紫外线灯管

利用紫外线的特殊作用制成的灯管

紫外线灯管是利用紫外线的特殊作用制成的灯管。广泛用于竹木地板、家具、装饰材料、印刷、印铁制罐、塑胶涂装、标牌、电路板、光盘等行业；紫外线灯管也是半导体、电子元件、液晶等粘接固化的理想光源。

定义

紫外线即Ultraviolet，简称UV，其中按波段的不同，紫外线灯管分为UV-A，UV-B，UV-C UV-V 各具有不同的用途。

1、低压紫外线灯管即杀菌灯、汞齐灯则主要用于杀菌消毒，油烟净化，污水处理，废气处理等，另外UV-B还主要用于紫外线检验，医疗治疗等。

2、强紫外线高压紫外线灯管由高品质的纯石英管材制造而成，使紫外线能高程度及大量的穿透，其弧长度(发光长度)可由5厘米至300厘米不等，常见功率为每厘米30W至200W，超大功率UV灯一般在每厘米200W或以上操作，该灯光谱有效范围在350-450nm之间，主波峰为365nm，有700多个品种，功率由100w-25kw。

紫外线灯管的寿命一般指其能维持足够的能量进行操作的时间，在此期间其能量逐渐衰减直至低于可接受的范围为止，一般情况标准的UV灯能放射足够的UV能量达800小时，进口的UV灯可达1500小时以上。

分类

可按每厘米灯管的能量(W/CM)来分类，商业化UV灯管分为80，100，120，150, 160及240W/CM。UV输出和固化速度之间往往并不是线性关系。二者之间的关系取决于多种因素，比如涂层、基材、反射器几何形状及灯的总效率数等，颜料材料对热的敏感程度，颜料以及涂膜的厚度等都会影响到紫外光源的效能。

UV波段含盖100-400nm范围，但由于UV固化涂料一般在200-450nm有活性，商用UV固化灯具也都围绕此范围设计，以便在此区域内产生高的UV光强。

常用紫外固化光源主要包括汞蒸气灯、金属卤化物灯、无极灯和氙灯等类型。从灯具结构上看，可将灯具分为两种不同类型的UV灯具系统：有电极灯具（弧灯）和无电极灯具（无极灯）。

汞蒸气压灯

最常用的UV光源是汞蒸气灯，汞蒸气灯可分成三种：低压汞灯（10-100帕），中压汞灯（~100000帕）和高压汞灯（100000帕）。应指出的是，高、中、低压汞灯是按照国际通用标准定义的，与国内的称谓有所不同。早期的紫外固化加工过程使用低压来固化含苯乙烯的聚酯。由于这种灯源输出功率很小，很快就被中压汞灯所取代。国内一般将上述中压汞灯称为高压汞灯。汞蒸气压的灯管是一根长度不等（最长可达120米）内部注有汞的密封透明石英管。电极一般由钨制成，位于两端，当两极间通过电流时便发电弧。

尽管石英比较昂贵，但是所有用于UV聚合反应的汞蒸气灯管都由石英制成。主要原因是，石英有三个重要的性质很适合于制作紫外灯管：（1）对紫外线透明，不吸收或很少吸收UV；（2）是热的不良导体；（3）热膨胀系数低，石英的纯度和其他微量化合物的存在会影响灯的发射特性。灯管是一个熔融石英管，管壁厚度大约为1MM，外径为20~25MM，弧灯总长达2M，复杂的电极布局（电子发射器、基座、导体等）密封于石英管的两端，石英管含有用于发射能量的汞以及启动气体，通常是氩气。

