УФ-СВЕТОДИОДЫ: ОБЩИЙ ОБЗОР

Флексо Плюс №2, 2014

Для полимеризации красок и покрытий уже много лет используется УФ-излучение. Наиболее часто применяемые для этой цели источники — это УФ-лампы среднего давления. Спектр ламп подбирается к характеристикам используемых фотоинициаторов красок и покрытий.

Однако во время работы создается гораздо больше ИК-излучения, чем хотелось бы. Для того, чтобы отфильтровать часть ИК-лучей, используются интерференционные зеркала или стекла с дихроичным покрытием.

Проводимые в течение нескольких лет исследования альтернативных источников излучения были нацелены на выработку «холодного УФ-света», позволяющего быстро включаться и выключаться, при этом быстро разогреваться и охлаждаться.

Ограничения, связанные с относительно низкой общей мощностью и недостатком коротковолнового УФ-излучения, привели к тому, что светодиоды стали использоваться в небольших узкоспециализированных сегментах рынка. Среди них — полимеризация отдельных небольших участков, отверждение клеящих веществ, полимеризация герметизирующих или уплотняющих материалов, применение в стоматологии, флуоресцентные исследования (например, в судебной медицине).

Для того, чтобы найти правильное УФ-светодиодное решение, необходимо выполнить несколько условий. Химический состав должен соответствовать длине волны, а УФ-интенсивность должна быть достаточной для этого применения. В связи с этим между поставщиком светодиодных систем, клиентами и их поставщиками должно быть тесное взаимодействие (см. рис. 3).

Эффективность УФ-светодиодов

Некоторые публикации хвалят высокую эффективность УФ-светодиодов. Это может быть связано с тем, что они все больше используются для освещения, а их эффективность в сравнении с газоразрядными лампами неоспорима. Однако для УФ-полимеризации УФ-светодиоды показывают относительно низкую эффективность, которая в настоящий момент немного ниже, чем у ламп среднего давления.

Аргумент, который часто приводят в пользу УФ-светодиодов, — это холодное УФ-излучение. Действительно, в сторону материала, который необходимо полимеризовать, ИК-излучение не выделяется, но теплый воздух, выделяемый с обратной стороны светодиодов, должен удаляться, чтобы не повредить структуру полупроводников.

Рис. 1. Энергетический спектр стандартной ртутной УФ-лампы среднего давления

Рис. 2. Разные модели светодиодных систем

Рис. 3. Чтобы найти наилучшее решение для клиента, необходимо объединить усилия производителей светодиодных систем, красок и оборудования

Хотя УФ-светодиоды имеют более высокий пик на специфической длине волны, их спектральный диапазон гораздо уже. По этой причине специально разработанные и активизированные под длинноволновое излучение краски и покрытия обычно используются с высоким содержанием фотоинициатора (УФ-светодиодные краски). Различные фотоинициаторы имеют специфическую кривую чувствительности в соответствии с длиной волны, поэтому используемые фотоинициаторы должны точно соответствовать источнику излучения.

Требуемая интенсивность излучения

Интенсивность, необходимая для полимеризации, — это излучение, достигающее поверхности материала. Интенсивность излучения обычно измеряется в мВт/ см2 или в Вт/ см2. Пользователю оборудования относительно сложно установить, насколько мощным является УФ-светодиодный модуль, так как в данном случае важно расстояние от него до материала. Спецификации производителей главным образом ссылаются на расчетные значения относительно поверхности светодиода.

Требуемая доза УФ-излучения обычно определяется эмпирическим путем, экспериментальным способом — точно так же, как и с УФ-лампами среднего давления. Целью является размещение УФ-светодиодного модуля максимально близко к запечатанному полотну, с которым будут работать.

Для измерения интенсивности излучения УФ-светодиодного модуля требуется соответствующее измерительное оборудование. Радиометр, специально адаптированный для измерения излучения УФ-светодиодов, является подходящим прибором для большинства практических применений.

Рис. 4. Сравнение спектра УФ-светодиодных ламп и ртутных УФ-ламп среднего давления

Рис. 5. Три различные длины волн и их пропорциональная мощность излучения. Кривые чувствительности фотоинициаторов № 1 и 2 не имеют хорошего сочетания с длиной волны. Однако фотоинициатор № 3 совместим с длиной волны 385 нм УФ-светодиодов

Рис. 6. Ручной прибор для измерения излучения HI 1 с УФ-сенсором для работы со светодиодными системами

Заключение

Для многих сфер применения и отраслей промышленности светодиодные УФ-системы имеют значительные преимущества, например в размерах, скорости включения и в низком выделении тепла. Однако недостаток энергии и эффективности в коротковолновом диапазоне, а также требования использования специализированных покрытий, сопряженные с затратами на покупку, без сомнения, ограничивают кратко- и среднесрочный потенциал окупаемости. Но все-таки можно отметить, что в большом числе случаев УФ-светодиодные системы создают новые возможности, а не замещают уже имеющиеся.

Как и со всеми другими технологиями, лидирующие производители УФ-ламп и систем стараются развивать новые направления, исследуют новые уровни мощности, чтобы соответствовать требованиям растущего УФ-рынка.

Возврат к списку