조도의 크기를 감소시킵니다. 가교에는 최대 방사조도가 중요하지만, 점점 더 높은 방사조도가 항상 유리한 것은 아니며 더 큰 가교 밀도를 억제할 수도 있습니다. 파장(nm), 방사조도(W/cm2) 및 에너지 밀도(J/cm2)는 모두 경화에서 중요한 역할을 하며, UV-LED 광원 선택 시 경화에 대한 전체적인 영향을 적절하게 이해해야 합니다.
LED는 Lambertian 소스입니다. 즉, 각 UV LED는 전체 360° x 180° 반구에 걸쳐 균일한 전방 출력을 방출합니다. 각각 1mm 제곱 정도의 수많은 UV LED가 단일 행, 행과 열의 매트릭스 또는 기타 구성으로 배열됩니다. 모듈 또는 어레이로 알려진 이러한 하위 어셈블리는 LED 사이의 간격을 두고 설계되어 간격 전체의 혼합을 보장하고 다이오드 냉각을 용이하게 합니다. 그런 다음 여러 모듈 또는 어레이를 더 큰 어셈블리로 배열하여 다양한 크기의 UV 경화 시스템을 형성합니다(그림 4 및 5). UV-LED 경화 시스템을 구축하는 데 필요한 추가 구성 요소에는 방열판, 방출 창, 전자 드라이버, DC 전원 공급 장치, 액체 냉각 시스템 또는 냉각기, 인간 기계 인터페이스(HMI)가 포함됩니다.
그림 4 »웹용 LeoLED 시스템.
그림 5 »고속 멀티 램프 설치를 위한 LeoLED 시스템.
UV-LED 경화 시스템은 적외선 파장을 방출하지 않기 때문입니다. 본질적으로 수은 증기 램프보다 경화 표면에 더 적은 열 에너지를 전달하지만 이것이 UV LED를 저온 경화 기술로 간주해야 한다는 의미는 아닙니다. UV-LED 경화 시스템은 매우 높은 피크 방사조도를 방출할 수 있으며 자외선 파장은 에너지의 한 형태입니다. 화학물질에 의해 흡수되지 않는 출력은 기본 부품이나 기판뿐만 아니라 주변 기계 구성 요소도 가열합니다.
UV LED는 또한 원시 반도체 설계 및 제조뿐만 아니라 LED를 더 큰 경화 장치에 패키징하는 데 사용되는 제조 방법 및 구성 요소로 인해 발생하는 비효율성을 지닌 전기 구성 요소이기도 합니다. 수은 증기 석영 튜브의 온도는 작동 중에 600~800°C 사이로 유지되어야 하지만, LED pn 접합 온도는 120°C 미만으로 유지되어야 합니다. UV-LED 어레이에 전력을 공급하는 전기의 35-50%만이 자외선 출력으로 변환됩니다(파장에 따라 다름). 나머지는 원하는 접합 온도를 유지하고 지정된 시스템 방사조도, 에너지 밀도, 균일성 및 긴 수명을 보장하기 위해 제거해야 하는 열열로 변환됩니다. LED는 본질적으로 오래 지속되는 고체 장치이며, 적절하게 설계되고 유지 관리되는 냉각 시스템을 통해 LED를 더 큰 어셈블리에 통합하는 것이 긴 수명 사양을 달성하는 데 중요합니다. 모든 UV 경화 시스템이 동일한 것은 아니며, 부적절하게 설계되고 냉각된 UV-LED 경화 시스템은 과열되어 치명적인 오류가 발생할 가능성이 더 높습니다.
