UV-technologie wordt door velen beschouwd als de "opkomende" technologie voor het uitharden van industriële coatings. Hoewel het voor velen in de industriële en autocoatingindustrie misschien nieuw is, bestaat het al meer dan drie decennia in andere industrieën...
UV-technologie wordt door velen beschouwd als de "opkomende" technologie voor het uitharden van industriële coatings. Hoewel het voor velen in de industriële en autocoatingindustrie nieuw is, bestaat het al meer dan drie decennia in andere sectoren. Mensen lopen dagelijks over UV-gecoate vinylvloeren en velen van ons hebben ze in huis. UV-uithardingstechnologie speelt ook een belangrijke rol in de consumentenelektronica-industrie. In het geval van mobiele telefoons wordt UV-technologie bijvoorbeeld gebruikt voor het coaten van kunststof behuizingen, coatings ter bescherming van interne elektronica, UV-verlijmde componenten en zelfs bij de productie van de kleurenschermen die op sommige telefoons te vinden zijn. Evenzo gebruiken de glasvezel- en dvd/cd-industrie uitsluitend UV-coatings en -lijmen en zouden ze niet bestaan zoals we ze nu kennen als UV-technologie de ontwikkeling ervan niet mogelijk had gemaakt.
Wat is UV-uitharding? Simpel gezegd is het een proces waarbij coatings worden vernet (uitgehard) door een chemisch proces dat wordt geïnitieerd en in stand gehouden door UV-energie. In minder dan een minuut verandert de coating van vloeibaar in vast. Er zijn fundamentele verschillen in sommige grondstoffen en de functionaliteit van de harsen in de coating, maar deze zijn transparant voor de gebruiker van de coating.
Conventionele applicatieapparatuur zoals luchtvernevelingspistolen, HVLP-spuitpistolen, roterende klokken, flowcoating, rolcoating en andere apparatuur brengt UV-coatings aan. In plaats van de coating na het aanbrengen en flitsen van de oplosmiddelen in een thermische oven te plaatsen, wordt de coating uitgehard met UV-energie die wordt gegenereerd door UV-lampsystemen die zo zijn georganiseerd dat de coating wordt belicht met de minimale hoeveelheid energie die nodig is om uit te harden.
Bedrijven en industrieën die de voordelen van UV-technologie benutten, leveren een buitengewone waarde door een superieure productie-efficiëntie en een superieur eindproduct te leveren en tegelijkertijd de winst te verhogen.
Het benutten van de eigenschappen van UV
Wat zijn de belangrijkste eigenschappen die benut kunnen worden? Ten eerste, zoals eerder vermeld, is de uitharding zeer snel en kan deze bij kamertemperatuur plaatsvinden. Dit maakt efficiënte uitharding van warmtegevoelige substraten mogelijk, en alle coatings kunnen zeer snel uitharden. UV-uitharding is essentieel voor de productiviteit als de beperking (knelpunt) in uw proces een lange uithardingstijd is. Bovendien maakt de snelheid een proces met een veel kleinere footprint mogelijk. Ter vergelijking: een conventionele coating die 30 minuten moet bakken bij een lijnsnelheid van 4,5 meter per minuut, vereist een transportband van 137 meter in de oven, terwijl een UV-uithardende coating slechts 7,6 meter (of minder) transportband nodig heeft.
De UV-crosslinkingreactie kan resulteren in een coating met een veel hogere fysieke duurzaamheid. Hoewel coatings hard kunnen zijn voor toepassingen zoals vloeren, kunnen ze ook zeer flexibel worden gemaakt. Beide soorten coatings, hard en flexibel, worden gebruikt in de auto-industrie.
Deze eigenschappen vormen de drijvende kracht achter de verdere ontwikkeling en penetratie van UV-technologie voor autolakken. Natuurlijk brengt UV-uitharding van industriële coatings ook uitdagingen met zich mee. De belangrijkste zorg voor de proceseigenaar is de mogelijkheid om alle delen van complexe onderdelen bloot te stellen aan UV-energie. Het volledige oppervlak van de coating moet worden blootgesteld aan de minimale UV-energie die nodig is om de coating uit te harden. Dit vereist een zorgvuldige analyse van het onderdeel, de plaatsing van de onderdelen en de plaatsing van lampen om schaduwplekken te elimineren. Er zijn echter aanzienlijke verbeteringen doorgevoerd in lampen, grondstoffen en geformuleerde producten die de meeste van deze beperkingen overwinnen.
Automobiele voorverlichting
De specifieke automotive toepassing waar UV de standaardtechnologie is geworden, is de auto-industrie voor vooruitverlichting. UV-coatings worden hier al meer dan 15 jaar gebruikt en hebben inmiddels een marktaandeel van 80%. Koplampen bestaan uit twee hoofdcomponenten die gecoat moeten worden: de polycarbonaatlens en de reflectorbehuizing. De lens vereist een zeer harde, krasbestendige coating om het polycarbonaat te beschermen tegen weersinvloeden en fysieke belasting. De reflectorbehuizing is voorzien van een UV-basislaag (primer) die het substraat afdicht en een ultraglad oppervlak biedt voor metallisatie. De markt voor reflectorbasislagen is nu in wezen 100% UV-uithardend. De belangrijkste redenen voor de toepassing zijn een verbeterde productiviteit, een kleine procesvoetafdruk en superieure coatingprestaties.
