Technologia UV jest przez wielu uważana za „nowoczesną” technologię utwardzania powłok przemysłowych. Chociaż może to być nowość dla wielu osób w branży powłok przemysłowych i motoryzacyjnych, w innych branżach istnieje już od ponad trzydziestu lat…
Technologia UV jest przez wielu uważana za „nowoczesną” technologię utwardzania powłok przemysłowych. Chociaż może to być nowość dla wielu osób w branży powłok przemysłowych i motoryzacyjnych, w innych branżach jest ona stosowana od ponad trzydziestu lat. Ludzie codziennie chodzą po podłogach winylowych pokrytych promieniami UV i wielu z nas ma je w swoich domach. Technologia utwardzania promieniami UV odgrywa również ważną rolę w przemyśle elektroniki użytkowej. Na przykład w przypadku telefonów komórkowych technologię UV wykorzystuje się do powlekania plastikowych obudów, powłok chroniących wewnętrzną elektronikę, elementów klejonych promieniami UV, a nawet do produkcji kolorowych ekranów w niektórych telefonach. Podobnie branża światłowodów i płyt DVD/CD wykorzystuje wyłącznie powłoki i kleje UV i nie istniałaby w takiej formie, jaką znamy dzisiaj, gdyby technologia UV nie umożliwiła jej rozwoju.
Czym zatem jest utwardzanie promieniami UV? Najprościej jest to proces sieciowania (utwardzania) powłok w procesie chemicznym inicjowanym i podtrzymywanym przez energię UV. W mniej niż minutę powłoka przekształca się z cieczy w ciało stałe. Istnieją zasadnicze różnice w niektórych surowcach i funkcjonalności żywic w powłoce, ale są one niezauważalne dla użytkownika powłoki.
Konwencjonalne urządzenia do aplikacji, takie jak pistolety natryskowe rozpylane powietrzem, HVLP, dzwony obrotowe, powlekanie przepływowe, powlekanie rolkowe i inny sprzęt, nakładają powłoki UV. Jednakże, zamiast trafiać do pieca termicznego po nałożeniu powłoki i wybłysku rozpuszczalnikiem, powłoka jest utwardzana energią UV wytwarzaną przez systemy lamp UV zorganizowanych w sposób, który oświetla powłokę minimalną ilością energii potrzebną do utwardzenia.
Firmy i branże wykorzystujące zalety technologii UV zapewniły niezwykłą wartość, zapewniając najwyższą wydajność produkcji i doskonały produkt końcowy, jednocześnie zwiększając zyski.
Wykorzystanie atrybutów UV
Jakie są kluczowe atrybuty, które można wykorzystać? Po pierwsze, jak wspomniano wcześniej, utwardzanie jest bardzo szybkie i można je przeprowadzić w temperaturze pokojowej. Pozwala to na efektywne utwardzanie podłoży wrażliwych na ciepło, a wszystkie powłoki można utwardzać bardzo szybko. Utwardzanie promieniami UV jest kluczem do produktywności, jeśli ograniczeniem (wąskim gardłem) w procesie jest długi czas utwardzania. Ponadto prędkość pozwala na proces o znacznie mniejszej powierzchni. Dla porównania, konwencjonalna powłoka wymagająca 30-minutowego wypalania przy prędkości linii 15 stóp na minutę wymaga przenośnika o długości 450 stóp w piecu, podczas gdy powłoka utwardzana promieniami UV może wymagać tylko przenośnika o długości 25 stóp (lub mniej).
Reakcja sieciowania UV może skutkować powłoką o znacznie lepszej trwałości fizycznej. Chociaż powłoki można formułować tak, aby były trudne do zastosowań takich jak podłogi, można je również wykonać tak, aby były bardzo elastyczne. Obydwa rodzaje powłok, twarde i elastyczne, stosowane są w zastosowaniach motoryzacyjnych.
Te cechy stanowią siłę napędową ciągłego rozwoju i penetracji technologii UV w powłokach samochodowych. Oczywiście istnieją wyzwania związane z utwardzaniem powłok przemysłowych promieniami UV. Główną troską właściciela procesu jest możliwość wystawienia wszystkich obszarów złożonych części na działanie energii UV. Cała powierzchnia powłoki musi być wystawiona na działanie minimalnej energii UV wymaganej do utwardzenia powłoki. Wymaga to dokładnej analizy części, ułożenia części i rozmieszczenia lamp w celu wyeliminowania obszarów cienia. Jednakże wprowadzono znaczące ulepszenia w zakresie lamp, surowców i gotowych produktów, które przezwyciężyły większość tych ograniczeń.