아크/LED 하이브리드 램프
기존 기술을 대체하기 위해 새로운 기술이 도입되는 모든 시장에서는 채택에 대한 두려움과 성능에 대한 회의가 있을 수 있습니다. 잠재 사용자는 확고한 설치 기반이 형성되고, 사례 연구가 게시되고, 긍정적인 사용후기가 대량으로 유포되기 시작하거나, 자신이 알고 신뢰하는 개인 및 회사로부터 직접 경험이나 참고 자료를 얻을 때까지 채택을 연기하는 경우가 많습니다. 전체 시장이 기존 시장을 완전히 포기하고 새로운 시장으로 완전히 전환하기 전에 확실한 증거가 필요한 경우가 많습니다. 얼리 어답터는 경쟁자가 비슷한 이점을 누리는 것을 원하지 않기 때문에 성공 사례가 비밀로 유지되는 경향이 있다는 것은 도움이 되지 않습니다. 결과적으로 실망스러운 실제 이야기와 과장된 이야기가 때로는 시장 전체에 울려 퍼지면서 신기술의 진정한 장점을 위장하고 채택을 더욱 지연시킬 수 있습니다.
역사를 통틀어 채택을 꺼리는 것에 대한 대응으로 하이브리드 설계는 기존 기술과 신기술 사이의 과도기적 다리로 자주 수용되었습니다. 하이브리드를 통해 사용자는 현재 기능을 희생하지 않고도 자신감을 얻고 새로운 제품이나 방법을 언제 어떻게 사용해야 하는지 스스로 결정할 수 있습니다. UV 경화의 경우 하이브리드 시스템을 사용하면 사용자가 수은 증기 램프와 LED 기술을 빠르고 쉽게 전환할 수 있습니다. 여러 경화 스테이션이 있는 라인의 경우 하이브리드를 사용하면 프레스가 100% LED, 100% 수은 증기 또는 주어진 작업에 필요한 두 기술의 혼합을 실행할 수 있습니다.
GEW는 웹 변환기용 아크/LED 하이브리드 시스템을 제공합니다. 이 솔루션은 GEW의 가장 큰 시장인 내로우 웹 라벨을 위해 개발되었지만 하이브리드 설계는 다른 웹 및 비웹 애플리케이션에도 사용할 수 있습니다(그림 6). 아크/LED에는 수은 증기 또는 LED 카세트를 수용할 수 있는 일반 램프 헤드 하우징이 통합되어 있습니다. 두 카세트 모두 범용 전원 및 제어 시스템으로 작동됩니다. 시스템 내 지능을 통해 카세트 유형을 구별할 수 있으며 적절한 전력, 냉각 및 운영자 인터페이스를 자동으로 제공합니다. GEW의 수은 증기 또는 LED 카세트 중 하나를 제거하거나 설치하는 것은 일반적으로 단일 Allen 렌치를 사용하여 몇 초 내에 완료됩니다.
그림 6 »웹용 Arc/LED 시스템.
엑시머 램프
엑시머 램프는 준단색성 자외선 에너지를 방출하는 일종의 가스 방전 램프입니다. 엑시머 램프는 다양한 파장으로 제공되지만 일반적인 자외선 출력은 172, 222, 308 및 351nm에 집중되어 있습니다. 172nm 엑시머 램프는 진공 UV 대역(100~200nm)에 속하는 반면, 222nm는 UVC(200~280nm)에만 속합니다. 308nm 엑시머 램프는 UVB(280~315nm)를 방출하고 351nm는 고체 UVA(315~400nm)를 방출합니다.
172nm 진공 UV 파장은 UVC보다 더 짧고 더 많은 에너지를 포함합니다. 그러나 물질에 매우 깊숙이 침투하는 데 어려움을 겪습니다. 실제로 172nm 파장은 UV 공식 화학 물질의 상위 10~200nm 내에서 완전히 흡수됩니다. 결과적으로 172nm 엑시머 램프는 UV 제제의 가장 바깥쪽 표면만 가교결합하므로 다른 경화 장치와 함께 통합되어야 합니다. 진공 UV 파장도 공기에 의해 흡수되므로 172nm 엑시머 램프는 질소 불활성 분위기에서 작동해야 합니다.
