Η τεχνολογία UV θεωρείται από πολλούς ως η «ανερχόμενη» τεχνολογία για τη σκλήρυνση βιομηχανικών επιστρώσεων. Αν και μπορεί να είναι νέο για πολλούς στη βιομηχανία επικαλύψεων βιομηχανικών και αυτοκινητοβιομηχανιών, υπάρχει εδώ και περισσότερες από τρεις δεκαετίες σε άλλες βιομηχανίες…
Η τεχνολογία UV θεωρείται από πολλούς ως η «ανερχόμενη» τεχνολογία για τη σκλήρυνση βιομηχανικών επιστρώσεων. Αν και μπορεί να είναι νέο για πολλούς στη βιομηχανία επικαλύψεων βιομηχανικών και αυτοκινητοβιομηχανιών, υπάρχει εδώ και περισσότερες από τρεις δεκαετίες σε άλλες βιομηχανίες. Οι άνθρωποι περπατούν καθημερινά σε προϊόντα δαπέδου βινυλίου με επικάλυψη UV και πολλοί από εμάς τα έχουμε στα σπίτια μας. Η τεχνολογία σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης. Για παράδειγμα, στην περίπτωση των κινητών τηλεφώνων, η τεχνολογία UV χρησιμοποιείται στην επίστρωση πλαστικών περιβλημάτων, επικαλύψεων για την προστασία των εσωτερικών ηλεκτρονικών ειδών, εξαρτημάτων συγκολλημένων με κόλλα υπεριώδους ακτινοβολίας και ακόμη και στην παραγωγή των έγχρωμων οθονών που βρίσκονται σε ορισμένα τηλέφωνα. Ομοίως, οι βιομηχανίες οπτικών ινών και DVD/CD χρησιμοποιούν αποκλειστικά επιστρώσεις και κόλλες υπεριώδους ακτινοβολίας και δεν θα υπήρχαν όπως τις γνωρίζουμε σήμερα εάν η τεχνολογία UV δεν είχε επιτρέψει την ανάπτυξή τους.
Τι είναι λοιπόν η υπεριώδης ωρίμανση; Πιο απλά, είναι μια διαδικασία διασύνδεσης (πολυμερισμού) επικαλύψεων με μια χημική διαδικασία που ξεκινά και συντηρείται από την υπεριώδη ενέργεια. Σε λιγότερο από ένα λεπτό η επίστρωση μετατρέπεται από υγρό σε στερεό. Υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές σε ορισμένες από τις πρώτες ύλες και τη λειτουργικότητα στις ρητίνες στην επίστρωση, αλλά αυτές είναι διαφανείς για τον χρήστη της επίστρωσης.
Ο συμβατικός εξοπλισμός εφαρμογής, όπως πιστόλια ψεκασμού με ψεκασμό αέρα, HVLP, περιστροφικά κουδούνια, επίστρωση ροής, επίστρωση κυλίνδρων και άλλος εξοπλισμός εφαρμόζουν επιστρώσεις UV. Ωστόσο, αντί να μπει σε θερμικό φούρνο μετά την εφαρμογή επίστρωσης και την αναλαμπή διαλύτη, η επίστρωση σκληρύνεται με ενέργεια UV που παράγεται από συστήματα λαμπτήρων UV οργανωμένα με τρόπο που φωτίζει την επίστρωση με την ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να επιτευχθεί η σκλήρυνση.
Οι εταιρείες και οι βιομηχανίες που εκμεταλλεύονται τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας UV έχουν προσφέρει εξαιρετική αξία παρέχοντας ανώτερη απόδοση παραγωγής και ανώτερο τελικό προϊόν βελτιώνοντας παράλληλα τα κέρδη.