当给灯具通电以后，在两极之间产生电弧。随着电极间电压的增加，气体的温度升高，使汞蒸发，产生汞蒸气弧光并发射具有特征的紫外光。当全功率工作时，灯具还会发射可见光以及部分红外光（IR）。弧灯需要几分钟的预热时间（从2~10分钟不等），才能达到完整的光谱输出，这是因为汞在石英管内必须完全被气化。在开始的预热期，输入的功率较多地耗于预热灯的电极部件，最后使管内存在的汞全部气化。因此，诱导期长是这种灯的缺点之一。此外，如果工作期间电源突然中断，汞会迅速凝结，难以立刻重新启动。而较重的热载也要求有冷却时间。通常关机后需要冷却一段时间（15-20MIN），然后才能再次启动。因此，弧灯要安装机械或电子光闸，以防止高强度的IR烧坏介质，同时也能使灯管产生最小的热量及能量消耗。灯管中的电极和填充物之间会产生化学反应，随着时间的推延，会逐渐减少UV输出。此外灯具的每一次开关都可能引起填充物在石英管上的沉积，而缩短灯具的寿命。灯的平均寿命为1000-1500小时。

金属卤化物灯

为了变更和调整输出光谱，得到更适合于特定用途的灯，灯管内可加入其他材料。将金属卤化物如铝、锗、镁、铊和其他金属的碘化物加在汞中，发射的波长会朝长波长方向移动。例如，使用碘化镁时，镁输出280nm、310nm和385的谱线，能增高固化速率。

填充碘化亚铁的高压汞灯，由于在灯中填充了不同量的碘化亚铁，得到了比较理想的光谱分布，铁谱线（358nm，372nm，373.7nm,374.5nm,382nm等等）增强活力了紫外区的辐射能量,是高压汞灯能量输出的3-4倍.该灯是在强紫外高压汞灯的基础上添加金属卤化使其在有效光谱350nm-450nm之间的辐射增强。金属卤素灯适用于干膜、湿膜、绿色阻焊剂的曝光和紫外油墨的固化，该灯的最大特点是紫外强度高。

无极灯

无极灯的灯管直径比较小，只有9-15mm。与其他商品化灯具的不同之处在于无电极，电能通过电磁辐射的方式，耦合到含汞以及其他添加剂的真空石英管中，灯管总长度为15-25cm.无极灯是微波启动灯管，可以即时开关，平均寿命可达6000小时。有电极汞灯的一个缺点，需要几分钟来预热，而关机又需要几分钟来启动，而无极灯系统冷启动所花的时间小于9s，热启动所花时间小于15s。

氙灯

氙灯最初是为摄影领域的应用而开发的，人们己将注意力移向在UV固化领域的应用。氙是气体，因此它既可作连续光源，也可作脉冲光源。作为连续性光源时它的氙电弧本质上是连续的，紫外输出低而红外区较高。在脉冲氙气闪光灯中，由于气体压力增高和等离子区温度上升使UV输出提高。等离子区的温度与电流密度和灯管直径的平方根成正比。

寿命

一般来说，紫外线灯管不会象日常用的日光灯那样会烧毁。反而，特殊的石英套管材料会出现一种光化学老化过程叫老化作用。这个变化会减少辐射到水中的紫外线能量。参考图B显示了一个典型的紫外线强度下降和点亮时间的相对关系。

一般的国产灯管的有效使用寿命在500小时左右（进口灯管寿命1600～1800小时）

传导

紫外线在穿透物体的时候，能量会被吸收。超过95%的紫外线能量会穿过质量好的石英套管。紫外线在水中的穿透率会因水中未溶解物和悬浮固体的类型和数量的不同而变化。通过取样和测试，液体对254纳米紫外线能量的吸收能力参数-称作有效吸收值（C of A）可以被测定。

其它因素

水流模式：为了取得最大的紫外线杀菌效果，紫外线杀菌装置设计上应该没有死角和取得最大的照射时间。涡流流动设计比层状流动设计好。

紫外线装置外壳：外壳的材料应该是抗紫外线的。在特定的超纯水系统运用中，在紫外线装置内部的涉水部分的材料应该是电镀抛光的316L不锈钢。

温度：紫外线灯管的工作温度会影响灯管的效率。水温会影响紫外线的穿透率。

注意

1、严禁频繁启动紫外线灯管，特别是在短时间内，以确保紫外灯管寿命。

2、定期清洗：根据水质情况，紫外线灯管和石英玻璃套管需要定期清洗，用酒精棉球或纱布擦试灯管，去除石英玻璃套管上污垢并擦净，以免影响紫外线的透过率，而影响杀菌效果。