대부분의 엑시머 램프는 유전체 장벽 역할을 하는 석영 튜브로 구성됩니다. 튜브는 엑시머 또는 엑시플렉스 분자를 형성할 수 있는 희귀 가스로 채워져 있습니다(그림 7). 서로 다른 가스는 서로 다른 분자를 생성하며, 서로 다른 여기 분자는 램프에서 방출되는 파장을 결정합니다. 고전압 전극은 석영관의 내부 길이를 따라 흐르고 접지 전극은 외부 길이를 따라 움직입니다. 전압은 고주파수로 램프에 펄스됩니다. 이로 인해 전자가 내부 전극 내에서 흐르고 가스 혼합물을 통해 외부 접지 전극을 향해 방전됩니다. 이러한 과학적 현상을 유전체 장벽 방전(DBD)이라고 합니다. 전자가 가스를 통해 이동할 때 원자와 상호 작용하여 엑시머 또는 엑시플렉스 분자를 생성하는 에너지 공급 또는 이온화된 종을 생성합니다. 엑시머와 엑시플렉스 분자는 수명이 매우 짧으며 여기 상태에서 바닥 상태로 분해되면서 준단색 분포의 광자가 방출됩니다.
그림 7 »엑시머 램프
수은 증기 램프와 달리 엑시머 램프의 석영관 표면은 뜨거워지지 않습니다. 결과적으로 대부분의 엑시머 램프는 냉각이 거의 또는 전혀 없이 작동됩니다. 다른 경우에는 일반적으로 질소 가스에 의해 제공되는 낮은 수준의 냉각이 필요합니다. 램프의 열 안정성으로 인해 엑시머 램프는 즉시 'ON/OFF'되며 예열이나 냉각 주기가 필요하지 않습니다.
172 nm에서 방출되는 엑시머 램프를 준단색 UVA-LED 경화 시스템 및 광대역 수은 증기 램프와 결합하여 통합하면 무광택 표면 효과가 생성됩니다. UVA LED 램프는 먼저 화학물질을 겔화하는 데 사용됩니다. 그런 다음 준단색 엑시머 램프를 사용하여 표면을 중합하고 마지막으로 광대역 수은 램프를 사용하여 나머지 화학 물질을 가교시킵니다. 별도의 단계에 적용된 세 가지 기술의 고유한 스펙트럼 출력은 UV 소스 중 하나만으로는 달성할 수 없는 유익한 광학적 및 기능적 표면 경화 효과를 제공합니다.
172nm와 222nm의 엑시머 파장은 위험한 유기 물질과 해로운 박테리아를 파괴하는 데에도 효과적이므로 엑시머 램프는 표면 청소, 소독 및 표면 에너지 처리에 실용적입니다.
램프 수명
램프 또는 전구 수명과 관련하여 GEW의 아크 램프는 일반적으로 최대 2,000시간입니다. UV 출력은 시간이 지남에 따라 점차 감소하고 다양한 요인의 영향을 받기 때문에 램프 수명은 절대적이지 않습니다. 램프의 디자인과 품질은 물론 UV 시스템의 작동 조건과 제제의 반응성이 중요합니다. 적절하게 설계된 UV 시스템은 특정 램프(전구) 설계에 필요한 올바른 전력 및 냉각이 제공되도록 보장합니다.
GEW에서 제공하는 램프(전구)는 GEW 경화 시스템에 사용될 때 항상 가장 긴 수명을 제공합니다. 보조 공급원은 일반적으로 샘플에서 램프를 역설계했으며 사본에는 UV 출력 및 열 발생에 영향을 미칠 수 있는 동일한 끝 피팅, 석영 직경, 수은 함량 또는 가스 혼합물이 포함되어 있지 않을 수 있습니다. 열 발생이 시스템 냉각과 균형을 이루지 못하면 램프의 출력과 수명이 모두 저하됩니다. 더 낮은 온도로 작동하는 램프는 UV를 덜 방출합니다. 더 뜨거워지는 램프는 오래 지속되지 않으며 높은 표면 온도에서 휘어집니다.
