Сертификат
Loxeal
Сертификат
Devcon
|
-
../description/permatex/185.htm
-
../description/permatex/227.htm
-
../description/permatex/201.htm
-
../description/permatex/253.htm
-
../description/permatex/213.htm
-
../description/loxeal/105.htm
-
../description/permatex/170.htm
|
Устройства, генерирующие уф-излучение |
|
В. В. ШИБАНОВ, В. Б. РЕПЕТА,
УКРАИНСКАЯ АКАДЕМИЯ ПЕЧАТИ
НАЧАЛО «ФЛЕКСО ПЛЮС» № 1–2006
Продолжение «ФЛЕКСО ПЛЮС» № 2–2006
Устройства, генерирующие УФ-излучение, применяются в полиграфии и копировально-множительных технологиях со времени появления и практического использования бессеребряных светочувствительных материалов, например, диазосоединений, то есть с середины 30-х гг. прошлого века. С 50-х гг. и до настоящего времени эти устройства применяются для облучения позитивных и негативных фоторезистов. И все же самое широкое распространение УФ-облучатели получили с конца 60-х гг. в связи с нарастающими объемами производства и расширяющимися сферами применения в полиграфии и других сферах различных типов фотополимеризующихся материалов (ФПМ). Устройства, генерирующие УФ-излучение, обычно включают следующие атрибуты:
источники излучения;
силовые агрегаты для запуска и регулирования электропитания источников излучения;
светонаправляющие конструкции;
детекторы светового потока;
вентиляторы и холодильники рабочей зоны;
приспособления для закрепления, вакуумирования или дезаэрирования облучаемых объектов;
таймеры;
световые фильтры;
рассеиватели;
защитные экраны и прочие составляющие.
ЕВРОПЕЙСКИЕ УФ-ЛАМПЫ
В настоящее время европейские производители ламп УФ-спектра предлагают большой ассортимент продукции для полиграфического оборудования. УФ-лампы находят свое применение в УФ-сушках для всех видов печати и лакирования, экспонирующем оборудовании для шелкотрафарета, в офсетных копировальных рамах.
В зависимости от спектра излучения мы условно разделяем УФ-лампы на ртутные и металло-галогенные.
Ртутные лампы среднего давления изготавливаются в диапазоне мощности от 1 до 31 кВт и длиной до 2,8 м. Металло-галогенные лампы имеют, как правило, меньшую длину - до 1 м. Введенные в рабочую зону металло-галогенной лампы различные соли металлов (помимо ртути) могут рассматриваться как «посторонние загрязняющие» вещества. Они, с одной стороны, обеспечивают заданный спектр, а с другой стороны, влияют на стабильность дугового разряда. Поддержание стабильной дуги длиной более 1 м в металло-галогенных лампах является очень сложной, а иногда и неразрешимой задачей.
При этом в настоящее время металло-галогенные лампы со специально подобранным спектром могут решить проблему отверждения таких всегда сложных для печатника красок, как белая, черная, «металлики». Возможно изготовить лампу для определенного вида краски. Введение в спектр излучения лампы дополнительных полос спектра, к которым чувствительна именно данная краска, - одно из направлений развития производства УФ-ламп в Европе.
При работе большинства УФ-ламп, используемых в полиграфии, образуется озон. Однако сейчас все больший спрос получают и так называемые «безозоновые» лампы. Использование кварца со специальными включениями титана позволяет «отрезать» или существенно сократить излучение в области спектра от 200 до 235 Нм, где и генерируется озон. Использование таких ламп решает проблему удаления озона из рабочей зоны и, соответственно, необходимости дополнительного оборудования. Стоимость «безозоновых» ламп может быть на 15–20% выше, чем аналогичных традиционных ламп.
Если говорить о сроке службы УФ-ламп, то европейские производители предоставляют гарантию на 1000 ч работы для ртутных ламп и 500 ч работы для металло-галогенных ламп. Это стандарт. Но лампы могут служить значительно дольше заявленного гарантийного срока при должном уходе и правильных условиях эксплуатации. Огромное значение имеет эффективное охлаждение лампы: пагубные последствия имеют как перегрев, так и переохлаждение. Согласно статистике, около 90% ламп, возвращенных производителю, имели проблемы, связанные с охлаждением. Поэтому крайне важен постоянный мониторинг состояния ламп и ведение журнала учета по каждой лампе.
Новейшие технологии и современное производство позволяют изготовить УФ-лампу, удовлетворяющую практически любым требованиям заказчика. Можно заказать лампу с гарантированно увеличенным сроком службы или лампу, которая имеет четко заданный спектр излучения, лампу очень длинную - более 2 м - или со специальными геометрическими параметрами. В настоящее время можно выбрать надежного производителя УФ-ламп, который будет внимателен ко всем вашим запросам:
Ртутные лампы среднего и высокого давления. Тип AM (Amba Lamps, Великобритания);
Ртутные лампы среднего и высокого давления. Тип AC (Alpha Cure, Великобритания);
Металло-галогенные лампы. Тип AM (Amba Lamps, Великобритания);
Металло-галогенные лампы. Тип AC (Alpha Cure, Великобритания).
