La vapeur de mercure, la diode électroluminescente (DEL) et l'excimer sont des technologies distinctes de lampes à polymérisation UV. Bien que tous trois soient utilisés dans divers processus de photopolymérisation pour réticuler les encres, les revêtements, les adhésifs et les extrusions, les mécanismes générant l'énergie UV rayonnée, ainsi que les caractéristiques de la sortie spectrale correspondante, sont complètement différents. Comprendre ces différences est essentiel au développement d’applications et de formulations, à la sélection de sources de durcissement par UV et à l’intégration.
Lampes à vapeur de mercure
Les lampes à arc à électrodes et les lampes à micro-ondes sans électrode entrent dans la catégorie des vapeurs de mercure. Les lampes à vapeur de mercure sont un type de lampes à décharge moyenne pression dans lesquelles une petite quantité de mercure élémentaire et de gaz inerte est vaporisée dans un plasma à l'intérieur d'un tube de quartz scellé. Le plasma est un gaz ionisé à température incroyablement élevée, capable de conduire l'électricité. Il est produit en appliquant une tension électrique entre deux électrodes dans une lampe à arc ou en passant au micro-ondes une lampe sans électrode à l'intérieur d'une enceinte ou d'une cavité similaire dans son concept à un four à micro-ondes domestique. Une fois vaporisé, le plasma de mercure émet une lumière à large spectre dans les longueurs d'onde ultraviolettes, visibles et infrarouges.
Dans le cas d'une lampe à arc électrique, une tension appliquée alimente le tube de quartz scellé. Cette énergie vaporise le mercure dans un plasma et libère les électrons des atomes vaporisés. Une partie des électrons (-) circule vers l'électrode positive en tungstène ou l'anode (+) de la lampe et dans le circuit électrique du système UV. Les atomes avec les électrons nouvellement manquants deviennent des cations à énergie positive (+) qui s'écoulent vers l'électrode ou la cathode en tungstène chargée négativement de la lampe (-). En se déplaçant, les cations heurtent les atomes neutres du mélange gazeux. L'impact transfère les électrons des atomes neutres vers les cations. À mesure que les cations gagnent des électrons, ils tombent dans un état d’énergie inférieure. Le différentiel d'énergie est déchargé sous forme de photons qui rayonnent vers l'extérieur du tube de quartz. À condition que la lampe soit correctement alimentée, correctement refroidie et utilisée pendant sa durée de vie utile, un apport constant de cations nouvellement créés (+) gravite vers l'électrode négative ou la cathode (-), frappant davantage d'atomes et produisant une émission continue de lumière UV. Les lampes à micro-ondes fonctionnent de la même manière, sauf que les micro-ondes, également appelées radiofréquences (RF), remplacent le circuit électrique. Étant donné que les lampes à micro-ondes n'ont pas d'électrodes en tungstène et sont simplement un tube de quartz scellé contenant du mercure et un gaz inerte, elles sont communément appelées sans électrode.
La puissance UV des lampes à vapeur de mercure à large bande ou à large spectre couvre les longueurs d'onde ultraviolettes, visibles et infrarouges, dans des proportions à peu près égales. La partie ultraviolette comprend un mélange de longueurs d'onde UVC (200 à 280 nm), UVB (280 à 315 nm), UVA (315 à 400 nm) et UVV (400 à 450 nm). Les lampes qui émettent des UVC dans des longueurs d'onde inférieures à 240 nm génèrent de l'ozone et nécessitent une évacuation ou une filtration.
