Многие считают УФ-технологию перспективной технологией отверждения промышленных покрытий. Хотя для многих в индустрии промышленных и автомобильных покрытий она может показаться новой, в других отраслях она применяется уже более трёх десятилетий…
Многие считают УФ-технологию «перспективной» технологией отверждения промышленных покрытий. Хотя для многих в индустрии промышленных и автомобильных покрытий она может быть новой, в других отраслях она существует уже более трех десятилетий. Люди каждый день ходят по виниловым напольным покрытиям с УФ-покрытием, и у многих из нас они есть дома. Технология УФ-отверждения также играет важную роль в индустрии потребительской электроники. Например, в случае с сотовыми телефонами УФ-технология используется для покрытия пластиковых корпусов, покрытий для защиты внутренней электроники, компонентов с УФ-клеем и даже в производстве цветных экранов, установленных в некоторых телефонах. Аналогичным образом, оптоволоконная и DVD/CD-индустрия используют исключительно УФ-покрытия и клеи и не существовали бы в том виде, в каком мы их знаем сегодня, если бы УФ-технология не способствовала их развитию.
Что же такое УФ-отверждение? Проще говоря, это процесс сшивания (отверждения) покрытий посредством химического процесса, инициируемого и поддерживаемого УФ-излучением. Менее чем за минуту покрытие превращается из жидкого в твёрдое. Существуют фундаментальные различия в составе некоторых исходных материалов и функциональности смол в покрытии, но они очевидны для пользователя покрытия.
Для нанесения УФ-покрытий используется традиционное оборудование, такое как пневматические распылители, HVLP, ротационные колокола, поливные и валковые краскораспылители. Однако вместо того, чтобы после нанесения покрытия и испарения растворителя помещать его в термопечь, покрытие отверждается УФ-энергией, генерируемой системами УФ-ламп, организованными таким образом, чтобы обеспечить минимальное количество энергии, необходимое для отверждения.
Компании и отрасли, использующие возможности УФ-технологии, добились исключительных результатов, обеспечив высочайшую эффективность производства и превосходное качество конечного продукта, а также увеличив прибыль.
Использование атрибутов UV
Какие ключевые характеристики можно использовать? Во-первых, как уже упоминалось, отверждение происходит очень быстро и может происходить при комнатной температуре. Это обеспечивает эффективное отверждение термочувствительных подложек, и все покрытия могут быть отверждены очень быстро. УФ-отверждение — ключ к производительности, если ограничением (узким местом) вашего процесса является длительное время отверждения. Кроме того, высокая скорость позволяет значительно уменьшить занимаемую площадь. Для сравнения, для обычного покрытия, требующего 30-минутной сушки при скорости линии 15 футов в минуту, требуется конвейер длиной 450 футов (128 м) в печи, в то время как для УФ-отверждаемого покрытия может потребоваться всего 25 футов (7,5 м) конвейера (или меньше).
Реакция сшивания под действием УФ-излучения может привести к получению покрытия с существенно более высокой физической прочностью. Хотя покрытия могут быть разработаны как твёрдые для применения, например, в качестве напольных покрытий, их также можно сделать очень гибкими. Оба типа покрытий, твёрдые и гибкие, используются в автомобильной промышленности.
Эти характеристики являются движущими силами непрерывного развития и проникновения УФ-технологий в автомобильные покрытия. Конечно, существуют трудности, связанные с УФ-отверждением промышленных покрытий. Основной задачей для владельца процесса является обеспечение возможности воздействия УФ-излучения на все участки сложных деталей. Вся поверхность покрытия должна быть подвергнута минимальному уровню УФ-излучения, необходимому для отверждения. Это требует тщательного анализа детали, размещения деталей на стеллажах и расположения ламп для устранения теневых зон. Однако были достигнуты значительные улучшения в лампах, сырьевых материалах и рецептурах продуктов, которые позволяют преодолеть большинство этих ограничений.
Автомобильное переднее освещение
Специфическое применение УФ-излучения в автомобильной промышленности, где оно стало стандартной технологией, — это производство автомобильных фар, где УФ-покрытия используются уже более 15 лет и в настоящее время занимают 80% рынка. Фары состоят из двух основных компонентов, требующих покрытия: поликарбонатной линзы и корпуса отражателя. Линза требует очень твёрдого, устойчивого к царапинам покрытия для защиты поликарбоната от воздействия окружающей среды и физического воздействия. Корпус отражателя имеет УФ-базовое покрытие (праймер), которое герметизирует подложку и обеспечивает сверхгладкую поверхность для металлизации. Рынок базовых покрытий для отражателей в настоящее время практически полностью отверждается УФ-излучением. Основными причинами внедрения стали повышение производительности, компактность процесса и превосходные эксплуатационные свойства покрытия.
Хотя используемые покрытия отверждаются под действием УФ-излучения, они содержат растворитель. Однако большая часть излишков краски собирается и возвращается в процесс, что обеспечивает практически 100% эффективность переноса. В будущем планируется увеличить содержание твердых веществ до 100% и исключить необходимость использования окислителя.
Внешние пластиковые детали
Одно из менее известных применений — нанесение УФ-отверждаемого прозрачного лака на литые в цвет кузовные молдинги. Изначально это покрытие было разработано для предотвращения пожелтения виниловых боковых молдингов при наружном воздействии. Покрытие должно было быть очень прочным и гибким, чтобы сохранять адгезию и не растрескиваться при ударах предметов о молдинг. Преимуществами УФ-покрытий в этом случае являются скорость отверждения (компактность процесса) и превосходные эксплуатационные характеристики.
