紫外线灯管是利用紫外线的特殊作用制成的灯管。广泛用于
竹木地板、家具、
装饰材料、印刷、
印铁制罐、塑胶涂装、标牌、电路板、光盘等行业;紫外线灯管也是半导体、电子元件、液晶等粘接固化的理想光源。
定义
紫外线即Ultraviolet,简称UV,其中按波段的不同,紫外线灯管分为UV-A,UV-B,UV-C UV-V 各具有不同的用途。
1、低压紫外线灯管即
杀菌灯、
汞齐灯则主要用于杀菌消毒,
油烟净化,污水处理,
废气处理等,另外UV-B还主要用于紫外线检验,医疗治疗等。
2、强紫外线高压紫外线灯管由高品质的纯
石英管材制造而成,使紫外线能高程度及大量的穿透,其弧长度(发光长度)可由5厘米至300厘米不等,常见功率为每厘米30W至200W,超大功率
UV灯一般在每厘米200W或以上操作,该灯光谱有效范围在350-450nm之间,主波峰为365nm,有700多个品种,功率由100w-25kw。
紫外线灯管的寿命一般指其能维持足够的能量进行操作的时间,在此期间其能量逐渐衰减直至低于可接受的范围为止,一般情况标准的UV灯能放射足够的UV能量达800小时,进口的UV灯可达1500小时以上。
分类
可按每厘米灯管的能量(W/CM)来分类,商业化
UV灯管分为80,100,120,150, 160及240W/CM。UV输出和固化速度之间往往并不是
线性关系。二者之间的关系取决于多种因素,比如涂层、基材、反射器几何形状及灯的总效率数等,颜料材料对热的敏感程度,颜料以及涂膜的厚度等都会影响到
紫外光源的效能。
UV波段含盖100-400nm范围,但由于
UV固化涂料一般在200-450nm有活性,商用UV固化灯具也都围绕此范围设计,以便在此区域内产生高的UV光强。
常用
紫外固化光源主要包括汞蒸气灯、
金属卤化物灯、
无极灯和
氙灯等类型。从灯具结构上看,可将灯具分为两种不同类型的UV灯具系统:有电极灯具(
弧灯)和无电极灯具(无极灯)。
汞蒸气压灯
最常用的UV光源是汞蒸气灯,汞蒸气灯可分成三种:
低压汞灯(10-100帕),
中压汞灯(~100000帕)和
高压汞灯(100000帕)。应指出的是,高、中、低压汞灯是按照国际通用标准定义的,与国内的称谓有所不同。早期的
紫外固化加工过程使用低压来固化含
苯乙烯的聚酯。由于这种灯源输出功率很小,很快就被中压汞灯所取代。国内一般将上述中压汞灯称为高压
汞灯。汞
蒸气压的灯管是一根长度不等(最长可达120米)内部注有汞的密封透明石英管。电极一般由钨制成,位于两端,当两极间通过电流时便发
电弧。
尽管石英比较昂贵,但是所有用于UV
聚合反应的汞蒸气灯管都由石英制成。主要原因是,石英有三个重要的性质很适合于制作紫外灯管:(1)对紫外线透明,不吸收或很少吸收UV;(2)是
热的不良导体;(3)
热膨胀系数低,石英的纯度和其他微量化合物的存在会影响灯的发射特性。灯管是一个熔融
石英管,管壁厚度大约为1MM,外径为20~25MM,
弧灯总长达2M,复杂的电极布局(电子发射器、基座、导体等)密封于石英管的两端,石英管含有用于发射能量的汞以及启动气体,通常是
氩气。
当给灯具通电以后,在两极之间产生
电弧。随着电极间电压的增加,气体的温度升高,使汞蒸发,产生汞蒸气弧光并发射具有特征的
紫外光。当全功率工作时,灯具还会发射
可见光以及部分
红外光(IR)。
弧灯需要几分钟的预热时间(从2~10分钟不等),才能达到完整的光谱输出,这是因为汞在
石英管内必须完全被气化。在开始的预热期,输入的功率较多地耗于预热灯的电极部件,最后使管内存在的汞全部气化。因此,
诱导期长是这种灯的缺点之一。此外,如果工作期间电源突然中断,汞会迅速凝结,难以立刻重新启动。而较重的热载也要求有冷却时间。通常关机后需要冷却一段时间(15-20MIN),然后才能再次启动。因此,
