Технология УФ-отверждения многими считается «перспективной» технологией для полимеризации промышленных покрытий. Хотя для многих в отрасли промышленных и автомобильных покрытий она может быть новой, в других отраслях она существует уже более трех десятилетий…
Технология УФ-отверждения многими считается «перспективной» технологией для отверждения промышленных покрытий. Хотя для многих в отрасли промышленных и автомобильных покрытий она может быть новой, в других отраслях она существует уже более трех десятилетий. Люди ежедневно ходят по виниловым напольным покрытиям с УФ-покрытием, и у многих из нас такие покрытия есть дома. Технология УФ-отверждения также играет важную роль в индустрии потребительской электроники. Например, в случае с мобильными телефонами УФ-технология используется для покрытия пластиковых корпусов, защитных покрытий для внутренней электроники, компонентов, склеенных УФ-клеем, и даже при производстве цветных экранов в некоторых телефонах. Аналогично, индустрия оптического волокна и DVD/CD использует исключительно УФ-покрытия и клеи и не существовала бы в том виде, в котором мы ее знаем сегодня, если бы УФ-технология не способствовала их развитию.
Итак, что же такое УФ-отверждение? Проще говоря, это процесс сшивания (отверждения) покрытий с помощью химического процесса, инициируемого и поддерживаемого энергией УФ-излучения. Менее чем за минуту покрытие превращается из жидкости в твердое состояние. Существуют принципиальные различия в некоторых исходных материалах и функциональности смол в покрытии, но для пользователя покрытия это незаметно.
Традиционное оборудование для нанесения покрытий, такое как пневматические распылители, HVLP-краскопульты, роторные распылители, системы нанесения покрытий по течению, валковые распылители и другое оборудование, позволяет наносить УФ-покрытия. Однако вместо термопечи после нанесения покрытия и испарения растворителя, покрытие отверждается с помощью УФ-энергии, генерируемой системами УФ-ламп, организованными таким образом, чтобы освещать покрытие минимальным количеством энергии, необходимым для отверждения.
Компании и отрасли, использующие преимущества УФ-технологий, добились исключительных результатов, обеспечив повышение эффективности производства и получение высококачественного конечного продукта, одновременно увеличивая прибыль.
Использование свойств UV-координат
Какие ключевые преимущества можно использовать? Во-первых, как уже упоминалось, отверждение происходит очень быстро и может осуществляться при комнатной температуре. Это позволяет эффективно отверждать термочувствительные подложки, и все покрытия могут быть отверждены очень быстро. УФ-отверждение является ключом к повышению производительности, если ограничивающим фактором (узким местом) вашего процесса является длительное время отверждения. Кроме того, скорость позволяет использовать процесс с гораздо меньшей занимаемой площадью. Для сравнения, для обычного покрытия, требующего 30-минутного запекания при скорости линии 15 футов в минуту, требуется 450 футов конвейера в печи, в то время как для покрытия, отвержденного УФ-излучением, может потребоваться всего 25 футов (или меньше) конвейера.
Реакция УФ-сшивания позволяет получить покрытие со значительно большей физической прочностью. Хотя покрытия могут быть твердыми для таких применений, как напольные покрытия, они также могут быть очень гибкими. Оба типа покрытий, твердые и гибкие, используются в автомобильной промышленности.
Эти характеристики являются движущими силами дальнейшего развития и распространения УФ-технологий для автомобильных покрытий. Конечно, существуют проблемы, связанные с УФ-отверждением промышленных покрытий. Главная задача для владельца процесса — обеспечить облучение всех участков сложных деталей УФ-энергией. Вся поверхность покрытия должна быть подвергнута воздействию минимального количества УФ-энергии, необходимого для его отверждения. Это требует тщательного анализа детали, ее размещения на стеллажах и расположения ламп для устранения затененных участков. Однако были достигнуты значительные улучшения в лампах, сырье и рецептурах, которые позволяют преодолеть большинство этих ограничений.
Передние автомобильные фары
В автомобильной промышленности УФ-покрытие стало стандартной технологией в производстве передних фар, где оно используется уже более 15 лет и занимает 80% рынка. Фары состоят из двух основных компонентов, которые необходимо покрывать: поликарбонатной линзы и корпуса отражателя. Линза требует очень твердого, устойчивого к царапинам покрытия для защиты поликарбоната от воздействия окружающей среды и механических повреждений. Корпус отражателя имеет УФ-грунтовку, которая герметизирует подложку и обеспечивает сверхгладкую поверхность для металлизации. В настоящее время на рынке базовых покрытий для отражателей используется практически 100% УФ-отверждение. Основными причинами внедрения стали повышение производительности, компактность технологического процесса и превосходные эксплуатационные характеристики покрытия.
Хотя используемые покрытия отверждаются УФ-излучением, они содержат растворитель. Однако большая часть избыточного распыления собирается и возвращается в процесс, что позволяет достичь эффективности переноса, близкой к 100%. В дальнейшем планируется увеличить содержание твердых веществ до 100% и исключить необходимость использования окислителя.
Внешние пластиковые детали
Одно из менее известных применений — использование прозрачного УФ-отверждаемого покрытия на формованных цветных боковых молдингах кузова. Первоначально это покрытие было разработано для уменьшения пожелтения виниловых боковых молдингов кузова при воздействии внешних факторов. Покрытие должно было быть очень прочным и гибким, чтобы сохранять адгезию и не трескаться от ударов предметов о молдинг. Обусловленными факторами использования УФ-покрытий в этом применении являются скорость отверждения (небольшие производственные площади) и превосходные эксплуатационные характеристики.