СВЕТЛАНА МАМАЕВА,
РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛА КОМПЛЕКТУЮЩИХ И
ОБОРУДОВАНИЯ, КОМПАНИЯ ATDESIGN
УФ-ЛАМПЫ КОМПАНИИ AMBA LAMPS (ВЕЛИКОБРИТАНИЯ)
Можно сказать, что кардинальное влияние на конструкционные и технологические параметры устройств, генерирующих УФ-излучение, имеют три «э»-фактора:
эволюция составов и технологий ФПМ;
энергосбережение;
экологические проблемы.
Целью нашей статьи является обобщение научно-технической и коммерческой информации, касающейся современных устройств, используемых в полиграфии для генерирования и формирования потоков УФ-излучения. При этом мы считаем необходимым избегать предоставления информации, которую можно было бы классифицировать как рекламную.
СВОЙСТВА УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ
Ультрафиолетовое излучение является частью диапазона оптических излучений (включающего ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области), который простирается в границах от 10 до 1 млн нм. Область УФ-излучений можно условно разделить на три дистанции:
УФ-А - от 315 до 400 нм;
УФ-В - от 280 до 315 нм;
УФ-С - от 100 до 280 нм.
При воздействии УФ-А излучения на человеческую кожу наблюдается загарный эффект, то есть происходит пигментация; воздействие лучей УФ-В вызывает эритемный эффект: происходит покраснение кожи и/или появление ожогов; лучи УФ-С имеют бактерицидное действие.
В фотохимии УФ-область чаще подразделяют на ближний (300–400 нм), дальний (180–300 нм) и вакуумный (10–180 нм) ультрафиолет. Название «вакуумный ультрафиолет» говорит о том, что излучение этого диапазона поглощается воздухом, а точнее, основными его составляющими: кислородом и азотом - поэтому для его распространения используют вакуум. Практического применения в полиграфии этот диапазон в настоящее время не имеет.
Так как энергия квантов света обратно пропорциональна длинам волн, то энергия фотонов в областях ближнего и дальнего УФ-излучения изменяется приблизительно от 300 до 600 кДж/моль соответственно. Этой энергии вполне достаточно для осуществления в облучаемых ФПМ фотохимических и фотофизических процессов, ответственных за технологическое применение таких материалов.
Используемые в полиграфических технологиях искусственные источники УФ-излучения предназначены, в основном, для двух целей: формирования изображений (изготовление фотополимерных печатных форм офсетной, трафаретной, высокой, в том числе флексографской, печати) и полимеризации УФ-красок и УФ-лаков.
РТУТНЫЕ ДУГОВЫЕ ЛАМПЫ
Они известны уже более 70 лет. Эти источники света излучают в широком оптическом диапазоне, включающем УФ-, видимое и ИК-излучение. Излучение генерирует светящийся дуговой разряд, возникающий при прохождении тока в газовой среде, заполненной парами ртути или парами ртути в смеси с другими веществами и инертными газами, а также плазмой. Носителями тока в газовом разряде являются электроны и катионы, возникающие при соударении электронов с атомами, движущимися в электрическом поле межэлектродного пространства. В результате таких соударений происходит не только ионизация атомов газовой среды, но и их активация, то есть перевод части атомов в возбужденное состояние при котором внешние (валентные) электроны переходят на более энергоемкие электронные орбитали. Время жизни возбужденных атомов очень небольшое (малые доли секунды), поэтому они очень быстро возвращаются в основное состояние, излучая избыточную энергию в виде квантов света, то есть имеет место люминесценция. При этом происходит превращение электрической энергии в световую.
Так как величина энергии электронных переходов строго детерминирована (квантована) и определяется природой атомов, то и излучение энергии возбужденными атомами происходит в определенном энергетическом диапазоне - спектре. Характер спектра излучения может быть различным: полосатым (линейчатым) или сплошным (непрерывным). Каждой линии в спектре соответствует электронный переход, а при очень большом их количестве все линии сливаются в континуум, образуя непрерывный спектр. Интенсивность полос в спектре зависит от вероятности осуществления тех или иных переходов. Для возбужденных атомов ртути характерным является линейчатый спектр. При этом две линии, соответствующие длинам волн 185 и 253,7 нм, являются наиболее интенсивными. Они называются резонансными линиями излучения и соответствуют переходам из нижних возбужденных состояний в основное невозбужденное состояние. Кроме них в спектре ртутного дугового разряда имеется ряд линий, которые при высоком давлении паров ртути расширяются и могут сливаться в непрерывный спектр.