Αξιοποίηση των Ιδιοτήτων της UV
Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά που μπορούν να αξιοποιηθούν; Πρώτον, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η σκλήρυνση είναι πολύ γρήγορη και μπορεί να γίνει σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό επιτρέπει την αποτελεσματική σκλήρυνση των ευαίσθητων στη θερμότητα υποστρωμάτων και όλες οι επικαλύψεις μπορούν να σκληρυνθούν πολύ γρήγορα. Η σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία είναι το κλειδί για την παραγωγικότητα, εάν ο περιορισμός (λαιμός φιάλης) στη διαδικασία σας είναι ένας μεγάλος χρόνος θεραπείας. Επίσης, η ταχύτητα επιτρέπει μια διαδικασία με πολύ μικρότερο αποτύπωμα. Για σύγκριση, μια συμβατική επίστρωση που απαιτεί ψήσιμο 30 λεπτών με ταχύτητα γραμμής 15 fpm απαιτεί 450 πόδια μεταφορέα στο φούρνο, ενώ μια επικάλυψη που σκληρύνεται με υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να απαιτεί μόνο 25 πόδια (ή λιγότερο) μεταφορέα.
Η αντίδραση διασύνδεσης με υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να οδηγήσει σε μια επίστρωση με εξαιρετικά ανώτερη φυσική αντοχή. Αν και οι επικαλύψεις μπορούν να διαμορφωθούν ώστε να είναι σκληρές για εφαρμογές όπως το δάπεδο, μπορούν επίσης να γίνουν πολύ εύκαμπτες. Και οι δύο τύποι επιστρώσεων, σκληροί και εύκαμπτοι, χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές αυτοκινήτων.
Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι τα κίνητρα για τη συνεχή ανάπτυξη και διείσδυση της τεχνολογίας UV για επιστρώσεις αυτοκινήτων. Φυσικά, υπάρχουν προκλήσεις που σχετίζονται με την υπεριώδη σκλήρυνση των βιομηχανικών επιστρώσεων. Το πρωταρχικό μέλημα για τον ιδιοκτήτη της διεργασίας είναι η ικανότητα να εκθέτει όλες τις περιοχές σύνθετων εξαρτημάτων στην υπεριώδη ενέργεια. Η πλήρης επιφάνεια της επίστρωσης πρέπει να εκτίθεται στην ελάχιστη ενέργεια UV που απαιτείται για τη σκλήρυνση της επίστρωσης. Αυτό απαιτεί προσεκτική ανάλυση του εξαρτήματος, ραφιών εξαρτημάτων και διάταξη λαμπτήρων για την εξάλειψη των περιοχών σκιάς. Ωστόσο, έχουν σημειωθεί σημαντικές βελτιώσεις στους λαμπτήρες, τις πρώτες ύλες και τα σκευάσματα που ξεπερνούν τους περισσότερους από αυτούς τους περιορισμούς.
Μπροστινός φωτισμός αυτοκινήτου
Η συγκεκριμένη εφαρμογή αυτοκινήτου όπου η UV έχει γίνει η τυπική τεχνολογία είναι στη βιομηχανία εμπρόσθιου φωτισμού αυτοκινήτων, όπου οι επιστρώσεις UV χρησιμοποιούνται για περισσότερα από 15 χρόνια και πλέον κατέχουν το 80% της αγοράς. Οι προβολείς αποτελούνται από δύο κύρια εξαρτήματα που πρέπει να επικαλυφθούν — τον πολυανθρακικό φακό και το περίβλημα του ανακλαστήρα. Ο φακός απαιτεί μια πολύ σκληρή, ανθεκτική στις γρατσουνιές επίστρωση για την προστασία του πολυανθρακικού από τα στοιχεία και τη σωματική κακοποίηση. Το περίβλημα του ανακλαστήρα έχει μια βασική επίστρωση UV (αστάρι) που σφραγίζει το υπόστρωμα και παρέχει μια εξαιρετικά λεία επιφάνεια για επιμετάλλωση. Η αγορά βασικής επίστρωσης ανακλαστήρα είναι πλέον ουσιαστικά 100% σκληρυμένη με υπεριώδη ακτινοβολία. Οι κύριοι λόγοι υιοθέτησης ήταν η βελτιωμένη παραγωγικότητα, το μικρό αποτύπωμα διεργασίας και οι ανώτερες ιδιότητες επίστρωσης-απόδοσης.