La sortie spectrale d'une lampe à vapeur de mercure peut être modifiée en ajoutant de petites quantités de dopants, tels que : le fer (Fe), le gallium (Ga), le plomb (Pb), l'étain (Sn), le bismuth (Bi) ou l'indium (In ). Les métaux ajoutés modifient la composition du plasma et, par conséquent, l'énergie libérée lorsque les cations acquièrent des électrons. Les lampes avec des métaux ajoutés sont appelées lampes dopées, additives et aux halogénures métalliques. La plupart des encres, revêtements, adhésifs et extrusions formulés aux UV sont conçus pour correspondre au rendement des lampes standard dopées au mercure (Hg) ou au fer (Fe). Les lampes dopées au fer déplacent une partie de la puissance UV vers des longueurs d'onde plus longues et proches du visible, ce qui entraîne une meilleure pénétration à travers des formulations plus épaisses et fortement pigmentées. Les formulations UV contenant du dioxyde de titane ont tendance à mieux durcir avec des lampes dopées au gallium (GA). En effet, les lampes au gallium déplacent une partie importante de la production d’UV vers des longueurs d’onde supérieures à 380 nm. Étant donné que les additifs au dioxyde de titane n'absorbent généralement pas la lumière au-dessus de 380 nm, l'utilisation de lampes au gallium avec des formulations blanches permet aux photoinitiateurs d'absorber davantage d'énergie UV que les additifs.
Les profils spectraux fournissent aux formulateurs et aux utilisateurs finaux une représentation visuelle de la manière dont la puissance rayonnée d'une conception de lampe spécifique est répartie sur le spectre électromagnétique. Alors que le mercure vaporisé et les additifs métalliques ont des caractéristiques de rayonnement définies, le mélange précis d'éléments et de gaz inertes à l'intérieur du tube de quartz ainsi que la construction de la lampe et la conception du système de durcissement influencent tous la production d'UV. La sortie spectrale d'une lampe non intégrée alimentée et mesurée par un fournisseur de lampes en plein air aura une sortie spectrale différente de celle d'une lampe montée dans une tête de lampe avec un réflecteur et un refroidissement correctement conçus. Les profils spectraux sont facilement disponibles auprès des fournisseurs de systèmes UV et sont utiles dans le développement de formulations et la sélection de lampes.
Un profil spectral commun trace l'irradiance spectrale sur l'axe y et la longueur d'onde sur l'axe x. L'irradiance spectrale peut être affichée de plusieurs manières, notamment en valeur absolue (par exemple W/cm2/nm) ou en mesures arbitraires, relatives ou normalisées (sans unité). Les profils affichent généralement les informations sous forme de graphique linéaire ou de graphique à barres regroupant la sortie en bandes de 10 nm. Le graphique de sortie spectrale de la lampe à arc au mercure suivant montre l'irradiance relative par rapport à la longueur d'onde pour les systèmes GEW (Figure 1).
FIGURE 1 »Graphiques de sortie spectrale pour le mercure et le fer.
Lampe est le terme utilisé pour désigner le tube de quartz émetteur d'UV en Europe et en Asie, tandis que les Américains du Nord et du Sud ont tendance à utiliser un mélange interchangeable d'ampoule et de lampe. La lampe et la tête de lampe font toutes deux référence à l’ensemble complet qui abrite le tube de quartz et tous les autres composants mécaniques et électriques.
Lampes à arc électrode
Les systèmes de lampes à arc à électrodes se composent d'une tête de lampe, d'un ventilateur de refroidissement ou d'un refroidisseur, d'une alimentation électrique et d'une interface homme-machine (IHM). La tête de lampe comprend une lampe (ampoule), un réflecteur, un boîtier ou un boîtier métallique, un ensemble obturateur et parfois une fenêtre en quartz ou un grillage de protection. GEW monte ses tubes de quartz, ses réflecteurs et ses mécanismes d'obturation à l'intérieur d'assemblages de cassettes qui peuvent être facilement retirés du boîtier ou du boîtier extérieur de la tête de lampe. Le retrait d'une cassette GEW s'effectue généralement en quelques secondes à l'aide d'une seule clé Allen. Étant donné que la puissance UV, la taille et la forme globales de la tête de lampe, les caractéristiques du système et les besoins en équipements auxiliaires varient selon l'application et le marché, les systèmes de lampes à arc à électrodes sont généralement conçus pour une catégorie donnée d'applications ou des types de machines similaires.
