دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب

دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب

چکیده

در مقاله جاری مباحث مرتبط با پیاده سازی تکنولوژی دیود های نوری فرابنفش (UV LED) در زمینه فرآوری روکش چوب مورد بحث قرار می گیرد. بویژه،  کاربرد اشعه ماورای بنفش (UV) با قابلیت آب ‌برد و مزیت‌ های ‌این فن آوری از نقطه نظر محیطی و اثر کربن مورد بررسی قرار گرفته و ویژگیهای کاربردی آن در زمینه روکش چوب با بهره گیری از تکنولوژی دیود های نوری فرابنفش بررسی می شود. بعلاوه، تاثیرات اقتصادی این راهکار نیز عرضه می شود. هدف از‌ این مقاله مشخص سازی این موضوع است که استفاده از تکنولوژی UV LED در فرآیند روکش چوب به میزان زیادی قابلیت کاهش تاثیرات محیطی و اثر کربن بر جای مانده از این فرآیند بدون تاثیرگذاری منفی بر عملیات صنعتی فرآوری روکش چوب را خواهد داشت.

کلمات کلیدی: روکش چوب، اشعه ماورای بنفش، دیود نوری

دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب

مقدمه 

با توجه به رکود اقتصادی اخیر و تاثیر آن بر بازار ، صنایع فرآوری فرابنفش (UV) روکش چوب همچنان از فرصت مطلوبی در بازار بهره مند می باشند. دلیل این امر وجود مولفه های مختلفی، نظیر کاهش هزینه فرآوری، بهره‌ وری مطلوب و ارائه راه حل‌ محیطی با توجه به نیازهای فزاینده مشتریان، است که سبب تداوم سیر رو بجلوی این صنعت گردیده است.

نظر به توسعه سیستم‌ های UV از سوی تولید کنندگان، اطلاع از آنکه چگونه مؤلفه ‌های – فرعی کلیدی در تعامل با یکدیگر به ما در زمینه ساخت سیستم های بهینه کمک می کنند می تواند سبب کاهش تاثیرات مخرب فرآوریهای مغایر محیط زیست شده و در نهایت موجب تامین و ارتقای بهره‌ وری محصول شوند.

صرفه‌ جویی در انرژی و تاثیرات محیطی

به هنگام مقایسه سیستم‌ های فرآوری UV، فاکتورهای زیر را باید مدنظر قرار داد.

• هزینه مالکیت سیستم

• عملکرد لامپ

• عملکرد سیستم

هزینه تملک سیستم

جزئیات هزینه مدل مالکیتی در تعامل و مشارکت با Tikkurila AB و  Robert Bürkle GmbH بر مبنای سیستم ‌های کاربردی حقیقی پوشش ‌دهی صنعتی که در ‌این مقاله مورد بررسی قرار می‌گیرند، بنا شده است. به هنگامی‌که اقدام به مقایسه هزینه‌های بین یک لامپ قوسی و یک سیستم UV LED  می‌نماییم، این موضوع مهم خواهد بود تا کلیه عوامل مرتبط را در نظر بگیریم تا آنکه قابلیت یک ارزیابی متناسب در زمینه هزینه کلی مالکیت را داشته باشیم که خود شامل موارد ذیل خواهد بود:

• هزینه اکتساب / تحصیل

• هزینه انرژی و سرویس‌ها‌ / خدمات

• هزینه نصب

• هزینه حفظ  و نگهداری و مواد قابل مصرف

• هزینه زمان توقف و میزان بازده

• هزینه اصطلاک و جایگزینی.