Αν και οι επικαλύψεις που χρησιμοποιούνται είναι σκληρυνόμενες με υπεριώδη ακτινοβολία, περιέχουν διαλύτη. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του υπερψεκασμού ανακτάται και ανακυκλώνεται ξανά στη διαδικασία, επιτυγχάνοντας σχεδόν 100% απόδοση μεταφοράς. Το επίκεντρο για μελλοντική ανάπτυξη είναι να αυξηθούν τα στερεά στο 100% και να εξαλειφθεί η ανάγκη για οξειδωτικό.
Εξωτερικά Πλαστικά Μέρη
Μία από τις λιγότερο γνωστές εφαρμογές είναι η χρήση διαφανούς επίστρωσης σκληρυνόμενου με υπεριώδη ακτινοβολία πάνω από χυτά καλούπια στο πλάι του αμαξώματος. Αρχικά, αυτή η επίστρωση αναπτύχθηκε για να μειώσει το κιτρίνισμα στην εξωτερική έκθεση των πλευρικών καλουπιών αμαξώματος βινυλίου. Η επίστρωση έπρεπε να είναι πολύ σκληρή και εύκαμπτη για να διατηρείται η πρόσφυση χωρίς ρωγμές από αντικείμενα που χτυπούν το καλούπι. Οι οδηγοί για τη χρήση επικαλύψεων UV σε αυτήν την εφαρμογή είναι η ταχύτητα σκλήρυνσης (μικρό αποτύπωμα διεργασίας) και οι ιδιότητες ανώτερης απόδοσης.
Πάνελ αμαξώματος SMC
Η ένωση χύτευσης φύλλων (SMC) είναι ένα σύνθετο υλικό που χρησιμοποιείται ως εναλλακτική λύση στον χάλυβα για περισσότερα από 30 χρόνια. Το SMC αποτελείται από μια πολυεστερική ρητίνη γεμάτη με ίνες γυαλιού που έχει χυθεί σε φύλλα. Αυτά τα φύλλα τοποθετούνται στη συνέχεια σε καλούπι συμπίεσης και διαμορφώνονται σε πάνελ σώματος. Το SMC μπορεί να επιλεγεί επειδή μειώνει το κόστος εργαλείων για μικρές σειρές παραγωγής, μειώνει το βάρος, παρέχει αντοχή σε βαθουλώματα και διάβρωση και δίνει μεγαλύτερο εύρος στους στυλίστες. Ωστόσο, μία από τις προκλήσεις στη χρήση του SMC είναι το φινίρισμα του εξαρτήματος στο εργοστάσιο συναρμολόγησης. Το SMC είναι ένα πορώδες υπόστρωμα. Όταν το πάνελ του αμαξώματος, τώρα σε ένα όχημα, περνά μέσα από τον φούρνο βαφής με διαφανές βερνίκι, μπορεί να προκύψει ένα ελάττωμα βαφής γνωστό ως "porosity pop". Αυτό θα απαιτήσει τουλάχιστον μια επισκευή στο σημείο ή εάν υπάρχουν αρκετά "σκάσματα", μια πλήρης βαφή του κελύφους του σώματος.
Πριν από τρία χρόνια, σε μια προσπάθεια να εξαλείψει αυτό το ελάττωμα, η BASF Coatings κυκλοφόρησε στο εμπόριο ένα υβριδικό σφραγιστικό UV/θερμικό. Ο λόγος για τη χρήση μιας υβριδικής σκλήρυνσης είναι ότι ο υπερψεκασμός θα ωριμάσει σε μη κρίσιμες επιφάνειες. Το βασικό βήμα για την εξάλειψη των «σκασίματος πορώδους» είναι η έκθεση στην ενέργεια UV, αυξάνοντας σημαντικά την πυκνότητα διασταύρωσης της εκτεθειμένης επίστρωσης στις κρίσιμες επιφάνειες. Εάν το στεγανωτικό δεν λαμβάνει την ελάχιστη ενέργεια UV, η επίστρωση εξακολουθεί να πληροί όλες τις άλλες απαιτήσεις απόδοσης.
