水银蒸汽灯

电弧灯和无极微波灯都属于汞蒸汽灯，是关键的紫外线固化光源之一。汞蒸汽灯是一种中压气体放电灯，其中少量的元素汞和惰性气体被汽化成等离子体，密封在石英管内。等离子体是一种具有极高温度的电离气体，能够导电。它是在电弧灯的两个电极之间施加电压或通过将无极微波灯放入类似家用微波炉的封闭腔内进行微波加热而产生的。一旦汽化，汞等离子体会发出涵盖紫外线、可见光和红外光的广谱光线。

在电弧灯的情况下，施加的电压使密封的石英管通电。这种能量使汞气化成等离子体，并从气化的原子中释放出电子。一部分电子（-）流向灯的正钨电极或阳极（+），并进入紫外线系统中的电气电路。带有新缺失电子的原子成为正电荷的阳离子（+），流向灯的负钨电极或阴极（-）。在移动过程中，阳离子撞击气体混合物中的中性原子。撞击将电子从中性原子转移到阳离子上。阳离子获得电子后，会降至较低能量状态。能量差以光子的形式释放，从石英管向外辐射。只要灯得到适当的供电、正确的冷却，并在有用的使用寿命内操作，不断生成的阳离子（+）不断地向阴极（-）移动，撞击更多的原子并产生持续的紫外线排放。微波灯的工作原理与此相似，只是微波，也称为射频（RF），取代了电路。由于微波灯没有钨电极，只是一个包含汞和惰性气体的密封石英管，因此它们通常被称为无电极灯。由于微波灯没有钨电极，只是一个包含水银和惰性气体的密封石英管，因此通常被称为无电极灯。由于微波灯没有钨电极，只是一个包含汞和惰性气体的密封石英管，因此通常被称为无电极灯。

宽带或广谱汞蒸气灯的紫外线输出包括紫外线、可见光和红外光波长，大致 equal proportion。紫外线部分包括 UVC（200 至 280 纳米）、UVB（280 至 315 纳米）、UVA（315 至 400 纳米）和 UVV（400 至 450 纳米）波长的混合。发出低于 240 纳米波长 UVC 的灯会产生臭氧，需要排气或过滤。

汞蒸汽灯的光谱输出可以通过添加少量掺杂剂来改变，例如：铁 (Fe)、镓 (Ga)、铅 (Pb)、锡 (Sn)、铋 (Bi) 或铟 (In)。添加的金属改变了等离子体的成分，从而改变了阳离子获得电子时释放的能量。添加金属的灯被称为掺杂的、添加剂的和金属卤化物灯。大多数紫外线配方的墨水、涂层、粘合剂和挤压物都设计用来匹配标准汞 (Hg) 或铁 (Fe) 掺杂灯的输出。铁掺杂灯将部分紫外线输出转移到更长的、接近可见光的波长，从而更好地穿透更厚、颜色更深的配方。含有二氧化钛的紫外线配方在镓 (GA) 掺杂灯下更容易固化。这是因为镓灯将显著部分的紫外线输出转移到380纳米以上的波长。由于二氧化钛添加剂通常不吸收380纳米以上的光，使用含有白色配方的镓灯，使得更多的紫外线能量被光引发剂吸收，而不是被添加剂吸收。

光谱曲线为配方师和终端用户提供了一种视觉表示，展示了特定灯设计的辐射输出如何在电磁频谱上分布。虽然气化汞和添加剂金属具有明确的辐射特性，但石英管内元素和惰性气体的精确混合、灯的结构以及固化系统的设计都会影响紫外线输出。由灯供应商在露天条件下供电和测量的非集成灯的光谱输出与安装在具有精心设计的反射器和冷却系统的灯座内的灯的光谱输出是不同的。光谱曲线很容易从紫外线系统供应商那里获得，并且在配方开发和灯的选择中很有用。

常见的光谱曲线将光谱辐照度绘制在纵轴上，波长绘制在横轴上。光谱辐照度可以以几种方式显示，包括绝对值（例如 W/cm2/nm）或任意、相对或标准化（无单位）的措施。这些曲线通常以折线图或柱状图的形式显示信息，其中输出被分组到10 nm的范围内。以下GEW系统的汞弧灯和铁弧灯光谱输出图显示了相对于波长的相对辐照度：