弧灯要安装机械或电子
光闸,以防止高强度的IR烧坏介质,同时也能使灯管产生最小的热量及能量消耗。灯管中的电极和填充物之间会产生化学反应,随着时间的推延,会逐渐减少UV输出。此外灯具的每一次开关都可能引起填充物在
石英管上的沉积,而缩短灯具的寿命。灯的平均寿命为1000-1500小时。
金属卤化物灯
为了变更和调整输出光谱,得到更适合于特定用途的灯,灯管内可加入其他材料。将金属
卤化物如铝、锗、镁、铊和其他金属的
碘化物加在汞中,发射的波长会朝长波长方向移动。例如,使用
碘化镁时,镁输出280nm、310nm和385的谱线,能增高固化速率。
填充
碘化亚铁的高压
汞灯,由于在灯中填充了不同量的碘化亚铁,得到了比较理想的
光谱分布,铁谱线(358nm,372nm,373.7nm,374.5nm,382nm等等)增强活力了紫外区的辐射能量,是
高压汞灯能量输出的3-4倍.该灯是在强紫外高压汞灯的基础上添加金属卤化使其在有效光谱350nm-450nm之间的辐射增强。
金属卤素灯适用于干膜、湿膜、绿色阻焊剂的曝光和紫外油墨的固化,该灯的最大特点是紫外强度高。
无极灯
无极灯的灯管直径比较小,只有9-15mm。与其他商品化灯具的不同之处在于无电极,电能通过电磁辐射的方式,
耦合到含汞以及其他添加剂的真空
石英管中,灯管总长度为15-25cm.无极灯是微波启动灯管,可以即时开关,平均寿命可达6000小时。有电极
汞灯的一个缺点,需要几分钟来预热,而关机又需要几分钟来启动,而无极灯系统
冷启动所花的时间小于9s,热启动所花时间小于15s。
氙灯
氙灯最初是为摄影领域的应用而开发的,人们己将注意力移向在
UV固化领域的应用。氙是气体,因此它既可作连续光源,也可作脉冲光源。作为连续性光源时它的氙
电弧本质上是连续的,紫外输出低而红外区较高。在脉冲
氙气闪光灯中,由于
气体压力增高和等离子区温度上升使UV输出提高。等离子区的温度与
电流密度和灯管直径的平方根成正比。
寿命
一般来说,紫外线灯管不会象日常用的
日光灯那样会烧毁。 反而,特殊的
石英套管材料会出现一种
光化学老化过程叫老化作用。这个变化会减少辐射到水中的紫外线能量。参考图B显示了一个典型的紫外线强度下降和点亮时间的相对关系。
一般的国产灯管的有效使用寿命在500小时左右(进口灯管寿命1600~1800小时)
传导
紫外线在穿透物体的时候,能量会被吸收。 超过95%的紫外线能量会穿过质量好的
石英套管。紫外线在水中的穿透率会因水中未溶解物和
悬浮固体的类型和数量的不同而变化。通过取样和测试,液体对254纳米紫外线能量的吸收能力参数-称作有效
吸收值(C of A)可以被测定。
其它因素
水流模式:为了取得最大的紫外线杀菌效果,紫外线杀菌装置设计上应该没有死角和取得最大的照射时间。 涡流流动设计比层状流动设计好。
紫外线装置外壳:外壳的材料应该是抗紫外线的。在特定的
超纯水系统运用中,在紫外线装置内部的涉水部分的材料应该是电镀抛光的
316L不锈钢。
温度:紫外线灯管的工作温度会影响灯管的效率。 水温会影响紫外线的穿透率。
注意
1、严禁频繁启动紫外线灯管,特别是在短时间内,以确保紫外灯管寿命。
2、定期清洗:根据水质情况,紫外线灯管和
石英玻璃套管需要定期清洗,用
酒精棉球或纱布擦试灯管,去除石英玻璃套管上污垢并擦净,以免影响紫外线的
透过率,而影响杀菌效果。
3、更换灯管时,先将灯管电源插座拔掉,抽出灯管,再将擦净的新灯管小心地插入
杀菌器内,装好密封圈,检查有无漏水现象,再插上电源。注意勿以手指触及新灯管的石英玻璃,否则会因
污点影响杀菌效果。
4、预防
紫外线辐射:紫外线对细菌有强大的杀伤力,对人体同样有一定的伤害,启动消毒灯时,应避免对人体直接照射,必要时可使用
防护眼镜,不可直接用眼睛正视光源,以免灼伤眼膜.