LED紫外光源與汞燈光源的光譜線的區(qū)別
現(xiàn)在市場(chǎng)上越來越多的UV LED紫外光源來取代傳統(tǒng)的汞燈光源,那就必須要先了解汞燈和LED紫外線1燈的區(qū)別,各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)等等。因?yàn)閁V涂料能夠固化,是因?yàn)榕浞嚼锩娴墓庖l(fā)劑吸收了某個(gè)波長(zhǎng)的紫外光而產(chǎn)生自由基(或者陽離子、陰離子)進(jìn)而引發(fā)單體的聚合,所以我們首先看一下汞燈和紫外LED的發(fā)射光譜圖。
這張圖是大家經(jīng)常見到的很經(jīng)典的一張UV LED紫外線燈和汞燈光源的發(fā)射光譜的對(duì)比圖,從圖上我們可以看到,汞燈光源的發(fā)射光譜是連續(xù)的,從紫外到紅外都有,特別是在UVB到短波的UVA這一段的光強(qiáng)比較集中,而LED的發(fā)射光譜比較窄,常見的是峰值為365nm和395nm(包括385、395、405nm)的這兩個(gè)波段。
當(dāng)前能工業(yè)化應(yīng)用的主要是UVA波段的近紫外光,主要就是圖1所示的365nm和395nm兩個(gè)波長(zhǎng)的LED光源,在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi),大部分引發(fā)劑的摩爾消光系數(shù)都比較低,所以UV-LED普遍存在引發(fā)效率低,氧阻聚嚴(yán)重的問題,不利于表干(備注:當(dāng)前很多UVLED廠家或者做LEDUV涂料的廠家所宣稱的LEDUV打磨性好,嚴(yán)格說來就是表面固化不好的結(jié)果,難的不是打磨性好,而是如何實(shí)現(xiàn)打磨性的可調(diào)控,既能耐磨又能好打磨。
甚至還有些廠家掛羊頭賣狗肉,在LED燈的后面加設(shè)一條汞燈,真正起作用的其實(shí)還是汞燈。但是,我們同時(shí)也看到,在365nm和395nm這兩個(gè)波段,LED的光強(qiáng)比汞燈要強(qiáng)很多,有利于UV材料的深層固化(很多傳統(tǒng)的UV固化設(shè)備,會(huì)在汞燈后面加一個(gè)鎵燈(主發(fā)射波長(zhǎng)為415nm),目的就是為了加強(qiáng)深層固化。)
LED紫外光源與汞燈光源能耗的差別
一般意義上,大家都認(rèn)為UV LED比汞燈要節(jié)能,甚至很多廠家打出了用LED以后能夠降低70%的能耗的宣傳口號(hào)。其實(shí)這里面有很大的誤區(qū),有兩方面的原因:一是有些企業(yè)嘩眾取寵,夸大宣傳;二是很多人根本就不了解LED,把兩個(gè)概念搞混了。持這種觀點(diǎn)的一般是基于高壓汞燈發(fā)出來的光只有30%是紫外光,而UV LED發(fā)出來的光全部都是紫外光這個(gè)基礎(chǔ)得出來的結(jié)論,而真正影響系統(tǒng)能耗的是光電轉(zhuǎn)換效率和有效光效率,汞燈的光電轉(zhuǎn)換效率是很高的,只是汞燈發(fā)出來的光很大部分是可見光和紅外光,UV材料固化需要的紫外光只占30%。
而UV LED的光電轉(zhuǎn)換效率要低得多,目前UVA的光電轉(zhuǎn)換效率只有大概30%(其實(shí)跟汞燈的紫外光效率差不多),而根據(jù)能量守恒原理,剩下70%的電就轉(zhuǎn)換成了熱(的區(qū)別是LED的熱通過燈板從背面散出去了,出光面是沒有熱量的,LED冷光源;的稱號(hào)由此而來;而汞燈的熱則通過反射罩和紅外線從正面發(fā)出來。),這就是為什么UV LED光源一般都需要風(fēng)冷散熱,大功率的UV LED光源還需要要按光源的電功率的70%配備一個(gè)水冷機(jī)來給燈頭散熱的原因。
真正能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的是LED可以即開即用,能夠通過光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)照射,提高有效光效率的特點(diǎn),而這些需要紅外探測(cè),智能控制等等的配合,對(duì)目前市場(chǎng)上大部分UVLED的設(shè)備廠商而言,都沒有足夠的實(shí)力去進(jìn)行這方面的研發(fā)。
汞燈光源的環(huán)保問題
汞燈的環(huán)境污染主要有兩點(diǎn):一是汞燈的發(fā)射光譜有200nm以下的遠(yuǎn)紫外光,會(huì)產(chǎn)生大量的臭氧(很多車間工人反映的用汞燈會(huì)覺得有臭味,這就是根本原因);二是汞燈的使用壽命比較短,只有800-1000小時(shí),而廢棄的汞燈帶來的二次污染(汞污染),一直是個(gè)難以解決的問題。
據(jù)報(bào)道,每年處理汞廢棄物的能耗,需要兩個(gè)三峽水電站的發(fā)電量,而更要命的是,目前還沒有徹底處理廢棄汞的好辦法。LED則沒有這樣的問題。隨著《關(guān)于汞的水俁公約》自2017年8月16日在我國正式生效,去汞燈化就提上了日程。
雖然公約里面有備注,暫時(shí)沒有可替代產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)用的汞熒光燈不在限制的名單之內(nèi),但是也注明了,如果締約方有可替代方案的情況下,可以提請(qǐng)把相關(guān)的產(chǎn)品加入到限制名單。所以說,UV固化用的汞燈產(chǎn)品什么時(shí)候能夠全面淘汰,取決于UVLED在UV固化領(lǐng)域的發(fā)展情況。
其它的關(guān)于LED的優(yōu)點(diǎn)還有:LED是窄波長(zhǎng),可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)固化(一方面是可以實(shí)現(xiàn)局部精準(zhǔn)固化,譬如3D打??;另一方面可以通過不同引發(fā)劑的選擇,更好的實(shí)現(xiàn)不同程度的固化);LED光源是燈珠結(jié)構(gòu),可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)長(zhǎng)度、寬度、照射角度等等,做成點(diǎn)光源、線光源、面光源,滿足不同的照射工藝要求。
LED紫外線燈和傳統(tǒng)高壓汞燈對(duì)比:
比較項(xiàng)目 | UVLED | 汞燈 |
光譜分布 | 窄 | 寬 |
調(diào)光范圍 | 0- | 20- |
有效光效率 | 高 | 低 |
使用壽命 | 長(zhǎng)>20000h | 短800-1000h |
啟停速度 | 即開即用 | 需預(yù)熱 |
燈的形狀 | 可調(diào)(點(diǎn)、線、面) | 不可調(diào) |
設(shè)備尺寸 | 輕便 | 笨重 |
腔體溫度 | 低 | 高 |
能耗 | 低 | 高 |
臭氧 | 不產(chǎn)生 | 產(chǎn)生 |
二次污染(汞廢棄物) | 不產(chǎn)生 | 產(chǎn)生 |