Oświetlenie przodu samochodu
Specyficznym zastosowaniem w motoryzacji, gdzie promieniowanie UV stało się standardową technologią, jest przemysł motoryzacyjny, w którym powłoki UV są stosowane od ponad 15 lat i obecnie stanowią 80% rynku. Reflektory składają się z dwóch głównych elementów, które wymagają pokrycia — soczewki z poliwęglanu i obudowy reflektora. Soczewka wymaga bardzo twardej, odpornej na zarysowania powłoki chroniącej poliwęglan przed czynnikami atmosferycznymi i uszkodzeniami fizycznymi. Obudowa reflektora posiada warstwę bazową UV (podkład), która uszczelnia podłoże i zapewnia wyjątkowo gładką powierzchnię do metalizacji. Rynek lakierów bazowych do reflektorów jest obecnie zasadniczo w 100% utwardzany promieniami UV. Głównymi powodami wdrożenia była zwiększona produktywność, niewielki ślad procesowy i doskonałe właściwości użytkowe powłok.
Chociaż stosowane powłoki są utwardzane promieniami UV, zawierają rozpuszczalnik. Jednakże większość nadmiernego natrysku jest odzyskiwana i zawracana do procesu, osiągając bliską 100% wydajność przenoszenia. Przyszły rozwój skupia się na zwiększeniu zawartości substancji stałych do 100% i wyeliminowaniu potrzeby stosowania utleniacza.
Zewnętrzne części plastikowe
Jednym z mniej znanych zastosowań jest nakładanie utwardzanego promieniami UV lakieru bezbarwnego na formowane w kolorze boczne listwy nadwozia. Początkowo powłoka ta została opracowana w celu zmniejszenia żółknięcia winylowych listew bocznych nadwozia pod wpływem zewnętrznej ekspozycji. Powłoka musiała być bardzo wytrzymała i elastyczna, aby zachować przyczepność bez pękania pod wpływem przedmiotów uderzających w kształtkę. Czynnikami przemawiającymi za zastosowaniem powłok UV w tym zastosowaniu są szybkość utwardzania (mały obszar procesu) i doskonałe właściwości użytkowe.
Panele nadwozia SMC
Mieszanka do formowania arkuszy (SMC) to materiał kompozytowy stosowany jako alternatywa dla stali od ponad 30 lat. SMC składa się z żywicy poliestrowej wypełnionej włóknem szklanym, która została odlana w arkusze. Arkusze te są następnie umieszczane w formie tłocznej i formowane w panele korpusu. Można wybrać SMC, ponieważ obniża koszty oprzyrządowania w przypadku małych serii produkcyjnych, zmniejsza wagę, zapewnia odporność na wgniecenia i korozję oraz daje stylistom większą swobodę. Jednakże jednym z wyzwań w zastosowaniu SMC jest wykończenie części w zakładzie montażowym. SMC jest porowatym podłożem. Kiedy panel nadwozia znajdujący się obecnie w pojeździe przechodzi przez piec do lakierowania lakieru bezbarwnego, może wystąpić defekt lakieru zwany „wyskokiem porowatości”. Będzie to wymagało przynajmniej naprawy punktowej lub, jeśli będzie wystarczająco dużo „trzasków”, pełnego ponownego pomalowania nadwozia.
Trzy lata temu, starając się wyeliminować tę wadę, firma BASF Coatings wprowadziła na rynek hybrydowy uszczelniacz UV/termiczny. Powodem stosowania utwardzania hybrydowego jest to, że nadmiar lakieru zostanie utwardzony na niekrytycznych powierzchniach. Kluczowym krokiem w celu wyeliminowania „wyskoków porowatości” jest ekspozycja na energię UV, znacznie zwiększającą gęstość usieciowania odsłoniętej powłoki na krytycznych powierzchniach. Jeśli uszczelniacz nie otrzyma minimalnej energii UV, powłoka nadal spełnia wszystkie inne wymagania użytkowe.
Zastosowanie technologii podwójnego utwardzania w tym przypadku zapewnia nowe właściwości powłoki poprzez wykorzystanie utwardzania promieniami UV, zapewniając jednocześnie współczynnik bezpieczeństwa powłoki w zastosowaniach o wysokiej wartości. To zgłoszenie nie tylko pokazuje, w jaki sposób technologia UV może zapewnić unikalne właściwości powłoki, ale także pokazuje, że system powłok utwardzanych promieniami UV jest opłacalny w przypadku dużych i skomplikowanych części samochodowych o dużej wartości, w dużych ilościach. Powłokę tę zastosowano na około milionie paneli nadwozia.