Панели кузова SMC
Композитный компаунд для формования листов (SMC) — это композитный материал, который используется в качестве альтернативы стали более 30 лет. SMC состоит из полиэфирной смолы, наполненной стекловолокном, которая заливается в листы. Затем эти листы помещаются в пресс-форму и формуются в кузовные панели. SMC можно выбрать, потому что он снижает затраты на оснастку для мелкосерийного производства, уменьшает вес, обеспечивает устойчивость к вмятинам и коррозии, а также предоставляет дизайнерам большую свободу действий. Однако одной из проблем при использовании SMC является финишная обработка детали на сборочном заводе. SMC — это пористая основа. Когда кузовная панель, установленная на автомобиле, проходит через печь для нанесения лакокрасочного покрытия, может возникнуть дефект краски, известный как «пористость». Это потребует как минимум точечного ремонта, или, если «пористостей» достаточно много, полной перекраски кузова.
Три года назад, стремясь устранить этот дефект, компания BASF Coatings выпустила на рынок гибридный УФ/термический герметик. Причина использования гибридного отверждения заключается в том, что избыточное распыление будет отверждаться на некритических поверхностях. Ключевым этапом устранения «пористости» является воздействие УФ-излучения, что значительно увеличивает плотность сшивки облученного покрытия на критических поверхностях. Даже если герметик не получает минимального количества УФ-излучения, покрытие все равно соответствует всем остальным требованиям к эксплуатационным характеристикам.
В данном случае использование технологии двойного отверждения обеспечивает новые свойства покрытия за счет применения УФ-отверждения, одновременно обеспечивая запас прочности покрытия в дорогостоящих областях применения. Этот пример не только демонстрирует, как УФ-технология может обеспечить уникальные свойства покрытия, но и показывает, что система УФ-отверждаемых покрытий жизнеспособна для дорогостоящих, крупносерийных, сложных и дорогостоящих автомобильных деталей. Это покрытие было нанесено примерно на миллион кузовных панелей.
Оригинальное прозрачное лаковое покрытие
Пожалуй, наиболее заметным сегментом рынка УФ-технологий являются покрытия класса А для кузовных панелей автомобилей. Компания Ford Motor Company продемонстрировала УФ-технологию на прототипе автомобиля, концепт-каре Concept U, на Североамериканском международном автосалоне в 2003 году. Демонстрируемая технология представляла собой прозрачное УФ-отверждаемое покрытие, разработанное и поставленное компанией Akzo Nobel Coatings. Это покрытие наносилось и отверждалось на отдельные кузовные панели, изготовленные из различных материалов.
На Surcar, ведущей мировой конференции по автомобильным покрытиям, проводимой раз в два года во Франции, компании DuPont Performance Coatings и BASF представили в 2001 и 2003 годах доклады о технологии УФ-отверждения автомобильных лакокрасочных покрытий. Движущей силой этой разработки является улучшение одного из основных аспектов удовлетворенности клиентов в отношении лакокрасочных покрытий — устойчивости к царапинам и истиранию. Обе компании разработали гибридные (УФ и термическое) покрытия. Цель использования гибридных технологий — минимизировать сложность системы УФ-отверждения, одновременно достигая целевых эксплуатационных характеристик.
Компании DuPont и BASF установили на своих предприятиях опытные линии. Линия DuPont в Вуппертале способна отверждать целые кузова. Компании, занимающиеся нанесением покрытий, должны не только демонстрировать хорошие эксплуатационные характеристики, но и показать эффективное решение для покрасочной линии. Одним из преимуществ УФ/термического отверждения, отмеченных DuPont, является возможность сокращения длины участка нанесения прозрачного лака на финишной линии на 50% просто за счет уменьшения длины термопечи.
С инженерной точки зрения компания Dürr System GmbH представила концепцию сборочного цеха для УФ-отверждения. Одним из ключевых факторов в этих концепциях было расположение процесса УФ-отверждения на линии финишной обработки. Инженерные решения включали размещение УФ-ламп до, внутри или после термопечи. В Dürr считают, что для большинства вариантов процесса с использованием разрабатываемых в настоящее время составов существуют инженерные решения. Компания Fusion UV Systems также представила новый инструмент — компьютерное моделирование процесса УФ-отверждения автомобильных кузовов. Эта разработка была предпринята для поддержки и ускорения внедрения технологии УФ-отверждения на сборочных предприятиях.
Другие приложения
Продолжаются работы по разработке пластиковых покрытий для автомобильных интерьеров, покрытий для легкосплавных дисков и колпаков, прозрачных лаков для крупных деталей, изготовленных методом литья под давлением и для деталей под капотом. Процесс УФ-отверждения продолжает подтверждать свою стабильность. Единственное существенное изменение заключается в том, что УФ-покрытия все чаще используются для более сложных и дорогостоящих деталей. Стабильность и долгосрочная жизнеспособность процесса были продемонстрированы на примере передних фар. Этот процесс начался более 20 лет назад и сейчас является отраслевым стандартом.
Хотя УФ-технология, по мнению некоторых, обладает «крутым» эффектом, цель отрасли — предложить наилучшие решения проблем, с которыми сталкиваются производители отделочных материалов. Никто не использует технологию ради самой технологии. Она должна приносить пользу. Эта польза может заключаться в повышении производительности за счет скорости отверждения. Или в улучшении или появлении новых свойств, которые невозможно было достичь с помощью существующих технологий. Это может быть повышение качества с первого раза, поскольку покрытие меньше времени контактирует с загрязнениями. Это может позволить снизить или полностью исключить использование летучих органических соединений на предприятии. Технология может приносить пользу. УФ-индустрия и производители отделочных материалов должны продолжать сотрудничать для разработки решений, которые улучшат финансовые показатели производителей.
Дата публикации: 14 марта 2023 г.