با توجه بدین عوامل Bürkle این موضوع را تشریح‌ نمود که می توان صرفه‌ جویی قابل توجهی را از یک لامپ M1.4، با احتساب ۰۰۰/۱۰€ برای هر لامپ به طور سالیانه، حاصل آورد. حدود ۶۰ درصد این صرفه‌جویی مستقیما ناشی از صرفه جویی انرژی بوده و بقیه نیز ناشی از کاهش/ حذف موارد ذیل خواهد بود:

• حذف ضرورت زدایش ازن

• کاهش حجم‌ زدایش هوا به میزان ۵۰ درصد (حذف رویه سرد سازی UV )

• کاهش در زمان وقفه مرتبط با تعمیر و حذف و نگهداری به میزان تقریبا ۸۰ درصد

• ارتقای بازده محصول به میزان تقریبا ۵ درصد

از نکته‌ نظر مسایل کربنی هر لامپ UV LED به طور میانگین از مصرف ۵۰ درصد کمتر از یک لامپ قوسی مشابه بشرح ذیل برخوردار است:

• وضعیت روشن و خاموش فوری اجازه خواهد داد تا قابلیت تعیین موقعیت روشن/ خاموش فوری به هنگام نیاز را داشته باشیم. البته در‌اینجا وضعیت خواب یا استند بای (حالت وقفه-انتظار) وجود ندارد.‌ این چرخه وظیفه همچنین به میزان قابل توجهی سبب گسترش دوره حیات مفید لامپ به میزان ۶ الی ۸ سال خواهد شد.

• تکنولوژی LED در مبحث انرژی رسانای برقی در یک لامپ UV مفید، به میزان ۲۵ الی ۳۰ درصد در مقایسه با کمتر از ۱۰ درصد در لامپ‌های قوسی، کارایی دارد.

• برای یک خط پوشش معمولی می توان صرفه‌ جویی انرژی با مرتبه ۳۰ درصد را  حاصل نمود که بسیار بیش از هزینه سرمایه گذاری حدودا ۵/۶ درصد برای لامپهایLED  انتخابی در برابر لامپهای قوسی است. البته پدیده صرفه ‌جویی انرژی به عنوان یک رویه پیشرو همچنان ادامه دارد.

• هر لامپ در خلال سال تقریبا کمتر از  الکتریسته مصرف می‌کند. چنین میزانی مساوی با حدودا ۲۵ تن CO₂ خواهد بود ( الکتریسته تشکیل دهنده یک ایستگاه برق گازی به میزان ۲ برابر زغال سنگ خواهد بود). به منظور جبران انتشار CO₂ از یک لامپ قوسی  در حدود ۲۰۰ درخت را می‌بایست در طول سال کاشت یا آنکه ۱۰ ماشین را از جاده بیرون برد.

در برخی از برنامه‌های کاربردی صرفه‌ جویی انرژی می‌تواند در حقیقیت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار باشد. به طور مثال، با داشتن یک پوشش UV آب ‌برد از Tikkurila قابلیت جایگزین نمودن تعداد ۴ لامپ معمولی  با یک UV LED بدون هرگونه اتلاف در عملکرد وجود خواهد داشت.

دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب

عملکرد لامپ

چندین منبع UV مختلف برای تولید کنندگان صنعتی لامپهای سنتی بخار جیوه قوسی وجود دارد،‌ لامپهای مایکروویو و LED UV حالت جامد از ‌این جمله می‌باشند. درک تفاوتها و مشخصه‌ها در انتخاب منبع نوری مهم خواهد بود.

ورود انرژی و خروجی اندازه گیری شده UV

به هنگامی‌که یک تولید کننده لامپ UV سنتی، مشخصه‌های توان آن را برحسب وات بر ‌اینچ (WPI) یا وات بر cm اعلام می‌نماید، این موارد در حقیقت بازگوکننده توان به کار رفته شده در حباب لامپ می‌باشند و نه خروجی توان لامپها. یک لامپ ۴۰۰WPI در حقیقت تولید کننده ۴۰۰WPI نخواهد بود بلکه آن را مصرف می‌نماید. برای یک لامپ قوسی تنها درصد کوچکی از خروجی نور UV می‌باشد. اغلب انرژی تولیدی در ارتباط با فرآوری بعمل‌آوری و کاربرد خاص نمی‌باشد.

توزیع طیفی – طول موج‌ های مفید

به علاوه، غالب لامپهای بخار جیوه طیف گسترده‌ای از نور را تولید می‌کنند (۲۰۰-۸۰۰nm– با الگوهای ساطع شدگی خاص که وابسته به فرآیند دوپه شدگی یا ماده استفاده شده در فرآیند تغلیظ می‌باشد) که از آن تنها درصد ‌اندکی برای فراوری UV مفید خواهد بود.

