Technologia UV jest przez wielu uważana za „wschodzącą” technologię utwardzania powłok przemysłowych. Choć dla wielu w branży powłok przemysłowych i motoryzacyjnych może być nowością, w innych branżach jest obecna od ponad trzech dekad…
Technologia UV jest przez wielu uważana za „wschodzącą” technologię utwardzania powłok przemysłowych. Choć dla wielu w branży powłok przemysłowych i motoryzacyjnych może być nowością, w innych branżach jest obecna od ponad trzech dekad. Ludzie chodzą po winylowych podłogach pokrytych powłoką UV każdego dnia, a wielu z nas ma je w swoich domach. Technologia utwardzania UV odgrywa również ważną rolę w przemyśle elektroniki użytkowej. Na przykład, w przypadku telefonów komórkowych, technologia UV jest wykorzystywana do powlekania obudów z tworzyw sztucznych, powłok chroniących wewnętrzne podzespoły elektroniczne, elementów klejonych UV, a nawet do produkcji kolorowych ekranów w niektórych telefonach. Podobnie, przemysł światłowodowy i DVD/CD wykorzystuje wyłącznie powłoki i kleje UV i nie istniałby w obecnej formie, gdyby technologia UV nie umożliwiła ich rozwoju.
Czym jest utwardzanie UV? Najprościej rzecz ujmując, jest to proces sieciowania (utwardzania) powłok poprzez proces chemiczny inicjowany i podtrzymywany energią UV. W mniej niż minutę powłoka przekształca się ze stanu ciekłego w stały. Istnieją fundamentalne różnice w niektórych surowcach i funkcjonalności żywic w powłoce, ale są one niewidoczne dla użytkownika powłoki.
Konwencjonalny sprzęt do aplikacji, taki jak pistolety natryskowe z rozpylaniem pneumatycznym, HVLP, dzwony obrotowe, powlekanie przepływowe, powlekanie wałkowe i inne, nakłada powłoki UV. Jednak zamiast umieszczać powłokę w piecu termicznym po nałożeniu powłoki i odparowaniu rozpuszczalnika, powłoka jest utwardzana energią UV generowaną przez systemy lamp UV, które oświetlają powłokę z minimalną ilością energii potrzebną do utwardzenia.
Przedsiębiorstwa i gałęzie przemysłu wykorzystujące zalety technologii UV osiągnęły wyjątkowe wartości, zapewniając wyższą wydajność produkcji i lepszy produkt końcowy, przy jednoczesnym zwiększeniu zysków.
Wykorzystanie atrybutów UV
Jakie kluczowe cechy można wykorzystać? Po pierwsze, jak wspomniano wcześniej, utwardzanie jest bardzo szybkie i może odbywać się w temperaturze pokojowej. Pozwala to na wydajne utwardzanie podłoży wrażliwych na ciepło, a wszystkie powłoki można utwardzać bardzo szybko. Utwardzanie UV jest kluczem do wydajności, jeśli ograniczeniem (wąskim gardłem) w procesie jest długi czas utwardzania. Ponadto, szybkość pozwala na znacznie mniejszą powierzchnię roboczą procesu. Dla porównania, konwencjonalna powłoka wymagająca 30-minutowego wygrzewania przy prędkości linii 15 stóp na minutę wymaga przenośnika o długości 450 stóp (ok. 137 m) w piecu, podczas gdy powłoka utwardzana promieniowaniem UV może wymagać przenośnika o długości zaledwie 25 stóp (ok. 7,6 m) (lub mniej).
Reakcja sieciowania UV może skutkować powłoką o znacznie wyższej trwałości fizycznej. Chociaż powłoki mogą być produkowane w taki sposób, aby były twarde do zastosowań takich jak podłogi, można je również wytwarzać w sposób bardzo elastyczny. Oba rodzaje powłok – twarde i elastyczne – są stosowane w zastosowaniach motoryzacyjnych.
Te cechy napędzają ciągły rozwój i upowszechnianie się technologii UV w lakierach samochodowych. Oczywiście, utwardzanie powłok przemysłowych promieniowaniem UV wiąże się z pewnymi wyzwaniami. Głównym zmartwieniem właściciela procesu jest możliwość naświetlenia wszystkich obszarów złożonych elementów promieniowaniem UV. Cała powierzchnia powłoki musi zostać naświetlona minimalną energią UV wymaganą do jej utwardzenia. Wymaga to dokładnej analizy części, odpowiedniego ułożenia części oraz odpowiedniego rozmieszczenia lamp w celu wyeliminowania obszarów zacienionych. Jednakże, nastąpiły znaczące ulepszenia w zakresie lamp, surowców i produktów, które przezwyciężają większość tych ograniczeń.
