紫外線燈管的定義

 

　　紫外線即Ultraviolet，簡稱UV，其中按波段的不同，紫外線燈管分為UV-A，UV-B，UV-C UV-V各具有不同的用途。

 

　　1、低壓紫外線燈管即殺菌燈、汞齊燈則主要用于殺菌消毒，油煙凈化，污水處理，廢氣處理等，另外UV-B還主要用于紫外線檢驗，醫(yī)療治療等。

 

　　2、強紫外線高壓紫外線燈管由高品質(zhì)的純石英管材制造而成，使紫外線能高程度及大量的穿透，其弧長度(發(fā)光長度)可由5厘米至300厘米不等，常見功率為每厘米30W至200W，超大功率UV燈一般在每厘米200W或以上操作，該燈光譜有效范圍在350-450nm之間，主波峰為365nm，有700多個品種，功率由100w-25kw。

 

　　紫外線[1]燈管的壽命一般指其能維持足夠的能量進(jìn)行操作的時間，在此期間其能量逐漸衰減直至低于可接受的范圍為止，一般情況標(biāo)準(zhǔn)的UV燈能放射足夠的UV能量達(dá)800小時，進(jìn)口的UV燈可達(dá)1500小時以上。[2]

 

　　紫外線燈管的分類

 

　　可按每厘米燈管的能量(W/CM)來分類，商業(yè)化UV燈管分為80，100，120，150,160及240W/CM。UV輸出和固化速度之間往往并不是線性關(guān)系。二者之間的關(guān)系取決于多種因素，比如涂層、基材、反射器幾何形狀及燈的總效率數(shù)等，顏料材料對熱的敏感程度，顏料以及涂膜的厚度等都會影響到紫外光源的效能。

 

　　UV波段含蓋100-400cm范圍，但由于UV固化涂料一般在200-450NM有活性，商用UV固化燈具也都圍繞此范圍設(shè)計，以便在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生高的UV光強。

 

　　常用紫外固化光源主要包括汞蒸氣燈、金屬鹵化物燈、無極燈和氙燈等類型。從燈具結(jié)構(gòu)上看，可將燈具分為兩種不同類型的UV燈具系統(tǒng)：有電極燈具（弧燈）和無電極燈具（無極燈）。

 

　　汞蒸氣壓燈

 

　　zui常用的UV光源是汞蒸氣燈，汞蒸氣燈可分成三種：低壓汞燈（10-100帕），中壓汞燈（~100000帕）和高壓汞燈（》100000帕）。應(yīng)指出的是，高、中、低壓汞燈是按照通用標(biāo)準(zhǔn)定義的，與國內(nèi)的稱謂有所不同。早期的紫外固化加工過程使用低壓來固化含苯乙烯的聚酯。由于這種燈源輸出功率很小，很快就被中壓汞燈所取代。國內(nèi)一般將上述中壓汞燈稱為高壓汞燈。汞蒸氣壓的燈管是一根長度不等（zui長可達(dá)120米）內(nèi)部注有汞的密封透明石英管。電極一般由鎢制成，位于兩端，當(dāng)兩極間通過電流時便發(fā)電弧。

 

　　紫外光固燈(汞)

 

　　盡管石英比較昂貴，但是所有用于UV聚合反應(yīng)的汞蒸氣燈管都由石英制成。主要原因是，石英有三個重要的性質(zhì)很適合于制作紫外燈管：（1）對紫外線透明，不吸收或很少吸收UV；（2）是熱的不良導(dǎo)體；（3）熱膨脹系數(shù)低，石英的純度和其他微量化合物的存在會影響燈的發(fā)射特性。燈管是一個熔融石英管，管壁厚度大約為1MM，外徑為20~25MM，弧燈總長達(dá)2M，復(fù)雜的電極布局（電子發(fā)射器、基座、導(dǎo)體等）密封于石英管的兩端，石英管含有用于發(fā)射能量的汞以及啟動氣體，通常是氬氣。

 