灯是欧洲和亚洲用来指代发出紫外线的石英管的术语，而南北美洲的人们则倾向于使用灯泡和灯这两个术语的混合使用。 灯和灯头都指代包含石英管和所有其他机械及电气组件的完整组件。

电极弧光灯

电弧灯系统包括灯头、冷却风扇或冷却器、电源和人机界面（HMI）。灯头包括灯（灯泡）、反光镜、金属外壳或外壳、快门组件，有时还包括石英窗或钢丝护罩。GEW将石英管、反光镜和快门机构安装在可以轻松从灯头外壳或外壳中取出的盒式组件内。通常使用单个内六角扳手即可在几秒钟内取出GEW盒式组件。由于紫外线输出、灯头的整体尺寸和形状、系统功能和辅助设备需求因应用和市场而异，电弧灯系统通常为特定类别应用或类似机器类型而设计。 

水银蒸汽灯从石英管中发出360°的紫外线、可见光和红外线。这在下图1中有所说明。弧光灯系统使用位于灯的侧面和背面的反射器来捕获并聚焦更多的能量到灯头前面的指定距离。这在下图2中有所展示。能量集中的点被称为焦点。这是辐照度最大的地方。弧光灯在焦点处通常发出5到12 W/cm2的光。在某些紫外线固化系统中，二色涂层被应用于反射器表面，以吸收不需要的红外能量。在灯和反射器的图像中，红外线显示为红色，紫外线显示为蓝色。二色涂层吸收红外能量，从而减少向固化表面以及周围机器组件的热传递。

图像 1

图像 2

大约有25%的灯发出的紫外线直接照射在固化表面上。这在图像3中有所显示，该图像展示了光线在90°角范围内发出。剩余的75%的紫外线输出被引导到270°反射器上，并在焦点处集中（图像4）。因此，保持反射器清洁并定期更换反射器非常重要。不清洁或更换反射器会显著减少反射的能量，这是导致固化不足和降低生产线速度的常见原因之一。

图像 3

图像 4

GEW在过去的30多年里，一直在提高其固化系统的效率，根据特定应用和市场的需求定制功能和产量，并开发了大量集成配件。因此，今天的GEW商业产品包括紧凑的外壳设计、优化以提高UV反射率和减少红外的反射器、安静的整体快门机构、网页裙和槽、贝壳式网页供料、氮气惰化、正压头、触摸屏操作界面、固态电源、更高的操作效率、UV输出监测和远程系统监测。

当中压电弧灯运行时，石英表面温度在600°C到800°C之间，内部等离子体温度达到数千摄氏度。强制通风是维持正确灯操作温度和去除部分辐射红外能量的主要手段。GEW 以负压供应空气；这意味着空气被吸入外壳，沿着反射器和灯，并从组件中排出，远离机器或固化表面。一些GEW系统，如E4C，采用液体冷却，这使得紫外线输出略大，并减少了整体灯头的尺寸。

电极弧灯有预热和冷却周期。灯在启动时几乎没有冷却。这使汞等离子体能够达到所需的的操作温度，产生自由电子和阳离子，并允许电流流动。当灯头关闭时，冷却将继续运行几分钟，以均匀冷却石英管。过热的灯将无法重新启动，并且必须继续冷却。启动和冷却周期的长度以及每次电压打击期间电极的退化，这就是为什么GEW电极弧灯组件总是集成气动快门机构的原因。

以下图片是风冷（E2C）和水冷（E4C）电弧灯。

随着世界监管机构对汞使用的监管加强，水银蒸汽灯正受到越来越多的关注。您可以在此了解汞监管目前对印刷行业的影响.

UV LED 灯

半导体是固体晶体材料，具有一定的导电性。与绝缘体相比，电流更容易通过半导体；但与金属导体相比，电流通过半导体的效率较低。天然存在的但效率较低的半导体包括元素硅、锗和硒。人为制造的、为输出和效率设计的半导体是化合物材料，其中杂质被精确地渗透到晶体结构中。在紫外线LED中，通常使用的材料是铝镓氮（AlGaN）。

半导体是现代电子产品的基础，被设计成形成晶体管、二极管、发光二极管和微处理器。半导体器件被集成到电子电路中，并安装在手机、笔记本电脑、平板电脑、家电、飞机、汽车、遥控器甚至儿童玩具等产品内部。这些微小但强大的组件使日常产品能够正常工作，同时使物品更加紧凑、更薄、更轻便和更实惠。 