Les lampes à vapeur de mercure émettent une lumière à 360° à partir du tube de quartz. Les systèmes de lampes à arc utilisent des réflecteurs situés sur les côtés et à l'arrière de la lampe pour capturer et concentrer davantage de lumière à une distance spécifiée devant la tête de la lampe. Cette distance est connue sous le nom de foyer et c’est là que l’irradiation est la plus grande. Les lampes à arc émettent généralement entre 5 et 12 W/cm2 au foyer. Étant donné qu'environ 70 % de la puissance UV de la tête de lampe provient du réflecteur, il est important de garder les réflecteurs propres et de les remplacer périodiquement. Le fait de ne pas nettoyer ou remplacer les réflecteurs contribue souvent à un durcissement insuffisant.
Depuis plus de 30 ans, GEW améliore l'efficacité de ses systèmes de polymérisation, personnalise les fonctionnalités et les résultats pour répondre aux besoins d'applications et de marchés spécifiques, et développe une large gamme d'accessoires d'intégration. En conséquence, les offres commerciales actuelles de GEW intègrent des conceptions de boîtiers compacts, des réflecteurs optimisés pour une plus grande réflectance UV et une réduction des infrarouges, des mécanismes d'obturation intégrés silencieux, des jupes et des fentes pour bande, une alimentation de bande à clapet, une inertion à l'azote, des têtes à pression positive, un écran tactile. interface opérateur, alimentations à semi-conducteurs, efficacité opérationnelle accrue, surveillance de la sortie UV et surveillance du système à distance.
Lorsque les lampes à électrodes à moyenne pression fonctionnent, la température de la surface du quartz est comprise entre 600 °C et 800 °C et la température interne du plasma est de plusieurs milliers de degrés centigrades. L'air pulsé est le principal moyen de maintenir la température de fonctionnement correcte de la lampe et d'éliminer une partie de l'énergie infrarouge rayonnée. GEW fournit cet air de manière négative ; cela signifie que l'air est aspiré à travers le boîtier, le long du réflecteur et de la lampe, et évacué hors de l'assemblage et loin de la machine ou de la surface de polymérisation. Certains systèmes GEW tels que l'E4C utilisent un refroidissement liquide, ce qui permet une sortie UV légèrement supérieure et réduit la taille globale de la tête de lampe.
Les lampes à arc électrode ont des cycles de préchauffage et de refroidissement. Les lampes sont frappées avec un refroidissement minimal. Cela permet au plasma de mercure d'atteindre la température de fonctionnement souhaitée, de produire des électrons et des cations libres et de permettre la circulation du courant. Lorsque la tête de la lampe est éteinte, le refroidissement continue de fonctionner pendant quelques minutes pour refroidir uniformément le tube de quartz. Une lampe trop chaude ne se rallumera pas et devra continuer à refroidir. La durée du cycle de démarrage et de refroidissement, ainsi que la dégradation des électrodes lors de chaque amorçage de tension, expliquent pourquoi des mécanismes d'obturation pneumatiques sont toujours intégrés dans les ensembles de lampes à arc à électrodes GEW. La figure 2 montre des lampes à arc à électrodes refroidies par air (E2C) et refroidies par liquide (E4C).
FIGURE 2 »Lampes à arc à électrodes refroidies par liquide (E4C) et par air (E2C).
Lampes LED UV
Les semi-conducteurs sont des matériaux solides et cristallins quelque peu conducteurs. L'électricité circule mieux à travers un semi-conducteur qu'un isolant, mais pas aussi bien qu'un conducteur métallique. Les semi-conducteurs naturels mais plutôt inefficaces comprennent les éléments silicium, germanium et sélénium. Les semi-conducteurs fabriqués synthétiquement, conçus pour le rendement et l'efficacité, sont des matériaux composés dont les impuretés sont précisément imprégnées dans la structure cristalline. Dans le cas des LED UV, le nitrure d'aluminium et de gallium (AlGaN) est un matériau couramment utilisé.
Les semi-conducteurs sont fondamentaux dans l'électronique moderne et sont conçus pour former des transistors, des diodes, des diodes électroluminescentes et des microprocesseurs. Les dispositifs semi-conducteurs sont intégrés dans les circuits électriques et montés à l'intérieur de produits tels que les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, les tablettes, les appareils électroménagers, les avions, les voitures, les télécommandes et même les jouets pour enfants. Ces composants minuscules mais puissants permettent aux produits du quotidien de fonctionner tout en permettant aux articles d'être compacts, plus fins, légers et plus abordables.