عملکرد سیستمی : فرمولاسیون مواد

به هنگام انتخاب یک منبع نوری UV نه تنها مهم می‌باشد تا عملکرد منبع UV را مورد توجه قرار دهیم، بلکه فرمولاسیون موادی که در بسیاری از جهات بسیار حیاتی‌تر در زمینه موفقیت سیستم فرآوری مطرح می‌باشند را نیز باید مدنظر قرار داد.

دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب

مواد مناسب برای فرآوری UV LED 

یکی از مسایل اصلی که سبب محدود شدن کاربرد گسترده UV LED می‌شود موجود بودن مواد متناسبی است که در فرآوری محدوده UVA کاربرد داشته و در تعامل با کارآیی آن و مدیریت “تنها UV-A” و همچنین خروجی آن نقش قابل توجهی را ‌ایفا می‌نماید ( بنابراین فرآوری سطحی ممکن است مشکل‌تر باشد).

مشتریان به سرعت خواستار مشخص ساختن مزیت‌های بالقوه فرآوری UV LED بوده و قبلا در برخی از صنایع نظیر چاپ دیجیتال، مقیاس گسترده‌ای از‌این تکنولوژی به کار گرفته شده است.

آغازگرهای نوری

آغازگر نوری یا مخلوطی از ‌این سیستم نقش مهمی ‌‌را در تعیین میزان فرآوری بازی می‌کند اما انتخاب اولیگیمر (oligomer) و مونومر نیز جزء عوامل مهم به شمار می‌آیند. برای فرآوری رادیکال آزاد، واکنش با جذب انرژی UV به وسیله فتوآغازگر شروع شده و سپس فتوآغازگر تحریک گردیده و اقدام به تولید رادیکال‌های آزاد نموده و بدین وسیله فرآِیند پلیمریزاسیون رخ خواهد داد. 

آغازگر نوری دقیقا یکی از اجزای کوچک چنین سیستمی ‌به شمار می‌آید که همچنین شامل اولیگمرها (رنگ‌دانه) و مونومرها نیز می‌باشد. در حقیقت‌ این آغازگر نوری تنها درصد کوچکی از سیستم UV  معمولی ۱۰-۵/۰% را تشکیل می‌دهد.

دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب

تمرکز کاربردی : روکش چوب

نتایج کاربردی آزمایشات انجام شده بوسیله Tikkurila AB،  شامل مطالعه چوب کاج با استفاده از سیلر شفاف همراه با سیستم رنگ‌دانه‌ای آب‌برد همچنین گونه‌‌های شفاف آب‌برد و رنگ‌ دانه‌ای برای دربها و پلکان و پارکت کف پوش، مشخص شده است. به علاوه، نرخ فرآوری برای یک پوشش سطح بالا با استفاده از آنالیز FTIR مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

فرآوری LED چوب کاج حساس به دما

در مطالعه اخیر انجام شده بوسیله Tikkurila AB مشاهدات ذیل با توجه به فرآوری پوشش ها برمبنای حساسیت چوب کاج به دما و با توجه به UV آب‌برد انجام شده است.

فرآوری LED چوب کاج حساس به دما معرف ارتقای قابل توجهی در زمینه چسبندگی گره‌ها می‌باشد. کلاس چسبندگی پس از فرآوری LED به میزان ۰-۱ در مقایسه با سطوح چسبندگی بسیار پایین تا ۴ پس از فرآوری استاندارد UV  بوده است. هیچگونه ترشح رزین نیز مشاهده نشده است (  شکل ۸ب).