Для возникновения ртутного разряда к электродам прикладывают электрическое напряжение, величина которого зависит от конструкционных характеристик лампы (материала электродов, расстояния между ними, диаметра лампы), природы и давления газового заполнения и прочих факторов. После подачи напряжения на электроды в лампах высокого давления происходят последовательно следующие процессы:
пробой газоразрядного промежутка;
нагрев электродов;
разгорание дугового разряда и увеличение давления ртутных паров;
установление стационарного режима работы.
Движение заряженных частиц в электрическом поле имеет направленный характер. Скорость движения частиц различна, зависит от их природы (электроны, ионы, атомы) и может быть охарактеризована соответствующей температурой. Для облегчения зажигания ламп иногда устраивают специальные зажигающие электроды, которые, впрочем, снижают механическую прочность ламп и удорожают их стоимость. Время, в течение которого лампа полностью разгорается и выходит на стационарный режим работы, составляет 5–15 мин, что показано на рис. 1.
РИС. 1. ЗАВИСИМОСТЬ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ РТУТНЫХ ЛАМП НИЗКОГО
(ЛУФ-80) И СРЕДНЕГО (ДРТ-400) ДАВЛЕНИЯ ОТ ВРЕМЕНИ ИХ РАБОТЫ
В зависимости от величины давления паров различают три типа ртутно-дуговых ламп:
низкого давления (давление паров ртути от 0,01 до 1 мм рт. ст. или от 1,33 до 133 Па);
среднего давления (от 1 до 3 атм или до 3x105 Па);
высокого давления (до нескольких десятков атм. или от 3x105 до 107 Па).
Встречается также следующая классификация: лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления. Кроме паров ртути, дуговые лампы обычно заполняют инертным газом (чаще всего аргоном) до давления 10–50 мм рт. ст. для облегчения зажигания разряда и продления срока службы электродов, которые изготовляют из тугоплавких материалов: обычно вольфрама, а также вольфрама с добавками тугоплавких оксидов тория, бария или кальция.
Каждый тип ртутных ламп имеет характерный спектр излучения: лампы низкого давления излучают линейчатый спектр, большая часть энергии которого излучается в области резонансных полос (область УФ-С); лампы среднего и особенно высокого давления наряду с линейчатым содержат непрерывный спектр, который расширяется и смещается с увеличением давления паров ртути в видимую область (см. таблицу).
СВЕТОВАЯ ОТДАЧА
РИС. 2. ЗАВИСИМОСТЬ СВЕТОВОЙ ОТДАЧИ РТУТНОГО РАЗРЯДА ОТ ДАВЛЕНИЯ
РТУТНОГО ПАРА (ПОСТОЯННЫЙ ТОК 4 А; ДИАМЕТР ТРУБКИ 27 ММ)
Световая отдача ртутного разряда зависит от величины давления паров ртути в лампе. Из рис. 2 видно, что с увеличением давления паров световая отдача сильно возрастает. Для ламп низкого давления световая отдача мала (область первого экстремума). Точка С характеризует раздел между областями низкого и высокого давления. Вероятность поглощения линий резонансного излучения невозбужденными атомами паров ртути увеличивается пропорционально их концентрации, то есть при увеличении давления. Поэтому в лампах высокого давления самопоглощение резонансных линий велико, а полосы в спектре расширяются. Увеличение давления в лампе вызывает рост световой отдачи, которая асимптотически приближается к величине 60–70 лм/Вт.
При низком давлении паров ртути дуговой разряд заполняет все поперечное сечение трубки лампы, а при увеличении давления наблюдается характерное стягивание (контрагирование) разряда к оси трубки. Максимальная мощность ламп низкого давления - до 150 Вт. Ртутные лампы среднего и высокого давления обладают высокой энергетической светимостью и большой мощностью: от сотен ватт до 50–60 кВт.
Размеры ртутных ламп среднего давления могут достигать метровой величины при диаметре колб до 30–40 мм. Размеры ламп сверхвысокого давления заметно меньше, а из-за небольшого расстояния между электродами такие лампы имеют короткую дугу и рассматриваются как точечные источники света.
Температура стенок колб (трубок) газоразрядных ламп низкого давления относительно невысока (на десяток градусов выше комнатной). У колб ртутных ламп среднего и высокого давления она достигает 500–900?С, поэтому практически незаменимым материалом для изготовления колб ртутных ламп является кварц, который выдерживает большие механические нагрузки, имеет высокий коэффициент пропускания во всем практически необходимом (и даже более того) диапазоне спектра излучения (от 200 до 2600 нм), выдерживает высокие рабочие температуры (до 1100?С) и характеризуется очень небольшим коэффициентом линейного расширения (6x10-7 1/град), что гарантирует сохранение его целостности при резких перепадах температур.