Dans le cas particulier des LED, des matériaux semi-conducteurs conçus et fabriqués avec précision émettent des bandes de longueur d'onde de lumière relativement étroites lorsqu'ils sont connectés à une source d'alimentation CC. La lumière est générée uniquement lorsque le courant passe de l'anode positive (+) à la cathode négative (-) de chaque LED. Étant donné que la sortie des LED est contrôlée rapidement et facilement et est quasi-monochromatique, les LED sont idéales pour être utilisées comme : voyants lumineux ; signaux de communication infrarouges ; rétroéclairage pour téléviseurs, ordinateurs portables, tablettes et téléphones intelligents ; panneaux électroniques, panneaux d'affichage et jumbotrons ; et durcissement aux UV.
Une LED est une jonction positive-négative (jonction pn). Cela signifie qu'une partie de la LED a une charge positive et est appelée anode (+), et l'autre partie a une charge négative et est appelée cathode (-). Bien que les deux côtés soient relativement conducteurs, la limite de jonction où les deux côtés se rencontrent, connue sous le nom de zone d'épuisement, n'est pas conductrice. Lorsque la borne positive (+) d'une source d'alimentation à courant continu (CC) est connectée à l'anode (+) de la LED et que la borne négative (-) de la source est connectée à la cathode (-), les électrons chargés négativement dans la cathode et les lacunes électroniques chargées positivement dans l'anode sont repoussées par la source d'énergie et poussées vers la zone d'appauvrissement. Il s’agit d’une polarisation directe qui a pour effet de surmonter la limite non conductrice. Le résultat est que les électrons libres dans la région de type n traversent et comblent les lacunes dans la région de type p. Lorsque les électrons traversent la frontière, ils passent à un état d’énergie inférieure. La baisse d'énergie correspondante est libérée par le semi-conducteur sous forme de photons de lumière.
Les matériaux et dopants qui forment la structure cristalline de la LED déterminent la sortie spectrale. Aujourd'hui, les sources de polymérisation LED disponibles dans le commerce ont des sorties ultraviolettes centrées sur 365, 385, 395 et 405 nm, une tolérance typique de ±5 nm et une distribution spectrale gaussienne. Plus l’irradiance spectrale maximale (W/cm2/nm) est élevée, plus le pic de la courbe en cloche est élevé. Alors que le développement des UVC est en cours entre 275 et 285 nm, le rendement, la durée de vie, la fiabilité et le coût ne sont pas encore commercialement viables pour les systèmes et applications de durcissement.
Étant donné que la sortie UV-LED est actuellement limitée aux longueurs d'onde UVA plus longues, un système de durcissement UV-LED n'émet pas la sortie spectrale à large bande caractéristique des lampes à vapeur de mercure à moyenne pression. Cela signifie que les systèmes de polymérisation UV-LED n'émettent pas d'UVC, d'UVB, de lumière la plus visible et de longueurs d'onde infrarouges génératrices de chaleur. Bien que cela permette d'utiliser les systèmes de durcissement par UV-LED dans des applications plus sensibles à la chaleur, les encres, revêtements et adhésifs existants formulés pour les lampes au mercure à moyenne pression doivent être reformulés pour les systèmes de durcissement par UV-LED. Heureusement, les fournisseurs de produits chimiques conçoivent de plus en plus d’offres à double traitement. Cela signifie qu'une formulation à double durcissement destinée à durcir avec une lampe UV-LED durcira également avec une lampe à vapeur de mercure (Figure 3).
FIGURE 3 »Tableau de sortie spectrale pour LED.