Lakier bezbarwny OEM
Prawdopodobnie segment rynku technologii UV o najwyższej widoczności to powłoki klasy A zewnętrznych paneli nadwozia samochodowego. Firma Ford Motor Company zaprezentowała technologię UV w prototypowym pojeździe, samochodzie Concept U, na North American International Auto Show w 2003 roku. Zademonstrowaną technologią powlekania był lakier bezbarwny utwardzany promieniami UV, opracowany i dostarczony przez Akzo Nobel Coatings. Powłokę tę nałożono i utwardzono na poszczególne panele nadwozia wykonane z różnych materiałów.
Na Surcar, najważniejszej światowej konferencji poświęconej powłokom motoryzacyjnym, odbywającej się co dwa lata we Francji, zarówno DuPont Performance Coatings, jak i BASF przedstawiły w latach 2001 i 2003 prezentacje na temat technologii utwardzania UV lakierów bezbarwnych do samochodów. Motywacją do tego rozwoju jest poprawa podstawowego problemu zadowolenia klienta w zakresie farby – odporności na zarysowania i uszkodzenia. Obie firmy opracowały powłoki utwardzane hybrydowo (UV i termicznie). Celem podążania ścieżką technologii hybrydowej jest minimalizacja złożoności systemu utwardzania UV przy jednoczesnym osiągnięciu docelowych właściwości użytkowych.
Zarówno DuPont, jak i BASF zainstalowały linie pilotażowe w swoich zakładach. Linia DuPont w Wuppertalu posiada możliwość utwardzania całych ciał. Firmy zajmujące się powłokami muszą nie tylko wykazać się dobrą wydajnością powłok, ale muszą także zademonstrować rozwiązanie w zakresie linii malarskich. Jedną z innych zalet utwardzania UV/termicznego, o której wspomina firma DuPont, jest to, że długość lakieru bezbarwnego na linii wykończeniowej można zmniejszyć o 50%, po prostu zmniejszając długość pieca termicznego.
Od strony inżynieryjnej firma Dürr System GmbH przedstawiła koncepcję zakładu montażowego do utwardzania promieniami UV. Jedną z kluczowych zmiennych w tych koncepcjach była lokalizacja procesu utwardzania promieniami UV na linii wykańczającej. Rozwiązania inżynieryjne obejmowały umieszczenie lamp UV przed, wewnątrz lub za piekarnikiem termicznym. Dürr uważa, że istnieją rozwiązania inżynieryjne dla większości opcji procesu, obejmujące aktualnie opracowywane receptury. Firma Fusion UV Systems zaprezentowała także nowe narzędzie — komputerową symulację procesu utwardzania nadwozi samochodowych promieniami UV. Rozwój ten został podjęty w celu wsparcia i przyspieszenia przyjęcia technologii utwardzania promieniami UV w zakładach montażowych.
Inne aplikacje
Trwają prace rozwojowe nad powłokami z tworzyw sztucznych stosowanymi we wnętrzach pojazdów, powłokami do felg aluminiowych i kołpaków kół, lakierami bezbarwnymi na dużych, kolorowych częściach oraz na częściach pod maską. Proces UV jest w dalszym ciągu sprawdzany jako stabilna platforma utwardzania. Jedyne, co się naprawdę zmienia, to to, że powłoki UV są coraz częściej stosowane w bardziej złożonych częściach o wyższej wartości. Stabilność i długoterminową rentowność procesu wykazano w zastosowaniu oświetlenia przedniego. Zaczęło się ponad 20 lat temu i obecnie jest standardem branżowym.
Chociaż technologia UV ma coś, co niektórzy uważają za „fajną”, branża chce dzięki tej technologii zapewnić najlepsze rozwiązania problemów pracowników wykańczających. Nikt nie używa technologii dla samej technologii. Musi dostarczać wartość. Wartość może mieć postać zwiększonej produktywności powiązanej z szybkością utwardzania. Może też wynikać z ulepszonych lub nowych właściwości, których nie udałoby się osiągnąć przy użyciu obecnych technologii. Może to wynikać z wyższej jakości za pierwszym razem, ponieważ powłoka jest podatna na zabrudzenia przez krótszy czas. Może zapewnić sposób ograniczenia lub wyeliminowania LZO w Twoim zakładzie. Technologia może zapewnić wartość. Branża UV i firmy wykańczające muszą w dalszym ciągu współpracować, aby opracować rozwiązania poprawiające zyski firmy.
Czas publikacji: 14 marca 2023 r