Обычная толщина стенок ртутных ламп среднего и высокого давления, изготовленных из кварца, равна 1,5–4 мм. Для трубок низковакуумных ртутных ламп (бактерицидных ламп) используют кварц либо специальное увиолевое стекло. Срок службы кварцевой колбы сильно уменьшается при повышении рабочей температуры стенок выше 900?С. Снижение рабочей температуры на 100?С продлевает срок работы лампы в 5–10 раз, но снижает светоотдачу и давление паров ртути. Ресурс работы ламп низкого давления в сотни раз больше, чем ламп среднего и высокого давления.
КОРРЕКТИРОВКА СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ
Важным условием осуществления фотохимических реакций, в том числе фотоинициированной полимеризации ФПМ, УФ-лаков и УФ-красок, является совпадение или достаточное перекрывание спектров излучения источника и поглощения облучаемого материала, что следует из сформулированного более 150 лет тому назад фундаментального закона фотохимии. Реакции инициирования полимеризации фотополимеризующихся композиций (ФПК) происходят при поглощении света в небольшом диапазоне спектра от 320 до 380 нм (в УФ-А диапазоне), что обусловлено специальным подбором фотоинициаторов или фотоинициирующих систем. При этом исходят из необходимости избежать светочувствительности ФПК в области видимого света (для удобства выполнения технологических операций с пластинами и другими материалами в незатемненных помещениях) и нецелесообразности применения дальнего УФ-излучения (экологической, экономической и технологической).
РИС. 3. СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ РТУТНОЙ ЛАМПЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ:
1 - БЕЗ ЛЮМИНОФОРА (БУВ-30) И 2 - С ЛЮМИНОФОРОМ (ЛУФ-80)
Очевидно, что применение для этих целей ртутных ламп низкого давления, излучающих в УФ-С диапазоне, будет малоэффективным из-за несовпадения спектров излучения и поглощения. Вместе с тем, ртутные лампы низкого давления выгодно отличаются от ламп среднего и высокого давления малым энергопотреблением и невысокими температурами на их поверхности и в рабочей зоне. Для исправления спектра излучения таких ламп и обогащения его полосами излучения в области 300–400 нм (УФ-А) на внутреннюю поверхность колб (трубок) ламп наносят один или несколько слоев люминофоров, которые поглощают излучение паров ртути в области 220–300 нм (УФ-С) и преобразуют его (люминесцируют) в длинноволновое излучение в области 300–400 нм и более. Как люминофоры чаще всего используют неорганические вещества или их смеси, например, силикат бария, вольфрамат кальция, магния, фосфат кальция. Спектры излучения (УФ-область) ламп низкого давления, которые используют, в частности, в полиграфии, приведены на рис. 3.
Для корректировки спектра излучения ртутных ламп среднего и высокого давления в дуговой разряд вводят вещества или соединения, которые дополняют спектр излучения паров ртути недостающими полосами и/или увеличивают их интенсивность. Введение добавок йодидов (галоидов) ряда металлов (таллия, галлия, свинца, натрия и др.) позволило в два и более раз увеличить световую отдачу ламп. Принцип работы так называемых металлгалоидных ламп заключается в том, что молекулы йодидов металлов разлагаются на атомы в зоне высокотемпературного ртутного разряда (дуги). Образовавшиеся атомы находятся в возбужденном (неравновесном) состоянии. Поэтому они излучают свет, диффундируя за пределы зоны разряда, охлаждаются и взаимодействуют с образованием исходных молекул, которые вступают в новый цикл превращений. На рис. 4 изображена часть спектра излучения металлгалоидной лампы с добавкой йодида свинца. Видно, что такие лампы характеризуются большей световой отдачей в области 360–400 нм, то есть в зоне поглощения ФПМ.
МЕХАНИЗМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
РИС. 4. СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛГАЛОИДНОЙ ЛАМПЫ
С ДОБАВКОЙ ЙОДИДА СВИНЦА И ГАЛЛИЯ
Облучение молекулярного кислорода светом с длиной волны менее 240 нм (так называемый континуум Герцберга, область Шумана-Рунге) приводит к образованию сначала возбужденных атомов кислорода, которые легко реагируют с молекулами кислорода и образуют трехатомные молекулы озона. Две молекулы озона при взаимодействии между собой распадаются на три молекулы кислорода, поэтому концентрация озона в газе при электрохимическом методе его получения относительно небольшая (максимум 5–7% объема), а при фотохимическом - лишь доли процента. Озон поглощает в оптическом диапазоне ряд полос от вакуумного ультрафиолета до ИК-области. В частности, в широком континууме от 200 до 300 нм с почти симметричным пиком в области 254 нм. Поглощение этой полосы приводит к распаду озона на молекулярный кислород и очень активный атом синглетного кислорода. И озон, и синглетный атомарный кислород могут активно взаимодействовать с химическими веществами, в частности, с компонентами ФПК, что вызывает деструкцию (растрескивание) пластин и снижение их физико-механических свойств. Предельно допустимая концентрация озона в воздухе 1 мг/м3, поэтому необходима вентиляция помещений и рабочей зоны агрегатов, в которых он образуется. В то же время озонирование пластин и облучение их УФ-излучением с длиной волны 254 нм устраняет липкость поверхности, что используется на практике при выполнении операции финишинга готовых флексографских фотополимерных печатных форм.