Les systèmes de durcissement UV-LED de GEW émettent jusqu'à 30 W/cm2 au niveau de la fenêtre émettrice. Contrairement aux lampes à arc à électrodes, les systèmes de polymérisation UV-LED n'intègrent pas de réflecteurs qui dirigent les rayons lumineux vers un foyer concentré. En conséquence, l’irradiation maximale des LED UV se produit à proximité de la fenêtre émettrice. Les rayons UV-LED émis divergent les uns des autres à mesure que la distance entre la tête de lampe et la surface de polymérisation augmente. Cela réduit la concentration de lumière et l’ampleur de l’irradiance qui atteint la surface durcie. Bien que l’irradiation maximale soit importante pour la réticulation, une irradiance de plus en plus élevée n’est pas toujours avantageuse et peut même inhiber une plus grande densité de réticulation. La longueur d'onde (nm), l'irradiance (W/cm2) et la densité d'énergie (J/cm2) jouent tous un rôle essentiel dans le durcissement, et leur impact collectif sur le durcissement doit être correctement compris lors de la sélection de la source UV-LED.
Les LED sont des sources lambertiennes. En d’autres termes, chaque LED UV émet une sortie uniforme vers l’avant sur un hémisphère complet de 360° x 180°. De nombreuses LED UV, chacune de l'ordre d'un millimètre carré, sont disposées sur une seule rangée, une matrice de lignes et de colonnes, ou dans une autre configuration. Ces sous-ensembles, appelés modules ou matrices, sont conçus avec un espacement entre les LED qui garantit la fusion entre les espaces et facilite le refroidissement des diodes. Plusieurs modules ou réseaux sont ensuite disposés en assemblages plus grands pour former des systèmes de durcissement UV de différentes tailles (Figures 4 et 5). Les composants supplémentaires requis pour construire un système de durcissement UV-LED comprennent le dissipateur thermique, la fenêtre émettrice, les pilotes électroniques, les alimentations CC, un système de refroidissement liquide ou un refroidisseur et une interface homme-machine (IHM).
FIGURE 4 »Le système LeoLED pour le web.
FIGURE 5 »Système LeoLED pour installations multi-lampes à grande vitesse.
Étant donné que les systèmes de durcissement UV-LED n'émettent pas de longueurs d'onde infrarouges. Elles transfèrent intrinsèquement moins d'énergie thermique à la surface de polymérisation que les lampes à vapeur de mercure, mais cela ne signifie pas que les LED UV doivent être considérées comme une technologie de polymérisation à froid. Les systèmes de polymérisation UV-LED peuvent émettre des irradiations maximales très élevées, et les longueurs d’onde ultraviolettes sont une forme d’énergie. Tout produit non absorbé par la chimie réchauffera la pièce ou le substrat sous-jacent ainsi que les composants de la machine environnants.
Les LED UV sont également des composants électriques présentant des inefficacités dues à la conception et à la fabrication des semi-conducteurs bruts, ainsi qu'aux méthodes de fabrication et aux composants utilisés pour conditionner les LED dans une unité de polymérisation plus grande. Alors que la température d'un tube de quartz à vapeur de mercure doit être maintenue entre 600 et 800 °C pendant le fonctionnement, la température de jonction pn des LED doit rester inférieure à 120 °C. Seulement 35 à 50 % de l’électricité alimentant un réseau de LED UV est convertie en production ultraviolette (fortement dépendante de la longueur d’onde). Le reste est transformé en chaleur thermique qui doit être évacuée afin de maintenir la température de jonction souhaitée et de garantir l'irradiation, la densité énergétique et l'uniformité spécifiées du système, ainsi qu'une longue durée de vie. Les LED sont des dispositifs à semi-conducteurs intrinsèquement durables, et leur intégration dans des assemblages plus grands dotés de systèmes de refroidissement correctement conçus et entretenus est essentielle pour atteindre les spécifications de longue durée de vie. Tous les systèmes de polymérisation UV ne sont pas identiques, et les systèmes de polymérisation UV-LED mal conçus et mal refroidis présentent une plus grande probabilité de surchauffe et de défaillance catastrophique.
