UV-teknik anses av många vara den "framväxande" tekniken för härdning av industriella beläggningar. Även om den kan vara ny för många inom industri- och bilbeläggningsindustrin, har den funnits i mer än tre decennier i andra branscher...
UV-teknik anses av många vara den "kommande" tekniken för härdning av industriella beläggningar. Även om den kan vara ny för många inom industri- och bilbeläggningsindustrin, har den funnits i mer än tre decennier inom andra branscher. Människor går på UV-belagda vinylgolvprodukter varje dag, och många av oss har dem i våra hem. UV-härdningsteknik spelar också en viktig roll inom konsumentelektronikindustrin. Till exempel, när det gäller mobiltelefoner, används UV-teknik för beläggning av plasthöljen, beläggningar för att skydda intern elektronik, UV-limmade komponenter och till och med i produktionen av färgskärmar som finns på vissa telefoner. På liknande sätt använder optisk fiber- och DVD/CD-industrin uteslutande UV-beläggningar och lim och skulle inte existera som vi känner dem idag om UV-tekniken inte hade möjliggjort deras utveckling.
Så vad är UV-härdning? Enklaste sättet är det att tvärbinda (härda) beläggningar genom en kemisk process som initieras och upprätthålls av UV-energi. På mindre än en minut omvandlas beläggningen från flytande till fast form. Det finns grundläggande skillnader i vissa av råmaterialen och funktionaliteten hos hartserna i beläggningen, men dessa är transparenta för beläggningsanvändaren.
Konventionell appliceringsutrustning som luftförstoftade sprutpistoler, HVLP, roterande klockor, flödesbeläggning, valsbeläggning och annan utrustning applicerar UV-beläggningar. Istället för att gå in i en termisk ugn efter beläggningsapplicering och lösningsmedelsflash, härdas beläggningen med UV-energi som genereras av UV-lampsystem organiserade på ett sätt som belyser beläggningen med minsta möjliga energi som krävs för att uppnå härdning.
Företag och industrier som utnyttjar UV-teknikens egenskaper har levererat extraordinärt värde genom att erbjuda överlägsen produktionseffektivitet och en överlägsen slutprodukt samtidigt som de förbättrar vinsterna.
Utnyttja UV:s attribut
Vilka är de viktigaste egenskaperna som kan utnyttjas? För det första, som tidigare nämnts, är härdningen mycket snabb och kan utföras i rumstemperatur. Detta möjliggör effektiv härdning av värmekänsliga substrat, och alla beläggningar kan härdas mycket snabbt. UV-härdning är en nyckel till produktivitet om begränsningen (flaskhals) i din process är en lång härdningstid. Dessutom möjliggör hastigheten en process med ett mycket mindre fotavtryck. Som jämförelse kräver en konventionell beläggning som kräver en 30-minuters härdningstid vid en linjehastighet på 15 fpm 450 fot transportband i ugnen, medan en UV-härdad beläggning kanske bara kräver 25 fot (eller mindre) transportband.
UV-tvärbindningsreaktionen kan resultera i en beläggning med avsevärt överlägsen fysisk hållbarhet. Även om beläggningar kan formuleras för att vara hårda för tillämpningar som golv, kan de också göras mycket flexibla. Båda typerna av beläggningar, hårda och flexibla, används i fordonsapplikationer.
Dessa egenskaper är drivkrafterna bakom den fortsatta utvecklingen och penetrationen av UV-teknik för bilbeläggningar. Naturligtvis finns det utmaningar förknippade med UV-härdning av industriella beläggningar. Det primära problemet för processägaren är möjligheten att exponera alla områden på komplexa delar för UV-energi. Hela beläggningens yta måste exponeras för den lägsta UV-energi som krävs för att härda beläggningen. Detta kräver en noggrann analys av delen, placering av delar och arrangemang av lampor för att eliminera skuggområden. Det har dock skett betydande förbättringar av lampor, råmaterial och formulerade produkter som övervinner de flesta av dessa begränsningar.
Fordonsbelysning framåt
Den specifika tillämpning inom fordonsindustrin där UV har blivit standardteknik är inom fordonsindustrins framåtbelysning, där UV-beläggningar har använts i mer än 15 år och nu står för 80 % av marknaden. Strålkastare består av två huvudkomponenter som behöver beläggas – polykarbonatlinsen och reflektorhuset. Linsen kräver en mycket hård, reptålig beläggning för att skydda polykarbonatet från elementen och fysiskt slitage. Reflektorhuset har en UV-baslack (primer) som förseglar substratet och ger en ultraslät yta för metallisering. Marknaden för reflektorbaslacker är nu i huvudsak 100 % UV-härdad. De främsta skälen till implementeringen har varit förbättrad produktivitet, litet processavtryck och överlägsna beläggningsprestanda.
Även om de beläggningar som används är UV-härdade innehåller de lösningsmedel. Det mesta av översprutningen återvinns dock och återanvänds i processen, vilket ger en överföringseffektivitet på nära 100 %. Fokus för framtida utveckling är att öka halten fasta ämnen till 100 % och eliminera behovet av oxidationsmedel.
Utvändiga plastdelar
En av de mindre kända tillämpningarna är användningen av en UV-härdande klarlack över färggjutna karosslister. Ursprungligen utvecklades denna beläggning för att minska gulfärgningen vid utvändig exponering av vinyllister på karosser. Beläggningen var tvungen att vara mycket stark och flexibel för att bibehålla vidhäftningen utan att spricka från föremål som träffade listen. Drivkrafterna för användningen av UV-beläggningar i denna tillämpning är härdningshastigheten (liten processuppbyggnad) och överlägsna prestandaegenskaper.