在特殊情况下，对于LED灯，精心设计和制造的半导体材料在连接到直流电源时会发出相对狭窄波长范围的光。只有当电流从每个LED的正阳极（+）流向负阴极（-）时，才会产生光。由于LED输出可以快速且轻松地控制并且准单色，LED灯非常适合用作指示灯、红外通信信号、电视、笔记本电脑、平板电脑和智能手机的背光；电子标志、广告牌和巨型显示器；以及紫外线固化。

LED 是一个正负结（p-n 结）。这意味着 LED 的一部分带有正电荷，被称为阳极（+），而另一部分带有负电荷，被称为阴极（-）。虽然两侧都相对导电，但两部分相遇的结边界，即耗尽区，是不导电的。当直流（DC）电源的正（+）端连接到 LED 的阳极（+），电源的负（-）端连接到阴极（-）时，阴极中的带负电的电子和阳极中的带正电的空穴在电源的作用下被推入耗尽区。这称为正向偏置，其效果是克服不导电的边界。结果是，n型区域的自由电子会跨过边界，填补p型区域的空穴。当电子穿过边界时，它们会进入一个能量较低的状态。相应的能量下降会以光子的形式从半导体中释放出来。

形成结晶LED结构的材料和掺杂剂决定了光谱输出。今天，商业上可获得的LED固化源的紫外线输出集中在365、385、395和405 nm，典型公差为±5 nm，且具有高斯光谱分布。峰光谱辐照度（W/cm2/nm）越高，钟形曲线的峰值越高。虽然在275至285 nm之间的UVC开发正在进行中，但输出、寿命、可靠性和成本在当前的固化系统和应用中尚未达到商业可行性。

由于目前UV LED的输出仅限于较长的UVA波长，UV LED固化系统不会发出中压汞蒸气灯那样的宽带光谱输出。这意味着UV LED固化系统不会发出UVC、UVB、大部分可见光和产生热量的红外波长。虽然这使得UV LED固化系统能够在更多对温度敏感的应用中使用，但现有的为中压汞灯配制的油墨、涂层和粘合剂必须重新配制以适用于UV LED固化系统。幸运的是，化学供应商正在越来越多地设计双固化体系。这意味着旨在与UV LED灯一起使用的双固化配方也将在汞蒸气灯下固化。

GEW的UV LED固化系统在发射窗口处可发出高达30 W/cm2。与电弧灯不同，UV LED固化系统不包含将光线集中聚焦的反射器。因此，UV LED峰值辐照度发生在靠近发射窗口的位置。当灯头与固化表面之间的距离增加时，发射的UV LED光线相互发散。这减少了到达固化表面的光集中度和辐照度。虽然峰值辐照度对交联很重要，但不断提高的辐照度并不总是有利的，甚至可能抑制更高的交联密度。波长（nm）、辐照度（W/cm2）和能量密度（J/cm2) 所有这些在治愈中都起着关键作用，在选择UV LED源期间，应正确理解它们对治愈的集体影响。

LEDs是兰伯特源。换句话说，每个UV LED在360° x 180°的半球内均匀地输出正向功率。许多UV LED，每个大约一平方毫米，被排列在一个行、矩阵或其他配置中。这些子组件，称为模块或阵列，被设计有LED之间的间距，以确保在缝隙处混合并促进二极管冷却。然后将多个模块或阵列排列在更大的组件中，以形成各种尺寸的UV固化系统。构建UV LED固化系统所需的其他组件包括散热器、发射窗口、电子驱动器、直流电源、液体冷却系统或冷却器以及人机界面（HMI）。

由于UV LED固化系统不辐射红外波长，它们本质上比汞蒸汽灯向固化表面传递更少的热能，但这并不意味着UV LED应被视为冷固化技术。UV LED固化系统可以发出非常高的峰值辐照度，紫外线波长是一种能量形式。任何未被化学物质吸收的输出都会使下面的零件或基底以及周围的机器部件加热。 

UV LED 也是电气元件，其效率受到原材料半导体设计和制造方法以及用于将 LED 包装到更大固化装置中的封装组件的限制。汞蒸汽石英管在运行过程中必须保持在 600 至 800°C 之间，而 LED 的 p-n 结温必须保持在 120°C 以下。只有 35-50% 的驱动 UV LED 阵列的电能被转换为紫外线输出（高度依赖于波长）。其余的则转化为热能，必须散去以保持所需的结温并确保规定的系统辐照度、能量密度、均匀性和使用寿命。LEDs本质上是长寿命的固态设备，将LEDs整合到具有适当设计和维护的冷却系统的大组件中对于实现长寿命规格至关重要。并非所有的UV固化系统都一样，设计和冷却不当的UV LED固化系统有更高的过热和灾难性故障的可能性。