Oświetlenie przednie samochodowe
Specyficznym zastosowaniem motoryzacyjnym, w którym technologia UV stała się standardem, jest branża oświetlenia samochodowego, gdzie powłoki UV są stosowane od ponad 15 lat i obecnie stanowią 80% rynku. Reflektory składają się z dwóch głównych elementów, które wymagają pokrycia powłoką – soczewki poliwęglanowej i obudowy odbłyśnika. Soczewka wymaga bardzo twardej, odpornej na zarysowania powłoki, aby chronić poliwęglan przed czynnikami atmosferycznymi i uszkodzeniami mechanicznymi. Obudowa odbłyśnika pokryta jest warstwą bazową UV (podkładem), która uszczelnia podłoże i zapewnia ultra gładką powierzchnię do metalizacji. Rynek powłok bazowych odbłyśników jest obecnie w 100% utwardzany promieniowaniem UV. Głównymi powodami wprowadzenia tej technologii są zwiększona wydajność, niewielkie gabaryty procesu produkcyjnego i doskonałe właściwości powłoki.
Chociaż stosowane powłoki są utwardzane promieniami UV, zawierają rozpuszczalnik. Jednak większość nadmiaru natrysku jest odzyskiwana i ponownie wprowadzana do procesu, co pozwala osiągnąć wydajność nanoszenia bliską 100%. Celem przyszłych prac rozwojowych jest zwiększenie udziału części stałych do 100% i wyeliminowanie potrzeby stosowania utleniacza.
Zewnętrzne części plastikowe
Jednym z mniej znanych zastosowań jest nakładanie lakieru bezbarwnego utwardzanego promieniami UV na formowane w kolorze listwy boczne nadwozia. Początkowo powłoka ta została opracowana w celu zmniejszenia żółknięcia winylowych listew bocznych nadwozia podczas ekspozycji na czynniki zewnętrzne. Powłoka musiała być bardzo wytrzymała i elastyczna, aby zachować przyczepność i nie pękać pod wpływem uderzeń przedmiotów w listwę. Przewagą powłok UV w tym zastosowaniu jest szybkość utwardzania (niewielkie wymiary procesu) oraz doskonałe właściwości użytkowe.
Panele nadwozia SMC
Materiał do formowania arkuszy (SMC) to materiał kompozytowy, który od ponad 30 lat jest stosowany jako alternatywa dla stali. SMC składa się z żywicy poliestrowej wypełnionej włóknem szklanym, która została odlana w arkusze. Arkusze te są następnie umieszczane w formie kompresyjnej i formowane w panele nadwozia. SMC jest materiałem, który można wybrać, ponieważ obniża koszty oprzyrządowania w przypadku małych serii produkcyjnych, zmniejsza wagę, zapewnia odporność na wgniecenia i korozję oraz daje większą swobodę stylistom. Jednak jednym z wyzwań związanych z wykorzystaniem SMC jest wykończenie elementu w zakładzie montażowym. SMC jest podłożem porowatym. Gdy panel nadwozia, teraz zamontowany w pojeździe, przechodzi przez piec lakierniczy, może wystąpić wada lakiernicza znana jako „wybuchy porowatości”. Wymaga to co najmniej naprawy punktowej, a jeśli wybrzuszeń jest wystarczająco dużo, całkowitego ponownego lakierowania nadwozia.
Trzy lata temu, aby wyeliminować tę wadę, firma BASF Coatings wprowadziła na rynek hybrydowy uszczelniacz UV/termiczny. Zastosowanie hybrydowego utwardzania wynika z faktu, że nadmiar natrysku zostanie utwardzony na powierzchniach niekrytycznych. Kluczowym krokiem w eliminacji „wybrzuszeń porowatości” jest wystawienie na działanie promieniowania UV, co znacznie zwiększa gęstość usieciowania odsłoniętej powłoki na powierzchniach krytycznych. Nawet jeśli uszczelniacz nie otrzyma minimalnej dawki promieniowania UV, powłoka nadal spełnia wszystkie pozostałe wymagania dotyczące wydajności.
Zastosowanie technologii podwójnego utwardzania w tym przypadku zapewnia nowe właściwości powłoki dzięki utwardzaniu promieniowaniem UV, zapewniając jednocześnie współczynnik bezpieczeństwa powłoki w zastosowaniach o wysokiej wartości. To zastosowanie nie tylko pokazuje, jak technologia UV może zapewnić unikalne właściwości powłoki, ale także, że system powłok utwardzanych promieniowaniem UV jest odpowiedni do stosowania w przypadku drogich, produkowanych seryjnie, dużych i złożonych części samochodowych. Powłoka ta została zastosowana na około milionie elementów nadwozia.