Молекулярный кислород является достаточно сильным ингибитором фотоинициированной радикальной полимеризации ФПМ, так как дезактивирует возбужденные состояния фотоинициаторов, а также взаимодействует с первичными продуктами их диссоциации или растущими макрорадикалами с образованием значительно менее реакционноспособных пероксидных радикалов, что тормозит полимеризацию. Концентрация молекулярного кислорода в ФПМ определяет длительность индукционного периода, то есть времени, в течение которого происходит подавление роста макромолекул. После полного расходования молекулярного кислорода скорость фотополимеризации сильно возрастает. Таким образом, ускорить процесс фотоинициированной радикальной полимеризации и увеличить его полноту, то есть сократить длительность операции экспонирования, можно двумя путями: устранением молекулярного кислорода или увеличением концентрации квантов излучения (интенсивности света), инициирующего полимеризацию. Молекулярный кислород присутствует в ФПК вследствие его растворения в компонентах ФПК, что происходит при их синтезе, который проводят, как правило, в аэробных условиях, и в результате диффузии кислорода из окружающего пространства. Равновесная концентрация растворенного кислорода в основных компонентах ФПК сравнительно невелика, поэтому преимущественным путем пополнения молекулярного кислорода является его проникновение (диффузия) извне. Коэффициенты диффузии молекулярного кислорода сильно зависят от физико-химических свойств ФПК и их компонентов. В твердых (по агрегатному состоянию) фотополимеризующихся материалах (ТФПМ), к которым относятся и флексографские ФПМ, коэффициенты диффузии молекулярного кислорода на два-четыре порядка меньше, чем в жидких фотополимеризующихся материалах (ЖФПМ), к которым относятся УФ-лаки и УФ-краски. Растворенный в ТФПМ молекулярный кислород можно удалить вытеснением его инертным газом (старая технология так называемого газового кондиционирования пластин) или фотохимическим связыванием (современная технология, предполагающая предварительное недлительное облучение пластин со стороны пленочной основы). Следующий за предварительным экспонированием процесс основного экспонирования в таком случае протекает без индукционного периода, так как диффузия молекулярного кислорода извне очень небольшая, а время, необходимое для равновесного насыщения слоя ФПК кислородом, значительно больше времени основного экспонирования.
Для облучения фотополимеризующихся пластин технологически удобно и экономически целесообразно использовать в качестве источника света панель (от нескольких штук до двух–трех десятков) люминесцентных УФ-ламп низкого давления, излучающих в основном в УФ-А области. Но такой многоламповый источник света создает эффект рассеивания (пересекающихся лучей, так называемого диффузного излучения) от разноудаленных ламп панели и формирует печатающие элементы в виде усеченных пирамид с углом наклона боковых граней к основанию меньше 60°. Это вызывает закопировку и слишком большое (до 10–15%) увеличение размера точек отпечатанного изображения по сравнению с оригиналом. Частично этот недостаток устраняет применение точечного источника света (мощной металлгалоидной лампы высокого давления), удаленная от поверхности пластин. Светонаправляющая конструкция (рефлектор) создает поток, содержащий лишь небольшое количество рассеянного света, который формирует более утонченный рельеф печатающих элементов с большим углом наклона боковых граней, приближающийся к вертикальному.
РИС. 1. СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСИМЕРНОЙ ЛАМПЫ,
ЗАПОЛНЕННОЙ ХЛОРИДОМ КСЕНОНА
РИС. 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА ПАНЕЛИ ЛАМП ЛУФ-80
НА РАССТОЯНИИ 5 СМ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ЛАМП Нетривиальное решение задачи равномерного облучения фотополимеризующихся материалов (ФПМ) может быть достигнуто использованием движущейся параллельно поверхности пластины дуговой ртутной лампы среднего давления мощностью до нескольких киловатт и длиной до 1,5 м. Несмотря на большую мощность источника и малое расстояние между лампой и поверхностью пластины, нежелательный нагрев ФПМ предотвращают постоянным возвратно-поступательным перемещением лампы, которое продолжается до тех пор, пока доза облучения (произведение количества квантов света определенной энергии на время облучения) на единице поверхности пластины не достигнет заданной величины.