نشر حرارتی و دمای سطح کمتر

به واسطه کارایی عملیات بالا و خنک سازی آب یک UV LED ،‌منابع نوری حرارت بسیار پایینی را تولید می‌کنند. دمای سطح یک منبع نوری UV LED به میزان ۴۰ الی ۵۰ درجه سانتیگراد می‌باشد، که نتیجه آن دمای سطح بسیار پایین (۲۵ الی ۳۰ درجه سانتیگراد) خواهد بود. چنین امری به فرآوری UV اجازه خواهد داد تا بر روی مواد کاملا حساس به حرارت تمرکز نماید. سیستم‌‌های UV سنتی ۶۵ الی ۷۰ درصد از توان ورودی خود را به حرارات تبدیل می‌کردند.

تا به حال دماهای فزاینده سطح بر روی محصولات پوشش داده شده سبب بروز مشکلاتی در زمینه خطوط تولید و کاربرد شده است.‌ این مشکلات لک‌شدگی به واسطه جوش، رزین‌‌های حاصل شده از چوب کاج، لایه شدگی چوبهای سه‌لایه که به وسیله چسب به یکدیگر متصل شده‌اند و محصولات فرآوری شده – UV هستند که احتمالا به رنگ زرد تبدیل می‌شوند.

فرآوری LED سیستم رنگدانه آب برد

فرآوری UV LED منجر به سیستم رنگدانه‌ای آب‌برد در یک اتمسفر خنثی می‌شود که در جدول ۱ نشان داده شده است.‌ این فرآوری در سطوح غلظت اکسیژن ۶% با یک دوز UV 356mJ/cm2 اعمال گردید. غلظت‌‌های چسب رنگدانه موجود تجاری نیز اضافه شدند،‌ که‌ این میزان در حدود ۱۰% از حجم هر یک از مواد چسبنده رنگدانه‌ای بوده است.

فرآوری LED در صنایع درب و پله سازی (درود گری)  

در ‌این آزمایش گونه‌‌های رنگدانه‌ای و شفاف آب ‌برد در Tikkurila مورد آزمایش قرار گرفتند. در‌این آزمایش حالت خنثی مورد نیاز نمی‌باشد. چنین امری سب بروز امکان بهره‌گیری از سوبسترها یا زیر لایه‌‌های سطح مقطع را خواهد داد. آزمایشات Tikkurila بر روی نمونه‌ها برای یک تولید کننده پله و پوشش‌‌های سطح چوب در حال انجام می‌باشد. هدف از ‌این کار توسعه محصولات رنگدانه‌ای برای خطوطی است که هم اکنون از دو لامپ گالیم و دو لامپ جیوه استفاده می‌کنند و می‌بایست جایگزین تنها یک لامپ UV LED گردد.

فرآوری LED در صنعت ساخت پارکت

Tikkurila AB اقدام به توسعه لاک الکل مرغوب برای استفاده در صنعت پارکت نموده است. بر‌این مبنا می‌توان از خواص ذیل نام برد :

• بوی کمتر به هنگام فرآوری

• لاک الکل به هنگامیکه مرطوب می‌شود زرد رنگ می‌گردد، اما رنگ زرد آن به هنگامیکه به وسیله UV فرآوری می‌شود در مقایسه با فرآوری UV معمولی بسیار کمتر مشهود خواهد بود (ΔB 0,04/0,94)،

آنالیز نرخ فرآوری

برحسب نرخ فرآوری   UVفرضیه کلی آن است که شدت افزایش یافتن پیک به عنوان عامل کلیدی در افزایش سرعت یا نرخ فرآوری به شمار می‌آید. در صورتیکه یک منبع نوری  ۲W/cm² UV LED به صورت مناسب باشد، سپس ۸W/cm² به میزان چهار برابر بهتر خواهد بود! البته در مباحث عملی واقعیت پیچیده‌تر از ‌این موضوعات می‌باشد، نرخ فرآوری به عنوان تابع نه تنها میزان انرژی UV، بلکه همچنین میزان انطباق متناسب انرژی UV برمبنای واکنش طیفی آغازگر نوری استفاده شده در ‌این فرمولاسیون می‌باشد.

مزیت‌‌های کلی UV-LED برای روکش چوب :

• توان یکپارچه لامپها در امتداد کل پهنای کاری

• عدم وجود موارد دور ریختنی همانند لامپهای قدیمی‌ که حاوی فلزات سنگین نظیر گالیوم و جیوه می‌باشند.