Кузовные панели SMC
Листовой формовочный компаунд (SMC) — это композитный материал, который используется в качестве альтернативы стали уже более 30 лет. SMC состоит из наполненной стекловолокном полиэфирной смолы, отлитой в листы. Эти листы затем помещаются в пресс-форму и формуются в кузовные панели. SMC может быть выбран, потому что он снижает затраты на оснастку при мелкосерийном производстве, уменьшает вес, обеспечивает устойчивость к вмятинам и коррозии, а также дает большую свободу стилистам. Однако одной из проблем при использовании SMC является отделка детали на сборочном заводе. SMC — это пористый субстрат. Когда кузовная панель, теперь уже на транспортном средстве, проходит через печь для нанесения прозрачного покрытия, может возникнуть дефект краски, известный как «всплеск пористости». Это потребует как минимум точечного ремонта, или, если «всплесков» достаточно, полной перекраски кузова.
Три года назад, стремясь устранить этот дефект, компания BASF Coatings выпустила на рынок гибридный УФ-термо-герметик. Гибридное отверждение обусловлено тем, что излишки краски будут отверждаться на некритичных поверхностях. Ключевым этапом устранения «пористых всплесков» является воздействие УФ-излучения, значительно увеличивающее плотность поперечных связей в покрытии на критических поверхностях. Даже если герметик не получает минимального количества УФ-излучения, покрытие всё равно соответствует всем остальным эксплуатационным требованиям.
Использование технологии двойного отверждения в данном случае обеспечивает новые свойства покрытия благодаря УФ-отверждению, а также обеспечивает запас прочности покрытия в условиях дорогостоящего производства. Этот пример применения не только демонстрирует, как УФ-технология может обеспечить уникальные свойства покрытия, но и демонстрирует эффективность системы УФ-отверждаемого покрытия для дорогостоящих, крупногабаритных и сложных автомобильных деталей, производимых в больших объемах. Это покрытие было использовано примерно на миллионе кузовных панелей.
OEM-прозрачный лак
Пожалуй, наиболее заметным сегментом рынка УФ-технологий являются покрытия класса А для наружных кузовных панелей автомобилей. Компания Ford Motor представила УФ-технологию на прототипе автомобиля Concept U на Североамериканском международном автосалоне 2003 года. В качестве покрытия был использован УФ-отверждаемый прозрачный лак, разработанный и поставленный компанией Akzo Nobel Coatings. Это покрытие наносилось и отверждалось на отдельные кузовные панели из различных материалов.
На Surcar, ведущей международной конференции по автомобильным покрытиям, которая проводится раз в два года во Франции, компании DuPont Performance Coatings и BASF в 2001 и 2003 годах представили доклады, посвящённые технологии УФ-отверждения автомобильных лаков. Целью этой разработки является повышение удовлетворенности клиентов, предъявляемых к лакокрасочным материалам, — стойкости к царапинам и повреждениям. Обе компании разработали гибридные покрытия (УФ- и термического отверждения). Целью развития гибридной технологии является минимизация сложности системы УФ-отверждения при достижении целевых эксплуатационных свойств.
Компании DuPont и BASF установили на своих заводах пилотные линии. Линия DuPont в Вуппертале способна отверждать кузова автомобиля целиком. Компании, занимающиеся лакокрасочным покрытием, должны не только продемонстрировать высокие эксплуатационные характеристики, но и предложить решение для окрасочной линии. Одним из других преимуществ УФ-термического отверждения, по словам DuPont, является возможность сократить длину участка нанесения прозрачного лака на финишной линии на 50% просто за счёт уменьшения длины термокамеры.
С инженерной точки зрения компания Dürr System GmbH представила презентацию концепции сборочного цеха с УФ-отверждением. Одним из ключевых факторов в этих концепциях было расположение процесса УФ-отверждения на финишной линии. Разработанные инженерные решения включали размещение УФ-ламп до, внутри или после термической печи. Компания Dürr считает, что для большинства технологических вариантов, основанных на разрабатываемых рецептурах, существуют инженерные решения. Fusion UV Systems также представила новый инструмент — компьютерное моделирование процесса УФ-отверждения автомобильных кузовов. Эта разработка была проведена для поддержки и ускорения внедрения технологии УФ-отверждения на сборочных цехах.
Другие приложения
Продолжаются разработки в области пластиковых покрытий для салонов автомобилей, покрытий для легкосплавных дисков и колпаков, прозрачных лаков для крупногабаритных формованных цветных деталей и деталей под капотом. УФ-технология продолжает подтверждать свою стабильность в качестве платформы для отверждения. Реальные изменения заключаются в том, что УФ-покрытия начинают применяться на более сложных и дорогостоящих деталях. Стабильность и долгосрочная эффективность этого процесса были продемонстрированы на примере применения в передних фарах. Его применение началось более 20 лет назад и теперь является отраслевым стандартом.
Хотя УФ-технология обладает тем, что некоторые считают «крутым» фактором, отрасль стремится использовать её для предоставления наилучших решений проблем отделочников. Никто не использует технологию ради самой технологии. Она должна приносить пользу. Эта ценность может заключаться в повышении производительности, связанном со скоростью отверждения. Или она может быть достигнута за счёт улучшенных или новых свойств, которых вы не могли достичь с помощью существующих технологий. Это может быть более высокое качество с первого раза, поскольку покрытие меньше подвержено воздействию грязи. Это может обеспечить снижение или полное устранение ЛОС на вашем предприятии. Эта технология может приносить пользу. Индустрия УФ-технологий и отделочники должны продолжать работать вместе над разработкой решений, которые улучшат конечный результат отделочников.
Время публикации: 14 марта 2023 г.