　　當(dāng)給燈具通電以后，在兩極之間產(chǎn)生電弧。隨著電極間電壓的增加，氣體的溫度升高，使汞蒸發(fā)，產(chǎn)生汞蒸氣弧光并發(fā)射具有特征的紫外光。當(dāng)全功率工作時，燈具還會發(fā)射可見光以及部分紅外光（IR）。

 

　　小功率殺菌燈(消費產(chǎn)品用)

 

　　弧燈需要幾分鐘的預(yù)熱時間（從2~10分鐘不等），才能達(dá)到完整的光譜輸出，這是因為汞在石英管內(nèi)必須*被氣化。在開始的預(yù)熱期，輸入的功率較多地耗于預(yù)熱燈的電極部件，zui后使管內(nèi)存在的汞全部氣化。因此，誘導(dǎo)期長是這種燈的缺點之一。此外，如果工作期間電源突然中斷，汞會迅速凝結(jié)，難以立刻重新啟動。而較重的熱載也要求有冷卻時間。通常關(guān)機后需要冷卻一段時間（15-20MIN），然后才能再次啟動。因此，弧燈要安裝機械或電子光閘，以防止高強度的IR燒壞介質(zhì)，同時也能使燈管產(chǎn)生zui小的熱量及能量消耗。

 

　　毛細(xì)管汞燈(PCB產(chǎn)業(yè)用)

 

　　燈管中的電極和填充物之間會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，隨著時間的推延，會逐漸減少UV輸出。此外燈具的每一次開關(guān)都可能引起填充物在石英管上的沉積，而縮短燈具的壽命。燈的平均壽命為1000-1500小時。

 

　　金屬鹵化物燈

 

　　為了變更和調(diào)整輸出光譜，得到更適合于特定用途的燈，燈管內(nèi)可加入其他材料。將金屬鹵化物如鋁、鍺、鎂、鉈和其他金屬的碘化物加在汞中，發(fā)射的波長會朝長波長方向移動。例如，使用碘化鎂時，鎂輸出280NM、310NM和385的譜線，能增高固化速率。

 

　　金屬鹵化物燈

 

　　填充碘化亞鐵的高壓汞燈，由于在燈中填充了不同量的碘化亞鐵，得到了比較理想的光譜分布，鐵譜線（358NM，372NM，373.7NM,374.5NM,382NM等等）增強活力了紫外區(qū)的輻射能量,是高壓汞燈能量輸出的3-4倍.該燈是在強紫外高壓汞燈的基礎(chǔ)上添加金屬鹵化使其在有效光譜350nm-450nm之間的輻射增強。金屬鹵素?zé)暨m用于干膜、濕膜、綠色阻焊劑的曝光和紫外油墨的固化，該燈的zui大特點是紫外強度高。

 

　　無極燈

 

　　無極燈的燈管直徑比較小，只有9-15MM。與其他商品化燈具的不同之處在于無電極，電能通過電磁輻射的方式，耦合到含汞以及其他添加劑的真空石英管中，燈管總長度為15-25CM.無極燈是微波啟動燈管，可以即時開關(guān)，平均壽命可達(dá)6000小時。

 

　　無極燈

 

　　有電極汞燈的一個缺點，需要幾分鐘來預(yù)熱，而關(guān)機又需要幾分鐘來啟動，而無極燈系統(tǒng)冷啟動所花的時間小于9S，熱啟動所花時間小于15S。

 

　　氙燈

 

　　氙燈zui初是為攝影領(lǐng)域的應(yīng)用而開發(fā)的，人們己將注意力移向在UV固化領(lǐng)域的應(yīng)用。氙是氣體，因此它既可作連續(xù)光源，也可作脈沖光源。作為連續(xù)性光源時它的氙電弧本質(zhì)上是連續(xù)的，紫外輸出低而紅外區(qū)較高。在脈沖氙氣閃光燈中，由于氣體壓力增高和等離子區(qū)溫度上升使UV輸出提高。等離子區(qū)的溫度與電流密度和燈管直徑的平方根成正比。