Lampes hybrides arc/LED
Sur tout marché où une toute nouvelle technologie est introduite en remplacement d’une technologie existante, il peut y avoir une appréhension quant à son adoption ainsi qu’un scepticisme quant à ses performances. Les utilisateurs potentiels retardent souvent l'adoption jusqu'à ce qu'une base d'installation bien établie se forme, que des études de cas soient publiées, que des témoignages positifs commencent à circuler en masse et/ou qu'ils obtiennent une expérience directe ou des références auprès de personnes et d'entreprises qu'ils connaissent et en qui ils ont confiance. Des preuves concrètes sont souvent nécessaires avant qu’un marché tout entier abandonne complètement l’ancien et effectue une transition complète vers le nouveau. Le fait que les réussites tendent à rester secrètes n’aide pas, car les premiers utilisateurs ne veulent pas que les concurrents obtiennent des avantages comparables. En conséquence, des récits de déception à la fois réels et exagérés peuvent parfois se répercuter sur l’ensemble du marché, camouflant les véritables mérites des nouvelles technologies et retardant encore davantage leur adoption.
Tout au long de l’histoire, et pour contrer une adoption réticente, les conceptions hybrides ont souvent été adoptées comme pont de transition entre les technologies existantes et les nouvelles. Les hybrides permettent aux utilisateurs de gagner en confiance et de déterminer eux-mêmes comment et quand les nouveaux produits ou méthodes doivent être utilisés, sans sacrifier les capacités actuelles. Dans le cas du durcissement aux UV, un système hybride permet aux utilisateurs de passer rapidement et facilement des lampes à vapeur de mercure à la technologie LED. Pour les lignes comportant plusieurs stations de durcissement, les hybrides permettent aux presses de fonctionner à 100 % à LED, à 100 % à vapeur de mercure ou à toute autre combinaison des deux technologies requise pour un travail donné.
GEW propose des systèmes hybrides arc/LED pour les convertisseurs Web. La solution a été développée pour le plus grand marché de GEW, celui des étiquettes à laize étroite, mais la conception hybride est également utilisée dans d'autres applications Web et non Web (Figure 6). L'arc/LED intègre un boîtier de tête de lampe commun qui peut accueillir soit une cassette à vapeur de mercure, soit une cassette LED. Les deux cassettes fonctionnent grâce à un système d'alimentation et de contrôle universel. L'intelligence du système permet de différencier les types de cassettes et fournit automatiquement l'alimentation, le refroidissement et l'interface opérateur appropriés. Le retrait ou l'installation des cassettes à vapeur de mercure ou LED de GEW s'effectue généralement en quelques secondes à l'aide d'une seule clé Allen.
FIGURE 6 »Système Arc/LED pour le web.
Lampes Excimer
Les lampes Excimer sont un type de lampe à décharge qui émet une énergie ultraviolette quasi monochromatique. Alors que les lampes excimer sont disponibles dans de nombreuses longueurs d'onde, les émissions ultraviolettes courantes sont centrées sur 172, 222, 308 et 351 nm. Les lampes excimer à 172 nm appartiennent à la bande UV sous vide (100 à 200 nm), tandis que 222 nm sont exclusivement UVC (200 à 280 nm). Les lampes excimer à 308 nm émettent des UVB (280 à 315 nm) et 351 nm sont solidement des UVA (315 à 400 nm).
Les longueurs d'onde UV sous vide de 172 nm sont plus courtes et contiennent plus d'énergie que les UVC ; cependant, ils ont du mal à pénétrer très profondément dans les substances. En fait, les longueurs d’onde de 172 nm sont complètement absorbées dans les 10 à 200 nm supérieurs de la chimie formulée dans les UV. En conséquence, les lampes excimer de 172 nm ne réticuleront que la surface la plus externe des formulations UV et doivent être intégrées en combinaison avec d’autres dispositifs de durcissement. Étant donné que les longueurs d'onde UV sous vide sont également absorbées par l'air, les lampes excimer de 172 nm doivent fonctionner dans une atmosphère inertée à l'azote.