我们关于LED UV固化常见问题的答案可以在本页找到。

弧光/LED混合灯

在任何市场中，当新技术替代现有技术时，人们对于采用新技术可能会有所顾忌，并对新技术的性能持怀疑态度。潜在用户通常会延迟采用，直到有一个成熟的安装基础、案例研究被发布、正面的推荐信开始大规模传播、以及/或者他们从他们信任的人和公司那里获得第一手的经验或推荐。在市场完全放弃旧技术并全面转向新技术之前，通常需要确凿的证据。不幸的是，成功的故事往往被严格保密，因为早期采用者不希望竞争对手意识到可以获得类似的益处。因此，无论是真实的还是被夸大的失望故事有时都会在整个市场中产生共鸣，掩盖新技术的真实优点，并进一步延迟采用。 

纵观历史，为了应对不情愿的采用，混合设计经常被接受作为现有技术和新技术之间的过渡桥梁。混合设计使用户能够获得信心，并自行决定新产品的使用方式和时间，而不会牺牲当前的能力。在紫外线固化的情况下，混合系统允许用户快速且轻松地在汞蒸汽灯和LED技术之间切换。对于有多个固化站的生产线，混合设计使印刷机可以100%使用LED，100%使用汞蒸汽，或者根据特定工作的要求，使用两种技术的任何组合。

GEW为轮转印刷机提供弧光/LED混合系统。该解决方案是为GEW最大的市场，窄幅标签印刷机而开发的，但这种混合设计在其他轮转和非轮转应用中也有用武之地。弧光/LED系统采用通用灯头外壳，可以容纳汞蒸汽灯或LED灯板。两个灯板都使用通用电源和控制系统。系统内的智能功能能够识别灯板类型，并自动提供适当的电源、冷却和操作界面。使用单个艾伦扳手，通常在几秒钟内即可安装或拆卸GEW的汞蒸汽灯或LED灯板。

准分子灯

准分子灯是一种发出准单色紫外线能量的气体放电灯。虽然准分子灯有多种波长，但常见的紫外线输出集中在172、222、308和351纳米。172纳米的准分子灯落在真空紫外线波段（100到200纳米）内，而222纳米则完全是UVC（200到280纳米）。308纳米的准分子灯发出的是UVB（280到315纳米），351纳米则完全是UVA（315到400纳米）。

172 纳米真空紫外线波长比 UVC 更短，能量更高；然而，它们很难穿透到物质的深处。事实上，172 纳米波长在顶部 10 到 200 纳米的 UV 制定化学物质中被完全吸收。因此，172 纳米准分子灯只能交联 UV 制定的最外表面，并且必须与其他固化装置结合使用。由于真空紫外线波长也被空气吸收，172 纳米准分子灯必须在氮气惰性气氛中操作。

大多数准分子灯包含一个作为电介质障碍物的石英管。管内填充能够形成准分子或准三重态分子的稀有气体。不同的气体产生不同的分子，不同的激发分子决定了灯发出的波长。一根高电压电极沿着石英管的内部长度延伸，而接地电极沿着外部长度延伸。高频率的电压被脉冲输入到灯中。这导致电子在内部电极内流动，并向外部接地电极放电穿过气体混合物。这个科学现象称为电介质障碍放电（DBD）。当电子通过气体时，它们与原子相互作用，产生激发或离子化的物种，从而生成准分子或准三重态分子。准分子和激发态分子具有极短的寿命，并且当它们从激发态分解到基态时，会发出准单色分布的光子。 

与汞蒸汽灯不同，准分子灯的石英管表面不会变热。因此，大多数准分子灯在几乎没有冷却的情况下运行。在其他情况下，需要较低水平的冷却，这通常由氮气提供。由于灯的热稳定性，准分子灯可以立即开启/关闭，不需要预热或冷却循环。