При фотоинициированной полимеризации жидких фотополимеризующихся материалов (ЖФПМ) в аэробных условиях трудно избежать ингибирующего влияния кислорода воздуха, прежде всего из-за большой скорости его диффузии извне и небольших толщин облучаемых материалов (толщины слоев красок и лаковых покрытий не превышают десятка микрон), что способствует их полному и быстрому насыщению кислородом. Для сокращения длительности индукционного периода в этом случае прибегают к облучению ФПМ большими интенсивностями излучения либо облучением материалов в анаэробных условиях, что достигается насыщением зоны облучения инертным газом. Создание большой интенсивности излучения требует применения мощных ртутно-дуговых или металлгалоидных источников света, эффективного концентрирования светового потока и наличия всего комплекса оборудования, обеспечивающего штатный режим эксплуатации.
Недавно предложены новые источники УФ-излучения - так называемые эксимерные лампы, которые предназначены для фотополимеризации УФ-лаков и УФ-красок. Название «эксимер» (от excited dimer (eximer) - возбужденный димер) говорит о механизме действия таких источников. Рабочим телом эксимерных ламп являются возбужденные комплексы или димеры гомо- или гетероядерных молекул, например, XeCl, KrCl, Ar2. Распад возбужденных эксиплексов вызывает излучение света с характерным для каждого вида молекул максимумом полосы излучения. Для фотополимеризации лаков и красок рекомендованы эксиплексные лампы, заполненные хлоридом ксенона, которые имеют наиболее интенсивное излучение: около 310 нм (рис. 1). При работе таких источников не образуется озон, а температура в рабочей зоне не превышает 30°С.
СВЕТОНАПРАВЛЯЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ
РИС. 3. ИЗОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВЕТА
ПАНЕЛИ ЛАМП ЛУФ-80 НА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
РИС. 4. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ: 1 - АЛЮМИНИЙ; 2 - ХРОМ; 3 - СЕРЕБРОДля синхронного протекания фотохимических реакций в различных участках ФПМ, а также достижения при этом их одинаковых (изотропных) физико-химических и физико-механических свойств необходимо равномерное по интенсивности (изоэнергетическое) облучение всей поверхности ФПМ. С этой целью используют светонаправляющие конструкции (СНК), которые формируют и усиливают световой поток. Чаще всего их называют рефлекторами, но такое название указывает лишь на одну функцию - отражение света, тогда как СНК могут и сепарировать излучение различных длин волн. Необходимость использования СНК подтверждается даже в случае использования панели люминесцентных УФ-ламп. На рис. 2 показано распределение в пространстве энергии излучения от панели, состоящей из 10 ламп ЛУФ-80, и изоэнергетические контуры (рис. 3) на рабочей поверхности (столе) облучателя. Виден неравномерный характер распределения светового потока в различных участках облучаемый поверхности. Для исправления такого искажения и необходимо применять СНК.
Отражательная характеристика различных материалов зависит, в частности, от их химического состава и длины волны отражаемого света. На рис. 4 приведена зависимость коэффициента отражения света в области УФ- и видимого диапазона различными материалами. Алюминий характеризуется высокими коэффициентами отражения света в видимом и УФ-диапазонах, тогда как других материалы отражают УФ-излучение заметно хуже, что характерно, например, для серебра. Высокими коэффициентами отражения УФ-света характеризуются также оксиды бария и магния. Алюминий имеет высокое значение теплопроводности, что важно для обеспечения эффективного теплоотвода из рабочей зоны, поэтому алюминий является одним из основных конструктивных материалов для изготовления СНК.
Размеры и геометрические параметры СНК зависят, прежде всего, от назначения агрегатов, но в полиграфии преимущественно применяют конструкции, имеющие параболическую или эллиптическую формы. Параболические СНК используются для формирования потока излучения равной интенсивности по всей облучаемой поверхности от точечных источников света (рис. 5). Такие устройства целесообразно применять для облучения пластин ФПМ различных типов.
РИС. 5. СХЕМА ОТРАЖЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА ПАРАБОЛИЧЕСКИМ РЕФЛЕКТОРОМ Эллиптический профиль СНК применяют для фокусирования излучения в одном из двух фокусов эллипсоида, в то время как во втором из фокусов расположен источник света. Излучение фокусируют на облучаемый материал (рис. 6). Такие устройства необходимы для аэробного отверждения ЖФПМ (УФ-красок и УФ-лаков). Отраженный эллиптическим рефлектором свет частично попадает на лампу, что вызывает ее перегревание и уменьшение ресурса работы. Этого конструктивного недостатка лишена СНК эллиптического профиля с измененной геометрией вершины (рис. 7), что позволяет направлять и фокусировать поток излучения только на запечатываемый материал, минуя лампу.
Для улучшения теплоотвода от источника света предложен отражатель с открытой вершиной, над которой располагается второй отражатель, направляющий излучение, минуя лампу, на основной отражатель, который фокусирует свет на запечатываемый материал. Такая конструкция СНК обеспечивает эффективную вентиляцию источника света и рабочего пространства, а также концентрирует излучение в зоне перемещения запечатываемого материала.