SMC karosspaneler
Sheet molding compound (SMC) är ett kompositmaterial som har använts som ett alternativ till stål i mer än 30 år. SMC består av ett glasfiberfyllt polyesterharts som har gjutits till plåtar. Dessa plåtar placeras sedan i en kompressionsform och formas till karosspaneler. SMC kan väljas eftersom det sänker verktygskostnaderna för små produktionsserier, minskar vikten, ger bucklor och korrosionsbeständighet och ger stylister större frihetsgrad. En av utmaningarna med att använda SMC är dock ytbehandlingen av delen i monteringsanläggningen. SMC är ett poröst substrat. När karosspanelen, nu på ett fordon, går igenom klarlackugnen kan en lackdefekt som kallas "porositetsfläck" uppstå. Detta kräver åtminstone en punktreparation, eller om det finns tillräckligt med "fläckar", en fullständig omlackering av karossen.
För tre år sedan, i ett försök att eliminera denna defekt, kommersialiserade BASF Coatings en UV/termisk hybridförseglare. Anledningen till att använda en hybridhärdning är att översprutan härdar på icke-kritiska ytor. Det viktigaste steget för att eliminera "porositetsprickor" är exponeringen för UV-energi, vilket avsevärt ökar tvärbindningsdensiteten hos den exponerade beläggningen på de kritiska ytorna. Om förseglaren inte får den lägsta UV-energin uppfyller beläggningen fortfarande alla andra prestandakrav.
Användningen av dubbelhärdningsteknik i detta fall ger nya beläggningsegenskaper genom att utnyttja UV-härdning samtidigt som det ger en säkerhetsfaktor för beläggningen i en högvärdig tillämpning. Denna tillämpning visar inte bara hur UV-teknik kan ge unika beläggningsegenskaper, utan visar också att ett UV-härdande beläggningssystem är gångbart på högvärdiga, stora, komplexa bildelar med hög volym. Denna beläggning har använts på cirka en miljon karosseridelar.
OEM-klarlack
Det marknadssegment för UV-teknik med högst synlighet är utan tvekan klass A-beläggningar för bilars exteriöra karosspaneler. Ford Motor Company visade upp UV-teknik på en prototypfordon, Concept U-bilen, på North American International Auto Show 2003. Beläggningstekniken som demonstrerades var en UV-härdad klarlack, formulerad och levererad av Akzo Nobel Coatings. Denna beläggning applicerades och härdades över individuella karosspaneler tillverkade av olika material.
På Surcar, den främsta globala konferensen för billacker som hålls vartannat år i Frankrike, gav både DuPont Performance Coatings och BASF presentationer 2001 och 2003 om UV-härdningsteknik för klarlacker för bilar. Drivkraften bakom denna utveckling är att förbättra en primär kundnöjdhetsfråga för lack – rep- och nötningsbeständighet. Båda företagen har utvecklat hybridhärdande (UV- och termiska) beläggningar. Syftet med att följa hybridtekniken är att minimera UV-härdningssystemets komplexitet samtidigt som de önskade prestandaegenskaperna uppnås.
Både DuPont och BASF har installerat pilotlinjer i sina anläggningar. DuPont-linjen i Wuppertal har förmågan att härda hela karosser. Beläggningsföretagen måste inte bara visa god beläggningsprestanda, de måste också demonstrera en lösning för hela lackeringslinjen. En av de andra fördelarna med UV-/termhärdning som DuPont nämner är att längden på klarlacksdelen av ytbehandlingslinjen kan minskas med 50 % helt enkelt genom att minska längden på termougnen.
Från ingenjörssidan höll Dürr System GmbH en presentation om ett monteringsanläggningskoncept för UV-härdning. En av de viktigaste variablerna i dessa koncept var placeringen av UV-härdningsprocessen i ytbehandlingslinjen. De tekniska lösningarna inkluderade placering av UV-lampor före, inuti eller efter termougnen. Dürr anser att det finns tekniska lösningar för de flesta processalternativ som involverar nuvarande formuleringar under utveckling. Fusion UV Systems presenterade också ett nytt verktyg – en datorsimulering av UV-härdningsprocessen för bilkarosser. Denna utveckling genomfördes för att stödja och påskynda införandet av UV-härdningsteknik i monteringsanläggningar.
Andra applikationer
Utvecklingsarbetet fortsätter för plastbeläggningar som används på bilinredning, beläggningar för lättmetallfälgar och navkapslar, klarlacker över stora gjutna delar i färg och för delar under huven. UV-processen fortsätter att valideras som en stabil härdningsplattform. Allt som egentligen förändras är att UV-beläggningar går framåt mot mer komplexa delar med högre värde. Processens stabilitet och långsiktiga lönsamhet har demonstrerats med framåtbelysning. Den startade för över 20 år sedan och är nu branschstandard.
Även om UV-tekniken har vad vissa anser vara en "cool" faktor, vill branschen med den här tekniken erbjuda de bästa lösningarna på efterbehandlares problem. Ingen använder en teknik för teknikens skull. Den måste leverera värde. Värdet kan komma i form av förbättrad produktivitet relaterad till härdningshastigheten. Eller så kan det komma från förbättrade eller nya egenskaper som man inte har kunnat uppnå med nuvarande tekniker. Det kan komma från högre kvalitet vid första anblicken eftersom beläggningen är öppen för smuts under kortare tid. Det kan ge ett sätt att minska eller eliminera flyktiga organiska föreningar (VOC) i din anläggning. Tekniken kan leverera värde. UV-industrin och efterbehandlare måste fortsätta att arbeta tillsammans för att skapa lösningar som förbättrar efterbehandlarens resultat.
Publiceringstid: 14 mars 2023