• نفوذ عالی تابش UV، همچنین با لاک الکل یا جلای رنگدانه‌ای.

• خطر کمتر آغازگرهای نوری فرآوری نشده

• استفاده از چوب چنار با رتبه‌‌های پایین‌تر

خلاصه مزیت‌‌های منابع LED

تکنولوژی LED دارای تفاوتهای متمایز متعددی در مقایسه با سیستمهای لامپ قوسی متعارف می‌باشند. به طور خلاصه‌این تفاوتها عبارتند از :

• اندازه بسته بندی کوچک،

• روش آسانتر جهت سرهم کردن

• وزن کمتر

• مصرف انرژی کمتر

…

دیودهای نوری فرابنفش و فرآوری روکش چوب

نتیجه‌گیری

داده‌‌ های عرضه شده به عنوان یک مبحث پیشنهادی حداقلی برای حاصل آوردن نتیجه‌گیری‌‌های کلی مدنظر می‌باشند- بسیاری از آنها از طریق آزمایشات و کاربردهای بررسی شده در ‌این مقاله مورد تصدیق قرار گرفته و همراه با نتایج کاری ما و آزمایشات مواد بسیار متفاوت UV در خلال چندین سال (هر دوی UV LED بهینه شده و “غیر بهینه شده”) مشخص و مورد تست قرار گرفته اند.

1. برای یک صرفه‌جویی انرژی خط پوشش معمولی در مرتبه ۳۰% یا بهتر قابل حصول خواهد بود.

2. ارتقاء‌ در هر دوی فرآوری و بازده، پارامترها، با توجه به آنکه تکنولوژی UV LED امکان‌پذیر می‌باشد.

3. تکنولوژی UV LED و پوشش‌‌های سازگار می‌توانند به میزان زیادی سبب کاهش تاثیر محیطی و کربن حاصله از فرآیندهای پوشش‌دهی چوب بدون وجه‌المصالحه قرار دادن عملکرد پوششی باشند.

4. منابع UV LED در غالب کاربردهای فرآوری UV بیش از قابلیت خود عمل خواهند نمود آن هم به هنگامیکه مواد به گونه‌ای فرمول بندی شده باشند تا آنکه قابلیت پذیرش انرژی فراهم شده موجود باشد. به هنگامیکه محدودیت‌‌هایی هنوز در محدوده مواد مبتنی بر UV موجود برای اشخاص تهیه کننده فرمولها وجود دارد هیچگونه شکی نیست که فرمولاسیون عملی – برای تقریبا هرگونه کاربرد UV– امکان‌پذیر خواهد بود

5. شدت پیک و مجموع انرژی یک منبع UV LED در ناحیه UV-A به طور نسبی برای عملکرد فرآوری در مقایسه با طول موج پیک خاص منبع UV LED در ناحیه UV-A () مهمترخواهد بود. در انتها انرژی برحسب واکنش می تواند بر طول موج – حداقل به هنگامیکه محدوده‌‌های طول موج نسبتا نزدیک با هم در ‌این طیف باشند- غلبه نماید.

6. افزایش سرعت فرآوری در بسیاری از رویه‌‌های کاربردی UV عملی مهم است، اما می‌توان آنها را از طریق فرمولاسیون مواد صرفه‌ن ظر از هرگونه افزایش عملی در شدت پیک یا ورودی انرژی محدود ساخت. به عنوان یک مبحث عملی، باید دانست که البته کلیه مواد UV قابلیت عملکرد بهتری با توجه به نرخ‌‌های فرآوری سریع‌تر را نخواهند داشت.

چشم‌انداز موجود بودن فزاینده مواد بطور متناسب جهت حاصل آوردن فرمولاسیون‌‌های بهینه UV LED همراه با قابلیت‌‌های رو برشد و هزینه‌‌های متناسب اقتصادی موجود برای این سیستم‌‌ها، سبب تصریح استفاده از سیستم‌‌های UV LED در بسیاری از کاربردها خواهد شد.