Η χρήση της τεχνολογίας διπλής ωρίμανσης σε αυτήν την περίπτωση παρέχει νέες ιδιότητες επίστρωσης χρησιμοποιώντας τη σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία ενώ παρέχει έναν παράγοντα ασφαλείας για την επίστρωση σε μια εφαρμογή υψηλής αξίας. Αυτή η εφαρμογή όχι μόνο δείχνει πώς η τεχνολογία UV μπορεί να προσφέρει μοναδικές ιδιότητες επίστρωσης, αλλά δείχνει επίσης ότι ένα σύστημα επικάλυψης που σκληρύνεται με υπεριώδη ακτινοβολία είναι βιώσιμο σε μεγάλης αξίας, μεγάλου όγκου, μεγάλα και πολύπλοκα εξαρτήματα αυτοκινήτου. Αυτή η επίστρωση έχει χρησιμοποιηθεί σε περίπου ένα εκατομμύριο πάνελ αμαξώματος.
Clearcoat OEM
Αναμφισβήτητα, το τμήμα της αγοράς τεχνολογίας UV με την υψηλότερη ορατότητα είναι οι επικαλύψεις κατηγορίας Α εξωτερικού πάνελ αμαξώματος αυτοκινήτου. Η Ford Motor Company παρουσίασε τεχνολογία υπεριώδους ακτινοβολίας σε ένα πρωτότυπο όχημα, το αυτοκίνητο Concept U, στη Διεθνή Έκθεση Αυτοκινήτου της Βόρειας Αμερικής το 2003. Η τεχνολογία επίστρωσης που αποδείχθηκε ήταν μια διαφανής επίστρωση που σκληρύνθηκε με υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία διαμορφώθηκε και παρέχεται από την Akzo Nobel Coatings. Αυτή η επίστρωση εφαρμόστηκε και σκληρύνθηκε σε μεμονωμένα πάνελ σώματος κατασκευασμένα από διάφορα υλικά.
Στο Surcar, το κορυφαίο παγκόσμιο συνέδριο επιχρισμάτων αυτοκινήτων που πραγματοποιείται κάθε δύο χρόνια στη Γαλλία, τόσο η DuPont Performance Coatings όσο και η BASF έκαναν παρουσιάσεις το 2001 και το 2003 σχετικά με την τεχνολογία ωρίμανσης με υπεριώδη ακτινοβολία για βερνίκια αυτοκινήτων. Ο μοχλός αυτής της εξέλιξης είναι να βελτιωθεί ένα πρωταρχικό ζήτημα ικανοποίησης των πελατών για τη βαφή—αντοχή στις γρατσουνιές και τα στρωσίματα. Και οι δύο εταιρείες έχουν αναπτύξει επιστρώσεις υβριδικής ωρίμανσης (UV & θερμικές). Ο σκοπός της επιδίωξης του μονοπατιού της υβριδικής τεχνολογίας είναι να ελαχιστοποιηθεί η πολυπλοκότητα του συστήματος σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία, επιτυγχάνοντας παράλληλα τις στοχευόμενες ιδιότητες απόδοσης.
Τόσο η DuPont όσο και η BASF έχουν εγκαταστήσει πιλοτικές γραμμές στις εγκαταστάσεις τους. Η σειρά DuPont στο Wuppertal έχει την ικανότητα να θεραπεύει ολόκληρα σώματα. Όχι μόνο οι εταιρείες βαφής πρέπει να επιδείξουν καλή απόδοση επίστρωσης, αλλά πρέπει επίσης να επιδείξουν μια λύση γραμμής βαφής. Ένα από τα άλλα πλεονεκτήματα της υπεριώδους/θερμικής σκλήρυνσης που αναφέρει η DuPont είναι ότι το μήκος του τμήματος διαφανούς επίστρωσης της γραμμής φινιρίσματος μπορεί να μειωθεί κατά 50% απλώς μειώνοντας το μήκος του θερμικού φούρνου.
