光固化光源的种类

  

     现在所用的紫外光源绝大多数是汞弧灯(即通称的紫外灯或汞灯)。汞弧灯是封闭有汞的、两端有电极的透明石英管,通电加热灯丝时,管内的汞到激发态,由激发态回到基态时即发身紫外光。视管内汞蒸气压力的不同,所发射的紫外光也具有不同的光谱,可分为3类。
    低压汞灯  汞蒸气压力为10~100Pa发射的紫外光呈线状的分立光谱,其主要发射波长为254nm和185nm,而前者又占了全部发射能量的95%以上(实际上在管内以185nm谱线为主,但石英对其有强烈吸收,因而有管外其所占比例很小)。
    低压汞灯的功率较小,一般只有几十瓦,同时其发射波长很短,易产生臭氧,造成空气污染,在光固化中很少使用。低压汞灯的使用寿命为200~4000h。
    中压汞灯  我国习惯上曾将其称作高压汞灯,此灯中的汞蒸气压力为105Pa(约为1大气压)。由于在高压下汞蒸气在高温放电时发射谱线增加以及压力加宽现象,中压汞灯发射的谱线波长范围较宽并有重叠,在紫外区其主要发射波长为365nm,其次是313nm、303nm,典型的发射光谱如图3-5所示。中压汞灯的使用寿命约为1000~1500h。
 
 
    图3-6是一种中压汞灯的结构示意图。
 
 
     高压汞灯  我国习惯上称之为超高压汞灯,汞蒸气压力为105~106Pa,即1~10大气压。它可提供最强的紫外和可见光,其输出功率可达普通中压汞灯的十倍,工作时其电极温度可达2000℃,而灯管温度即可达600℃,因此需要加以冷却,灯的功率与冷却效率有关。高压汞灯的使用寿命较短,约75~100h。
    高压汞灯发射光谱重叠得更加厉害,呈连续带状光谱。
    汞灯的一个重要指标是单位弧长的能量输出,或称线功率,以W/cm表示。线功率直接与照射光强相联系,在光固化中为了克服氧的阻聚、提高固化速率,加大照射光强是最有效的办法,因此如何提高汞灯线功率是灯具制造商的重要目标。
    目前使用的中压汞灯的线功率多为80和120W/cm,最大可达240W/cm,而高压汞灯的线功率为50~1000W/cm。在辐照装置中常采用多根灯管并用,以达到所需要的辐照光强。
2.无极灯
    美国Fusion System Corporation发明了一种不用灯丝和电极和新型灯。这种灯与传统的白炽灯或荧光灯截然不同,它不用灯丝和电级,而用一个高频的感应系统来激发其内部的汞蒸气放电,从而产生出大量紫外线。如果在玻璃内壁涂上荧光粉,则荧光粉受紫外光激发发光。
    如图3-7是无极灯的灯管,其构造非常简单,典型的灯长约为25cm,管中部稍细,内装有汞及少量其他为改变发射光谱而添加的金属如锡、铁、铅等。用由磁控管产生的微波来激活。
 
 
    与普通中压汞灯相比,无极灯的优点是:
    ①可快速启动,关灯后可立即(<10s)重新启动,而不必像有极灯那样必须等待灯管冷却;
    ②输出功率稳定,不像有极灯那样在使用一段时间后会逐渐下降;灯管如出现故障或已届使用时限,输出就降为零;
    ③由于这种灯里没有易损部件,因而使用寿命长,可达8000h;
    ④紫外效率较镐,即其紫外输出功率所占总功率的比例较大,达到36%,而有极灯的紫外效率仅为13%。
    无极灯的功率受磁控管技术的限制,目前最高的线功率为300W/cm。
    Fusion公司针对光固化的需要,发展了一系列不同发射光谱的无极灯,分别为H灯、D灯、V灯和Q灯,其发射光谱如图3-8所示。紫外光固化中D灯应用较多。
    无极灯的初次投入成本较高,对于国内众多的光固化材料用户小厂来说,要采用无极灯需要下较大的决心,这是妨碍其普及的主要因素。其实,无极灯由于寿命比普通的紫外光源长得多,因此实际使用成并不比采用其他光源高,甚至更低,并且由于输出功率稳定,这给生产控制带来很大的方便,所以优势还是很明显的。国内已有越来越多的厂家采用无极灯作为光固化的光源。
 
 
 
    3.氙灯
    氙灯也是一种电弧灯,氙气压力约为2MPa(20大气压),连续氙弧灯的紫外输出功率低,故主要以脉冲光源形式使用,其发射光谱在250~1200nm,使用寿命根据结构的不同,可为200~2000h。
    氙灯在光固化中基本上没有得到应用,而主要用于大气老化机中作为模拟日光的光源(因其光谱分布与日光相似)以及作为闪光光解研究的光源。
    在普通汞灯灯管中加入少量的金属卤化物可使其发射光谱发生显著变化、改善其辐射效率。一般均使用碘化物,因其易于挥发而且化学性质不甚活泼。常用的金属是钠、镁、铝、镓、铟、铊等。图3-9是一种碘化镓灯的发射光谱。
 
 
    5.LED灯
    UV PROCESS SUPPLY公司推出了采用发光二极管(LED)的光固化光源。这种光源的特点是即时开关、不发热、使用寿命长(50000h)且发射功率恒定。它是一种很有前途的新型光源。图3-10是这种LED光源在光碟和玻璃水晶工艺制作上的作用。
 

 

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