Источники УФ-излучения

В  качестве  источника  УФ-излучения  используют  микроволновые  безэлектродные УФ-излучатели, ртутные лампы низкого давления и ртутные излучатели высокого давления. В кварцевой трубке (кварц имеет небольшое поглощение в УФ-области) находится заполняющий материал (ртуть, инертный газ и галогеновая добавка) под давлением от 1 до 10 бар, возбуждаемый для эмиссии излучения. В момент действия разряда в насыщенном ртутью газе лампа должна иметь оптимальную рабочую температуру, чтобы можно было добиться высокого коэффициента полезного действия. В этом случае ртутный излучатель высокого давления эмитирует характерный спектр с основными линиями при 254, 302,313, 366, 405 и 456 нм.

Излучение в этой  волновой области обладает высокой энергией, достаточной для расщепления фотоинициатора и инициирования радикальной полимеризации.  Мощность  используемых  излучателей  обычно  составляет  от  80 до 160 Вт/см. Продолжительность их  жизни в среднем 1500-2000 ч до того, как мощность упадет на 80%. Обычно изготавливают лампы с длиной дуги от 50 до 2500 мм. Длиной дуги называется расстояние между двумя электродами. Диаметр ламп варьируется от 19 до 28 мм в зависимости от мощности

В энергетическом балансе УФ-излучения на УФ-С, УФ-В и УФ-А диапазон приходится 25-30%  энергии, видимая область спектра имеет 10-15% и 50-60% приходится на ИК-излучение. При этом излучатели с микроволновым возбуждением имеют 35-40% энергии в ИК-диапазоне, а в УФ-области около 36%, что значительно выше, чем у разрядных ртутных ламп. Для сравнения мощности  УФ-излучателей  получила  признание  специфическая  величина мощности излучения Вт/см.

Мощность излучения не может характеризовать интенсивность и энергетическую плотность попадающего на отверждаемую пленку УФ-излучения, так как в данном случае необходимо также принимать во внимание следующие факторы: геометрию рефлектора и силу фокусировки, расстояние от излучателя до подложки , а также атмосферу, в которой происходит отверждение, УФ-спектр.

Для фокусировки УФ-излучения на подложке применяют рефлекторы, которые собирают УФ-излучение в пучок или отражают. В основном используют два типа рефлекторов. Самым  сильным  является  эллиптический  рефлектор,  создающий  фокальную линию, на которой находится максимум УФ-излучения. Расстояние до окрашенной подложки  должно быть  точно  установлено. В  параболическом рефлекторе излучение отражается параллельно и фокальной линии не образуется.

Так как эмитируемая излучателем мощность ни в коем случае не равна интенсивности попадающего на поверхность субстрата излучения, то УФ-установки характеризуются двумя величинами, для точного измерения которых можно установить один прибор (УФ-фотометр).

Такими величинами являются облучение (Е, доза энергии) и сила облучения (H, УФ-интенсивность). В общем случае эти величины зависят от длины волны. Единицы измерения Е и Н относятся к определенному диапазону длин волн и называются спектральной силой облучения и спектральным облучением. В разных спектральных областях получаются разные значения Е и Н.

Облучение (доза энергии). Доза (облучение) – это общая энергия излучения, которая  попадает на объект. Она измеряется в Дж/см² и связана с интенсивностью через время.Сила облучения (УФ-интенсивность).  Понятие интенсивности описывает по определению собственно эмиссию излучения от источника. Но на практике обычно отклоняются от этого определения. Вошло в обычай измерять интенсивность излучения на поверхности деталей.

Интенсивность – это максимальная мощность излучения, достигшая поверхности субстрата. Она измеряется в Вт/см². Интенсивность является характеристикой излучателя и рефлектора и не зависит от скорости продвижения изделий на линии окраски. Сила облучения является важным параметром химической сшивки и установления степени блеска для УФ-материалов.

На  скорость  отверждения  также  влияет  состав  атмосферы,  в  которой происходит  отверждение.  Коротковолновое  УФ-С  излучение,  обладающее наиболее высокой энергией абсорбции, интенсивно поглощается кислородом воздуха (λ < 200 нм). При снижении количества кислорода в зоне отверждения за счет введения азота или углекислого газа скорость отверждения возрастает.

УФ-отверждение  в  атмосфере  инертного  газа  позволяет  существенно снизить содержание фотоинициатора, уменьшить количество продуктов расщепления фотоинициаторов, отказаться от добавления аминных синергетиков, что уменьшает пожелтение покрытия, не использовать высокофункциональные мономеры, снизить мощность и дозу УФ-облучения.