Основная проблема, возникающая при использовании ртутно-дуговых ламп высокой мощности, то есть высокого и сверхвысокого давления, а также ламп, содержащих в качестве рабочей среды и другие элементы или соединения, заключается в необходимости эффективного отвода тепла от лампы и из рабочего пространства для предотвращения перегрева источника света (значительное сокращение срока эксплуатации) и неконтролируемого повышения температуры запечатываемого материала (недопустимая деформация, особенно тонких полимерных пленок, влияние на их физико-механические свойства). Источником тепла является ИК-излучение, выделяемое лампой при работе, а его доля немалая и достигает 60% от общего энерговыделения ртутно-дуговой лампы высокого давления. Очевидное решение проблемы - разделение энергопотоков источника излучения и использование только УФ-части спектра. Такое решение технически реализовано в конструкциях СНК, имеющих дихроичные отражатели.
РИС. 6. СХЕМА ОТРАЖЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ТОЧЕЧНОГО
ИСТОЧНИКА СВЕТА ЭЛЛИПТИЧЕСКИМ РЕФЛЕКТОРОМ
РИС. 7. СХЕМА ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ СНК С
ИЗМЕНЕННОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ ВЕРШИНЫ Дихроизм - различное поглощение веществом света, зависящее от ориентации электрического вектора световой волны. Дихроичные отражатели состоят из профилеобразующей конструкции, изготовленной из алюминия или специального термостойкого стекла и дихроичного покрытия, нанесенного на внутреннюю (обращенную к лампе) поверхность отражателя. Дихроичное покрытие - многослойная система из нескольких десятков (до 40–50) тонких слоев материалов с различными показателями преломления и строго определенной толщиной каждого слоя, нанесенных на полированную подложку (алюминий или специальное стекло). Слои наносят многоразовым напылением при вакуумировании в среде чистого аргона. Химическая природа материалов дихроичного напыления определяется световыми параметрами конструкции. Для сепарации ИК-, видимого и УФ-излучения применяют слои оксидов кремния и титана с коэффициентами преломления 1,46 и 2,4 соответственно. При прохождении света через слои с различными показателями преломления наблюдается полное внутреннее отражение, которое многократно повторяется. Изготовленное с применением этих материалов покрытие отражает до 90–98% УФ-излучения и одновременно пропускает до 80% ИК-излучения. Отражательная характеристика многослойного дихроичного покрытия на основе диоксидов кремния и титана показана на рис. 8. Для полного отделения ИК-составляющей спектра применяют тепловые (на кварцевой основе) фильтры, которые располагают между лампой и запечатываемым материалом (рис. 9).
АКСЕССУАРЫ
Напряженность электрического поля между электродами лампы зависит от многих факторов, но с ростом силы тока градиент потенциала уменьшается, то есть такой разряд имеет падающую вольт-амперную характеристику, что требует ограничения силы тока в цепи включением дополнительного балластного элемента (сопротивления). В противном случае неограниченный рост тока в цепи будет продолжаться до полного разрушения (взрыва) лампы. Роль балластов, ограничивающих ток лампы при включении в сеть переменного напряжения, выполняют активные, индуктивные или емкостные сопротивления или их комбинации. Если лампу подключают в сеть постоянного тока, то используют только активное сопротивление. В любом случае балласт должен быть таким, чтобы вольт-амперная характеристика схемы в целом имела отчетливо выраженный возрастающий характер. Включение лампы в схему постоянного тока невыгодно, что связано с дополнительным расходом мощности (КПД схемы в целом до 60%). Схемы включения ртутных ламп в сеть переменного тока значительно экономичнее, а главным преимуществом индуктивного балласта (дросселя), который применяется при таком включении, являются малые потери мощности. Для стабилизации мощности ламп используют специальные дроссели с высокой магнитной индукцией сердечника и трансформаторы. Мощные лампы (до 12 кВт) включают в сеть со специальными устройствами, обеспечивающими высоковольтное (до 2000 вольт) питание ламп. Лампы низкого давления включают в сеть переменного тока с последовательным подсоединением дросселя и прерывателя (стартера) к двум электродам лампы. Разработаны и применяются также высокочастотные электронные пуско-регулирующие устройства. Стабилизация параметров электропитания ламп (тока и напряжения) является важным, но не исключительным фактором, обеспечивающим постоянство интенсивности света и спектрального распределения. Важными факторами влияния могут быть температура окружающей среды, загрязнение колб ламп (внутреннее и внешнее) и др.