Από την πλευρά της μηχανικής, η Dürr System GmbH παρουσίασε μια ιδέα εγκατάστασης συναρμολόγησης για σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία. Μία από τις βασικές μεταβλητές σε αυτές τις έννοιες ήταν η θέση της διαδικασίας σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία στη γραμμή φινιρίσματος. Οι σχεδιασμένες λύσεις περιελάμβαναν τον εντοπισμό λαμπτήρων UV πριν, μέσα ή μετά τον θερμικό φούρνο. Ο Dürr πιστεύει ότι υπάρχουν λύσεις μηχανικής για τις περισσότερες από τις επιλογές διαδικασίας που περιλαμβάνουν τρέχουσες συνθέσεις υπό ανάπτυξη. Η Fusion UV Systems παρουσίασε επίσης ένα νέο εργαλείο - μια προσομοίωση υπολογιστή της διαδικασίας σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία για αμαξώματα αυτοκινήτων. Αυτή η εξέλιξη αναλήφθηκε για να υποστηρίξει και να επιταχύνει την υιοθέτηση της τεχνολογίας ωρίμανσης με υπεριώδη ακτινοβολία σε εργοστάσια συναρμολόγησης.
Άλλες Εφαρμογές
Συνεχίζονται οι εργασίες ανάπτυξης για πλαστικές επιστρώσεις που χρησιμοποιούνται σε εσωτερικούς χώρους αυτοκινήτων, επιστρώσεις για ζάντες αλουμινίου και καλύμματα τροχών, διαφανή παλτά σε μεγάλα χυτά εξαρτήματα και για εξαρτήματα κάτω από το καπό. Η διαδικασία UV συνεχίζει να επικυρώνεται ως σταθερή πλατφόρμα σκλήρυνσης. Το μόνο που αλλάζει πραγματικά είναι ότι οι επικαλύψεις υπεριώδους ακτινοβολίας κινούνται σε πιο περίπλοκα, υψηλότερης αξίας μέρη. Η σταθερότητα και η μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα της διαδικασίας έχουν αποδειχθεί με την εφαρμογή μπροστινού φωτισμού. Ξεκίνησε πριν από περισσότερα από 20 χρόνια και είναι πλέον το πρότυπο της βιομηχανίας.
Αν και η τεχνολογία υπεριώδους ακτινοβολίας έχει αυτό που ορισμένοι θεωρούν ως «cool» παράγοντα, αυτό που θέλει να κάνει η βιομηχανία με αυτήν την τεχνολογία είναι να παρέχει τις καλύτερες λύσεις στα προβλήματα των τελικών εργαλείων. Κανείς δεν χρησιμοποιεί μια τεχνολογία για χάρη της τεχνολογίας. Πρέπει να προσφέρει αξία. Η αξία μπορεί να έρθει με τη μορφή βελτιωμένης παραγωγικότητας που σχετίζεται με την ταχύτητα θεραπείας. Ή μπορεί να προέρχεται από βελτιωμένες ή νέες ιδιότητες που δεν έχετε καταφέρει να επιτύχετε με τις τρέχουσες τεχνολογίες. Μπορεί να προέρχεται από υψηλότερη ποιότητα πρώτης φοράς επειδή η επίστρωση είναι ανοιχτή στη βρωμιά για λιγότερο χρόνο. Μπορεί να παρέχει ένα μέσο για τη μείωση ή την εξάλειψη των VOC στις εγκαταστάσεις σας. Η τεχνολογία μπορεί να προσφέρει αξία. Η βιομηχανία υπεριώδους ακτινοβολίας και οι φινιριστές πρέπει να συνεχίσουν να εργάζονται μαζί για να δημιουργήσουν λύσεις που βελτιώνουν το τελικό αποτέλεσμα του φινιρίσματος.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-14-2023