当172 nm的准分子灯与准单色UVA LED固化系统和宽带汞蒸汽灯结合集成时，会产生哑光表面效果。UVA LED灯首先用于凝胶化学反应。然后准单色准分子灯用于聚合表面，最后宽带汞蒸汽灯交联剩余的化学物质。这三种技术在不同阶段应用的独特光谱输出带来了有益的光学和功能表面固化效果，这单独使用任何一种UV光源无法实现。 

172 和 222 纳米的准分子光波长也能有效破坏有害有机物和有害细菌，这使得准分子灯在表面清洁、消毒和表面能量处理方面具有实际应用价值。

您可以在此了解更多关于GEW的准分子灯的信息。

灯泡寿命

关于灯或灯泡的寿命，GEW的弧光灯通常可以使用1000小时。灯泡的寿命不是绝对的，因为紫外线输出会随着时间的推移逐渐减少，并且会受到各种因素的影响。灯的设计和质量、紫外线系统的运行条件以及配方的反应性都会影响灯泡的寿命。正确设计的紫外线系统确保提供特定灯（灯泡）设计所需的正确功率和冷却。

GEW提供的灯具（灯泡）在用于GEW固化系统时，总是能提供最长的使用寿命。次要供应来源通常通过对样品进行反向工程来复制灯具，这些复制可能不包含相同的灯头、石英直径、汞含量或气体混合物，这些都可能影响紫外线输出和热生成。当热生成没有与系统冷却平衡时，灯具在输出和寿命上都会受到影响。运行温度较低的灯具发出的紫外线较少。运行温度较高的灯具使用寿命较短，并且在表面温度高时会变形。

电弧灯的寿命受到灯的运行温度、运行小时数和启动次数的限制。每次启动时，高电压电弧击打灯丝，都会磨损一点钨电极。最终，灯将无法重新启动。电弧灯配备了遮光器机构，在启用时，可以阻挡紫外线输出，作为反复切换灯电源的替代方案。更反应性的油墨、涂层和粘合剂可能会导致更长的灯寿命；而较少反应性的配方可能需要更频繁地更换灯。

UV LED系统本质上比传统灯泡更耐用，但UV LED的寿命也不是绝对的。与传统灯泡一样，UV LED也有其驱动极限，通常必须将结温保持在120°C以下。过驱动和欠冷却LED都会影响寿命，导致更快的退化或灾难性故障。并非所有UV LED系统供应商目前都能提供符合20,000小时以上最高 established寿命的 designs。设计和维护更好的系统将超过20,000小时，而劣质系统将在更短的时间内失效。好消息是，LED系统设计在每次设计迭代中都在不断改进和耐用。

臭氧

当较短的UVC波长影响氧气分子（O2）时，它们使氧气分子（O2）分裂成两个氧原子（O）。自由氧原子（O）然后与其它氧气分子（O2）碰撞并形成臭氧（O3）。由于三氧（O3）在地面上比双氧（O2）不稳定，臭氧在大气中漂移时会很容易地还原为一个氧气分子（O2）和一个氧原子（O）。自由氧原子（O）然后在排气系统内重新结合在一起，形成氧气分子（O2）。

在工业紫外线固化应用中，当大气中的氧气与240纳米以下的紫外线波长相互作用时，会生成臭氧（O3）。宽带汞蒸汽固化光源发出200到280纳米之间的UVC，这与臭氧生成区域部分重叠，而准分子灯则发出172纳米的真空紫外线或222纳米的UVC。由汞蒸汽和准分子固化灯生成的臭氧是不稳定的，且在高水平下具有毒性，但它是呼吸系统的刺激物，因此有必要将其从工人周围的立即区域去除。由于商业紫外线LED固化系统发出365到405纳米之间的UVA输出，所以不会生成臭氧。

臭氧的气味类似于金属、燃烧的电线、氯和电火花的气味。人类的嗅觉可以检测到低至0.01到0.03百万分之一（ppm）的臭氧。虽然因人而异和活动水平而异，但浓度超过0.4 ppm可能导致不良的呼吸道影响和头痛。应在紫外线固化线上安装适当的通风设备，以限制工人接触臭氧。

UV固化系统通常设计用于在排气空气离开灯头时将其 contained，以便将其通过管道引导远离操作员并排出建筑物外，在氧气和阳光的存在下自然衰减。或者，无臭氧灯包含一种石英添加剂，可阻挡产生臭氧的波长，使希望避免管道或在屋顶打孔的设施受益。在其他情况下，排气系统在排气风扇的出口处使用过滤器来中和臭氧，并消除屋顶穿透。