La plupart des lampes excimer sont constituées d'un tube de quartz qui sert de barrière diélectrique. Le tube est rempli de gaz rares capables de former des molécules excimères ou exciplexes (Figure 7). Différents gaz produisent différentes molécules, et les différentes molécules excitées déterminent les longueurs d'onde émises par la lampe. Une électrode haute tension s'étend sur la longueur intérieure du tube de quartz et des électrodes de masse s'étendent sur la longueur extérieure. Les tensions sont pulsées dans la lampe à hautes fréquences. Cela provoque la circulation des électrons à l’intérieur de l’électrode interne et leur décharge à travers le mélange gazeux vers les électrodes de masse externes. Ce phénomène scientifique est connu sous le nom de décharge à barrière diélectrique (DBD). Lorsque les électrons voyagent à travers le gaz, ils interagissent avec les atomes et créent des espèces dynamisées ou ionisées qui produisent des molécules excimères ou exciplexes. Les molécules excimères et exciplexes ont une durée de vie incroyablement courte et, lorsqu'elles se décomposent d'un état excité à un état fondamental, des photons de distribution quasi monochromatique sont émis.
FIGURE 7 »Lampe Excimer
Contrairement aux lampes à vapeur de mercure, la surface du tube de quartz d'une lampe excimer ne chauffe pas. En conséquence, la plupart des lampes excimer fonctionnent avec peu ou pas de refroidissement. Dans d’autres cas, un faible niveau de refroidissement est requis, généralement fourni par l’azote gazeux. En raison de la stabilité thermique de la lampe, les lampes excimer s'allument/s'éteignent instantanément et ne nécessitent aucun cycle de préchauffage ou de refroidissement.
Lorsque des lampes excimer rayonnant à 172 nm sont intégrées en combinaison avec des systèmes de polymérisation UVA-LED quasi monochromatiques et des lampes à vapeur de mercure à large bande, des effets de surface mats sont produits. Les lampes LED UVA sont d'abord utilisées pour gélifier la chimie. Des lampes excimères quasi monochromatiques sont ensuite utilisées pour polymériser la surface, et enfin des lampes au mercure à large bande réticulent le reste de la chimie. Les sorties spectrales uniques des trois technologies appliquées en étapes distinctes offrent des effets de polymérisation de surface optiques et fonctionnels bénéfiques qui ne peuvent être obtenus avec aucune des sources UV seule.
Les longueurs d'onde excimer de 172 et 222 nm sont également efficaces pour détruire les substances organiques dangereuses et les bactéries nocives, ce qui rend les lampes excimer pratiques pour le nettoyage, la désinfection et les traitements énergétiques de surface.
Durée de vie de la lampe
En ce qui concerne la durée de vie de la lampe ou de l'ampoule, les lampes à arc GEW peuvent généralement atteindre 2 000 heures. La durée de vie de la lampe n’est pas absolue, car la puissance UV diminue progressivement avec le temps et est affectée par divers facteurs. La conception et la qualité de la lampe, ainsi que l'état de fonctionnement du système UV et la réactivité de la matière de formulation. Des systèmes UV correctement conçus garantissent que la puissance et le refroidissement requis par la conception spécifique de la lampe (ampoule) sont fournis.
Les lampes (ampoules) fournies par GEW offrent toujours la durée de vie la plus longue lorsqu'elles sont utilisées dans les systèmes de polymérisation GEW. Les sources d'alimentation secondaires ont généralement procédé à une ingénierie inverse de la lampe à partir d'un échantillon, et les copies peuvent ne pas contenir le même embout, le même diamètre de quartz, la même teneur en mercure ou le même mélange gazeux, ce qui peut tous affecter la production d'UV et la génération de chaleur. Lorsque la génération de chaleur n’est pas équilibrée par rapport au refroidissement du système, la lampe en souffre à la fois en termes de puissance et de durée de vie. Les lampes qui refroidissent émettent moins d’UV. Les lampes qui chauffent plus durent moins longtemps et se déforment à des températures de surface élevées.
La durée de vie des lampes à arc à électrodes est limitée par la température de fonctionnement de la lampe, le nombre d'heures de fonctionnement et le nombre de démarrages ou d'amorçages. Chaque fois qu'une lampe est frappée par un arc à haute tension pendant le démarrage, une partie de l'électrode en tungstène s'use. Finalement, la lampe ne se rallumera pas. Les lampes à arc à électrodes intègrent des mécanismes d'obturation qui, lorsqu'ils sont activés, bloquent la production d'UV au lieu de faire fonctionner la lampe à plusieurs reprises. Des encres, revêtements et adhésifs plus réactifs peuvent prolonger la durée de vie de la lampe ; alors que les formulations moins réactives peuvent nécessiter des changements de lampe plus fréquents.
