Über UV-Härtung:

UV auf dem elektromagnetischen Spektrum

Ultraviolett-reaktive Druckfarben und Beschichtungen benötigen eine hochintensive Quelle von ultraviolettem Licht, um eine chemische Reaktion einzuleiten und die Druckfarbe oder die Beschichtung fast augenblicklich zu härten. Ultraviolettes Licht bildet einen kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums, das von Radiowellen am langwelligen Ende bis hin zu Röntgen- und Gammastrahlen am kurzwelligen Ende reicht. Das Diagramm hier zeigt, wie die ultravioletten Wellenlängen in das elektromagnetische Spektrum passen.

Wege zur Aushärtung und Lampenstile

Die für die Härtung von Druckfarben am besten geeigneten ultravioletten Wellenlängen liegen zwischen 200 und 400 Nanometern.

Es gibt verschiedene Lampentypen, die zur Erzeugung dieser Wellenlängen geeignet sind. Die wichtigsten sind Quecksilberdampf-Hochdrucklampen, elektrodenlose Lampen und Quecksilberdampf-Mitteldrucklampen.

Die Hochdruck-Quecksilberdampflampe ist im Allgemeinen als Kapillarrohr konstruiert und benötigt einen Wassermantel, um die korrekte Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Diese Lampen sind nur auf kurze Längen beschränkt, und die Lebensdauer der Lampe beträgt normalerweise weniger als 1.000 Stunden.

Die elektrodenlose Quecksilberdampflampe hat, wie der Name schon sagt, keine Elektroden. Ein Lichtbogen wird durch die Erzeugung von Mikrowellen erzeugt. Diese Lampentypen werden im Allgemeinen in zwei Standardlängen hergestellt, 6 Zoll und 10 Zoll.

Die bei weitem am weitesten verbreitete ist die Mitteldruck-Quecksilberbogenlampe (eine MPMA-Lampe). Diese kann luft- oder wassergekühlt sein und kann in einer Vielzahl von Längen hergestellt werden. Einzellampen von zwei Metern Länge sind keine Seltenheit, und die Lebensdauer von MPMA-Lampen kann mit weit über 1.000 Stunden erwartet werden.

Über Lampendesign

Der Lampenkörper besteht aus transparentem Glas-Siliziumoxidrohr mit verschiedenen Durchmessern und Wandstärken. Dieses als Quarz bezeichnete Material hat wichtige Eigenschaften, die für den effizienten Betrieb eines Ultraviolett-Systems unerlässlich sind. Es hat eine Durchlässigkeit von 90 % für ultraviolettes Licht, während normales Glas mit Ausnahme der längeren, schwächeren Wellenlängen alle Elemente herausfiltert. Die Oberflächentemperatur einer Ultraviolettlampe liegt unter normalen Betriebsbedingungen zwischen 600°C und 800°C. Quarz ist in der Lage, diesen Temperaturen standzuhalten, da es eine sehr niedrige thermische Ausdehnungscharakteristik und eine hohe Schmelztemperatur hat.

Die Elektroden, von denen der Hochspannungslichtbogen aufrechterhalten wird, bestehen aus einem mit Wolframdraht umwickelten Wolframstab. Wolfram ist notwendig, um internen Lichtbogentemperaturen über 3000°C standzuhalten. Die Elektroden müssen sorgfältig entworfen werden, um einen effizienten, zuverlässigen Betrieb und eine lange Lampenlebensdauer zu gewährleisten. Die Parameter, die dieses Design beeinflussen, sind äußerst komplex.

Wegen der extrem hohen Betriebstemperaturen und der geringen Ausdehnungscharakteristik des Quarzes ist die richtige Auswahl eines geeigneten Materials zur Verbindung der Elektrode im Inneren der Hülle mit der Stromversorgung an der Außenseite der Hülle äußerst wichtig.

Das hier gewählte Material ist Molybdänfolie, die einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten hat und in der Lage ist, die für einen stabilen Lichtbogen erforderliche Hochspannung zu tragen.

Zusätzliche elektrische Verbindungen werden mit Hochtemperaturdraht hergestellt. Eine elektrische Isolierung am Ende der Lampe kann durch die Verwendung eines keramischen Endsockels erreicht werden.

Spektrale Leistung einer MPMA-Lampe

Wie bereits erwähnt, ist das Erreichen der genauen Wellenlängen des ultravioletten Lichts, das für die Härtung ultravioletter Farben und Beschichtungen geeignet ist, sehr wichtig, wenn ein System hocheffizient sein soll.

MPMA-Lampen emittieren nicht nur ultraviolettes Licht, sondern auch sichtbares Licht und Wellenlängen im Infrarotspektrum. Tatsächlich emittieren alle Lampen etwa 20% ultraviolettes Licht, 60% infrarotes Licht und 20% sichtbares Licht. Daher ist es wichtig, dass bei der Auswahl einer Lampe die Leistung im ultravioletten Spektrum genau untersucht wird. Die Leistung im ultravioletten Spektrum wird manchmal grafisch dargestellt und zeigt die proportionale Leistung bei den wichtigen ultravioletten Wellenlängen. Ein Diagramm einer typischen Primarc MPMA-Lampe wird hier gezeigt.

Lebensdauer der Lampe

Mitteldruck-Quecksilberbogenlampen fallen normalerweise nicht plötzlich aus, wie gewöhnliche Haushaltsglühlampen. Der Wirkungsgrad nimmt relativ langsam ab, bis nicht mehr genügend UV-Licht abgegeben wird, damit die Lampe effektiv aushärten kann. Dieser Rückgang wird in erster Linie durch die Verschlechterung der UV-Durchlässigkeit des Quarzmantels verursacht und hängt von einer Reihe von Faktoren ab: - Kühlungseffizienz der Lampe, Nennleistung, Nennstrom der Elektroden, Elektrodenkühlungseffizienz, Verschmutzung der äußeren Oberfläche der Lampe (Staub usw.) und Schaltfrequenz.

Bei korrekter Anwendung garantieren Primarc UV-Härtungslampen eine hohe Aushärtungseffizienz für mindestens 1.500 Stunden und können bei richtiger Handhabung immer noch mindestens 80 % der ursprünglichen Leistung erbringen.