При снижении напряжения в сети ниже нормируемого показателя происходит отключение лампы, а ее быстрое повторное включение невозможно, так как чем выше температура стенок колб лампы и, соответственно, давление паров ртути, тем более высокое значение напряжения между электродами необходимо для пробоя газоразрядного промежутка. Например, при температуре колбы около 500°С необходимое напряжение зажигания достигает 4000 вольт. Повторное включение лампы возможно после перерыва, во время которого ее температура понизится ниже 200°С. Длительность перерыва зависит от условий охлаждения лампы, состава и давления наполняющего лампу газа и достигает 5–15 мин.
РИС. 8.СПЕКТР, ОТРАЖЕННЫЙ ДИХРОИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ,
СОСТОЯЩИМ ИЗ ДИОКСИДОВ КРЕМНИЯ И ТИТАНА В связи с вышесказанным разработаны специальные схемы включения ламп, предусматривающие два режима: режим работы и режим ожидания, в котором лампа потребляет лишь около 20% энергии и готова для быстрого перехода в рабочий режим горения. Использование закрывающихся шторок, расположенных между лампой и облучаемым материалом, также позволяет не выводить лампу из рабочего режима во время небольших перерывов. Наличие таких затворов предотвращает плавление запечатываемого материала (тонких полимерных пленок) во время остановки машины. Иногда для исключения перегрева пленок СНК поворачивают на 180° во время остановки в работе.
Вентилирование работающих ртутно-дуговых ламп необходимо для предотвращения их перегрева и удаления озона из рабочей зоны. Для эффективного теплоотвода от дихроичного рефлектора его внешнюю поверхность охлаждают воздухом или водой. При воздушном обдуве специально увеличивают площадь охлаждаемой поверхности, а при водном в корпус рефлектора монтируют трубопроводы для циркуляции теплоносителя. Рекомендуется использовать специально очищенную или дистиллированную воду.
Для предотвращения искажения рельефного изображения по сравнению с оригиналом необходимо обеспечить плотный контакт негатива и поверхности фотополимеризующихся пластин, что достигается вакуумированием пространства между негативом и пластиной. Фотополимеризующиеся пластины размещают на рабочих столах, изготовленных из алюминия. Поверхность таких столов-пластинодержателей покрыта сетью взаимоперпендикулярных канавок глубиной 2–3 мм, которые в некоторых местах пересечений соединены с вакуумной системой (ресивер, вакууметр и вакуумный насос). На столе размещают пластину, негатив и сверху затягивают тонкой и прозрачной или матированной полиэтиленовой пленкой (около 80 мкм), которая полностью пропускает УФ-А излучение и большую часть УФ-В диапазона. Внутреннее пространство такого пакета вакуумируют до 133 Па и затем облучают. Предложены также конструкции систем для удаления воздуха между фотоформой и пластиной ФПМ, состоящие из резинового коврика и валиков, которые вследствие волнообразного движения обеспечивают плотный контакт между фотоформой и пластиной ФПМ при вакуумировании пакета.
АССОРТИМЕНТ
РИС. 9. СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ СНК С ДИХРОИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ: 1 - С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ТЕПЛОВЫМ ФИЛЬТРОМ; 2 - С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ОБЛУЧАЕМОГО МАТЕРИАЛАВсе экспонирующие установки комплектуются источниками света, специально рассчитанными для конкретных видов работ. Чаще всего замена вышедшего из строя источника света возможна лишь однотипным. В некоторых случаях возможен выбор подобных источников света других производителей. Небольшой перечень различных типов ламп и их производителей, которые доступны в СНГ, приведен ниже:
РТУТНЫЕ ЛАМПЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ. ДИАПАЗОН УФ-С:
ЛБ («Лисма», Саранск, Россия);
ТН...8 и ТQ (S. Theimer, Германия);
ТН...0 и THO...0 (S. Theimer, Германия);
TUV (Philips, Голландия).
РТУТНЫЕ ЛАМПЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ. ДИАПАЗОН УФ-А:
ЛУФ (ЗГЛ, Полтава, Украина);
TL/05 (Philips, Голландия);
TK....W (S. Theimer, Германия).
РТУТНЫЕ ЛАМПЫ СРЕДНЕГО И ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ:
ДРТ (до 12 кВт, «Лисма», Саранск, Россия);
ДРЛ (до 1 кВт, «Лисма», Саранск, Россия);
ДРШ, ЛБШ (до 1 кВт, «Лисма», Саранск, Россия);
HOK/HTK/HTQ/НРМ (до 30 кВт, Philips, Голландия);
HQL, HWL (OSRAM, Германия).
МЕТАЛЛГАЛОИДНЫЕ ЛАМПЫ:
ТН...0 и THS...0 (S. Theimer, Германия);
ДРИ, ДРТИ (до 3,5 кВт, «Лисма», Саранск, Россия);
ДРИШ (до 4 кВт, «Лисма», Саранск, Россия). |
| Вернуться назад |
|
|
|
|