Les systèmes UV-LED durent intrinsèquement plus longtemps que les lampes conventionnelles, mais la durée de vie des UV-LED n’est pas non plus absolue. Comme pour les lampes conventionnelles, les LED UV ont des limites quant à la force avec laquelle elles peuvent être actionnées et doivent généralement fonctionner avec des températures de jonction inférieures à 120 °C. Une surconsommation de LED et un sous-refroidissement des LED compromettront leur durée de vie, entraînant une dégradation plus rapide ou une panne catastrophique. Tous les fournisseurs de systèmes UV-LED ne proposent pas actuellement des conceptions répondant aux durées de vie établies les plus élevées, supérieures à 20 000 heures. Les systèmes les mieux conçus et entretenus dureront plus de 20 000 heures, et les systèmes de qualité inférieure tomberont en panne dans des délais beaucoup plus courts. La bonne nouvelle est que la conception des systèmes LED continue de s’améliorer et de durer plus longtemps à chaque itération de conception.
Ozone
Lorsque des longueurs d'onde UVC plus courtes impactent les molécules d'oxygène (O2), elles provoquent la division des molécules d'oxygène (O2) en deux atomes d'oxygène (O). Les atomes d'oxygène libres (O) entrent alors en collision avec d'autres molécules d'oxygène (O2) et forment de l'ozone (O3). Étant donné que le trioxygène (O3) est moins stable au niveau du sol que le dioxygène (O2), l'ozone se transforme facilement en molécule d'oxygène (O2) et en atome d'oxygène (O) lorsqu'il dérive dans l'air atmosphérique. Les atomes d'oxygène libres (O) se recombinent ensuite les uns avec les autres dans le système d'échappement pour produire des molécules d'oxygène (O2).
Pour les applications industrielles de durcissement par UV, de l'ozone (O3) est produit lorsque l'oxygène atmosphérique interagit avec des longueurs d'onde ultraviolettes inférieures à 240 nm. Les sources de durcissement à la vapeur de mercure à large bande émettent des UVC entre 200 et 280 nm, qui chevauchent une partie de la région génératrice d'ozone, et les lampes excimer émettent des UV sous vide à 172 nm ou des UVC à 222 nm. L'ozone créé par les lampes à vapeur de mercure et à excimer est instable et ne constitue pas un problème environnemental important, mais il est nécessaire de l'éliminer de la zone immédiate entourant les travailleurs, car il irrite les voies respiratoires et est toxique à des niveaux élevés. Étant donné que les systèmes de polymérisation UV-LED commerciaux émettent des rayons UVA entre 365 et 405 nm, l’ozone n’est pas généré.
L'ozone a une odeur semblable à celle du métal, d'un fil brûlant, du chlore et d'une étincelle électrique. Les sens olfactifs humains peuvent détecter une concentration d'ozone aussi faible que 0,01 à 0,03 parties par million (ppm). Bien que cela varie selon la personne et le niveau d'activité, des concentrations supérieures à 0,4 ppm peuvent entraîner des effets respiratoires indésirables et des maux de tête. Une ventilation adéquate doit être installée sur les lignes de séchage UV pour limiter l'exposition des travailleurs à l'ozone.
Les systèmes de séchage UV sont généralement conçus pour contenir l'air évacué lorsqu'il quitte les têtes de lampe afin qu'il puisse être évacué loin des opérateurs et à l'extérieur du bâtiment où il se décompose naturellement en présence d'oxygène et de lumière du soleil. Alternativement, les lampes sans ozone intègrent un additif à base de quartz qui bloque les longueurs d'onde génératrices d'ozone, et les installations souhaitant éviter de conduire ou de percer des trous dans le toit utilisent souvent des filtres à la sortie des ventilateurs d'extraction.
Heure de publication : 19 juin 2024