Lakier bezbarwny OEM
Można śmiało powiedzieć, że segmentem rynku technologii UV o największej widoczności są powłoki Klasy A na zewnętrzne panele nadwozia samochodowego. Firma Ford Motor Company zaprezentowała technologię UV w prototypowym samochodzie Concept U na targach North American International Auto Show w 2003 roku. Zaprezentowana technologia powłok to lakier bezbarwny utwardzany promieniami UV, opracowany i dostarczony przez firmę Akzo Nobel Coatings. Powłoka ta została nałożona i utwardzona na poszczególnych panelach nadwozia wykonanych z różnych materiałów.
Na Surcar, wiodącej globalnej konferencji poświęconej powłokom samochodowym, odbywającej się co dwa lata we Francji, DuPont Performance Coatings i BASF wygłosiły w 2001 i 2003 roku prezentacje na temat technologii utwardzania UV lakierów bezbarwnych. Celem tego rozwoju jest poprawa podstawowego aspektu satysfakcji klienta w zakresie lakierów – odporności na zarysowania i uszkodzenia. Obie firmy opracowały powłoki hybrydowe (UV i termiczne). Celem rozwoju technologii hybrydowej jest minimalizacja złożoności systemu utwardzania UV przy jednoczesnym zachowaniu docelowych właściwości użytkowych.
Zarówno DuPont, jak i BASF zainstalowały linie pilotażowe w swoich zakładach. Linia DuPont w Wuppertalu umożliwia utwardzanie całych warstw. Firmy produkujące powłoki muszą nie tylko wykazać się dobrą wydajnością powłok, ale także zaprezentować rozwiązanie w zakresie linii lakierniczej. Jedną z innych zalet utwardzania UV/termicznego, o których wspomina DuPont, jest to, że długość odcinka lakieru bezbarwnego na linii wykończeniowej można skrócić o 50% poprzez proste zmniejszenie długości pieca termicznego.
Od strony inżynieryjnej firma Dürr System GmbH przedstawiła koncepcję zakładu montażowego do utwardzania promieniami UV. Jednym z kluczowych czynników w tych koncepcjach było umiejscowienie procesu utwardzania promieniami UV na linii wykończeniowej. Rozwiązania inżynieryjne obejmowały umiejscowienie lamp UV przed, wewnątrz lub za piecem termicznym. Firma Dürr uważa, że istnieją rozwiązania inżynieryjne dla większości opcji procesowych, uwzględniające aktualnie opracowywane receptury. Firma Fusion UV Systems zaprezentowała również nowe narzędzie – komputerową symulację procesu utwardzania promieniami UV nadwozi samochodowych. Rozwój ten miał na celu wsparcie i przyspieszenie wdrażania technologii utwardzania promieniami UV w zakładach montażowych.
Inne aplikacje
Trwają prace rozwojowe nad powłokami z tworzyw sztucznych stosowanymi we wnętrzach samochodów, powłokami na felgi aluminiowe i kołpaki, lakierami bezbarwnymi na dużych, formowanych w formach elementach kolorowych oraz na elementach pod maską. Proces UV jest stale weryfikowany jako stabilna platforma utwardzania. Jedyną zmianą jest to, że powłoki UV są stosowane do bardziej złożonych, droższych części. Stabilność i długotrwała żywotność tego procesu zostały potwierdzone w zastosowaniu w przednim oświetleniu. Rozpoczęto go ponad 20 lat temu i obecnie jest standardem branżowym.
Chociaż technologia UV ma, jak niektórzy uważają, „fajny” charakter, celem branży jest zapewnienie najlepszych rozwiązań problemów wykańczalni. Nikt nie korzysta z technologii dla samej technologii. Musi ona przynosić korzyści. Korzyści te mogą wynikać ze zwiększonej wydajności związanej z szybkością utwardzania. Mogą one również wynikać z ulepszonych lub nowych właściwości, których nie udało się osiągnąć przy użyciu obecnych technologii. Mogą wynikać z wyższej jakości powłoki już za pierwszym razem, ponieważ jest ona krócej podatna na zabrudzenia. Mogą również pomóc w redukcji lub wyeliminowaniu lotnych związków organicznych (LZO) w zakładzie. Technologia ta może przynieść korzyści. Branża UV i wykańczalnie muszą nadal współpracować, aby tworzyć rozwiązania, które poprawią wyniki finansowe wykańczalni.
Czas publikacji: 14 marca 2023 r.