전극 아크 램프의 수명은 램프의 작동 온도, 작동 시간, 시동 또는 점등 횟수에 따라 제한됩니다. 시동하는 동안 램프에 고전압 아크가 가해질 때마다 텅스텐 전극의 일부가 마모됩니다. 결국 램프는 다시 켜지지 않습니다. 전극 아크 램프에는 램프 전원을 반복적으로 껐다 켜는 대신 UV 출력을 차단하는 셔터 메커니즘이 통합되어 있습니다. 반응성이 높은 잉크, 코팅 및 접착제를 사용하면 램프 수명이 길어질 수 있습니다. 반면, 반응성이 덜한 제제는 램프를 더 자주 교체해야 할 수도 있습니다.
UV-LED 시스템은 본질적으로 기존 램프보다 수명이 길지만 UV-LED 수명도 절대적인 것은 아닙니다. 기존 램프와 마찬가지로 UV LED는 구동 강도에 제한이 있으며 일반적으로 120°C 미만의 접합 온도에서 작동해야 합니다. LED를 과도하게 구동하고 LED를 냉각시키지 않으면 수명이 단축되어 성능 저하가 더욱 빨라지거나 치명적인 오류가 발생합니다. 현재 모든 UV-LED 시스템 공급업체가 20,000시간을 초과하는 최고 확립 수명을 충족하는 설계를 제공하는 것은 아닙니다. 더 잘 설계되고 유지 관리되는 시스템은 20,000시간 이상 지속되며 열등한 시스템은 훨씬 더 짧은 기간 내에 오류가 발생합니다. 좋은 소식은 LED 시스템 설계가 각 설계 반복을 통해 지속적으로 개선되고 더 오래 지속된다는 것입니다.
오존
더 짧은 UVC 파장이 산소 분자(O2)에 영향을 미치면 산소 분자(O2)가 두 개의 산소 원자(O)로 분할됩니다. 유리 산소 원자(O)는 다른 산소 분자(O2)와 충돌하여 오존(O3)을 형성합니다. 삼산소(O3)는 이산소(O2)보다 지표면에서 덜 안정적이기 때문에 오존은 대기 중을 떠다니면서 쉽게 산소 분자(O2)와 산소 원자(O)로 되돌아갑니다. 유리 산소 원자(O)는 배기 시스템 내에서 서로 재결합하여 산소 분자(O2)를 생성합니다.
산업용 UV 경화 응용 분야의 경우 대기 산소가 240nm 미만의 자외선 파장과 상호 작용할 때 오존(O3)이 생성됩니다. 광대역 수은 증기 경화 소스는 오존 생성 영역의 일부와 겹치는 200~280nm 사이의 UVC를 방출하며, 엑시머 램프는 172nm의 진공 UV 또는 222nm의 UVC를 방출합니다. 수은 증기 및 엑시머 경화 램프에 의해 생성된 오존은 불안정하고 심각한 환경 문제는 아니지만, 높은 수준에서는 호흡기를 자극하고 독성이 있으므로 작업자 주변 지역에서 제거해야 합니다. 상업용 UV-LED 경화 시스템은 365~405nm 사이의 UVA 출력을 방출하므로 오존이 생성되지 않습니다.
오존은 금속 냄새, 전선 타는 냄새, 염소 냄새, 전기 스파크 냄새와 비슷한 냄새가 납니다. 인간의 후각은 0.01~0.03ppm 정도의 낮은 오존을 감지할 수 있습니다. 개인 및 활동 수준에 따라 다르지만 0.4ppm을 초과하는 농도는 호흡기 부작용 및 두통을 유발할 수 있습니다. 작업자가 오존에 노출되는 것을 제한하려면 UV 경화 라인에 적절한 환기 장치를 설치해야 합니다.
UV 경화 시스템은 일반적으로 램프 헤드를 떠날 때 배출 공기를 포함하도록 설계되어 산소와 햇빛이 있는 곳에서 자연적으로 분해되는 작업자와 건물 외부로 배출될 수 있습니다. 대안으로, 오존이 없는 램프에는 오존 생성 파장을 차단하는 석영 첨가제가 포함되어 있으며, 지붕에 덕트를 설치하거나 구멍을 뚫는 것을 방지하려는 시설에서는 배기 팬 출구에 필터를 사용하는 경우가 많습니다.
게시 시간: 2024년 6월 19일