Hoewel de gebruikte coatings UV-uithardend zijn, bevatten ze oplosmiddel. Het grootste deel van de overspray wordt echter teruggewonnen en hergebruikt in het proces, waardoor een overdrachtsrendement van bijna 100% wordt bereikt. De focus voor toekomstige ontwikkeling ligt op het verhogen van het vastestofgehalte tot 100% en het elimineren van de noodzaak van een oxidator.
Exterieur kunststof onderdelen
Een van de minder bekende toepassingen is het gebruik van een UV-uithardende blanke lak over in kleur gegoten carrosserielijsten. Deze coating was oorspronkelijk ontwikkeld om vergeling van vinyl carrosserielijsten bij blootstelling aan de buitenkant te verminderen. De coating moest zeer taai en flexibel zijn om de hechting te behouden zonder te scheuren door stotende objecten. De redenen voor het gebruik van UV-coatings in deze toepassing zijn de snelle uitharding (kleine procesvoetafdruk) en de superieure prestaties.
SMC carrosseriepanelen
Sheet Moulding Compound (SMC) is een composietmateriaal dat al meer dan 30 jaar als alternatief voor staal wordt gebruikt. SMC bestaat uit een met glasvezel gevulde polyesterhars die tot platen wordt gegoten. Deze platen worden vervolgens in een persmal geplaatst en tot carrosseriepanelen gevormd. SMC kan worden gekozen omdat het de gereedschapskosten voor kleine productieseries verlaagt, het gewicht vermindert, deuk- en corrosiebestendigheid biedt en stylisten meer speelruimte biedt. Een van de uitdagingen bij het gebruik van SMC is echter de afwerking van het onderdeel in de assemblagefabriek. SMC is een poreus substraat. Wanneer het carrosseriepaneel, dat nu op een voertuig zit, door de blankelakoven gaat, kan er een lakdefect ontstaan dat bekend staat als "porosity pop". Dit vereist op zijn minst een spotrepair, of, als er voldoende "pops" zijn, een volledige overspuiting van de carrosserie.
Drie jaar geleden bracht BASF Coatings een hybride UV/thermische sealer op de markt om dit defect te verhelpen. De reden voor het gebruik van een hybride sealer is dat de overspray uithardt op niet-kritische oppervlakken. De belangrijkste stap om de "porositeitspieken" te elimineren, is blootstelling aan UV-energie. Dit verhoogt de crosslinkdichtheid van de blootgestelde coating op de kritische oppervlakken aanzienlijk. Zelfs als de sealer niet de minimale UV-energie ontvangt, voldoet de coating nog steeds aan alle andere prestatie-eisen.
Het gebruik van dual-cure-technologie biedt in dit geval nieuwe coatingeigenschappen door gebruik te maken van UV-uitharding, terwijl de coating tegelijkertijd een veiligheidsfactor biedt voor een hoogwaardige toepassing. Deze toepassing laat niet alleen zien hoe UV-technologie unieke coatingeigenschappen kan bieden, maar ook dat een UV-uithardend coatingsysteem rendabel is op hoogwaardige, grote en complexe auto-onderdelen in grote aantallen. Deze coating is gebruikt op ongeveer een miljoen carrosseriepanelen.
OEM blanke lak
Het marktsegment voor UV-technologie met de hoogste zichtbaarheid is ongetwijfeld de Klasse A-coating voor carrosseriepanelen aan de buitenkant van auto's. Ford Motor Company demonstreerde UV-technologie op een prototype, de Concept U, op de North American International Auto Show in 2003. De getoonde coatingtechnologie was een UV-uithardende blanke lak, ontwikkeld en geleverd door Akzo Nobel Coatings. Deze coating werd aangebracht en uitgehard op individuele carrosseriepanelen van verschillende materialen.
Op Surcar, de belangrijkste wereldwijde conferentie over autolakken die om het jaar in Frankrijk wordt gehouden, gaven zowel DuPont Performance Coatings als BASF in 2001 en 2003 presentaties over UV-uithardingstechnologie voor blanke lakken voor de auto-industrie. De drijvende kracht achter deze ontwikkeling is het verbeteren van een belangrijk aspect van klanttevredenheid op het gebied van lak: kras- en krasbestendigheid. Beide bedrijven hebben hybride uithardende (UV & thermische) coatings ontwikkeld. Het doel van het volgen van de hybride technologie is om de complexiteit van het UV-uithardingssysteem te minimaliseren en tegelijkertijd de beoogde prestatie-eigenschappen te bereiken.
Zowel DuPont als BASF hebben pilotlijnen geïnstalleerd in hun faciliteiten. De DuPont-lijn in Wuppertal kan volledige carrosserieën uitharden. De coatingbedrijven moeten niet alleen goede coatingprestaties aantonen, maar ook een oplossing voor de laklijn demonstreren. Een van de andere voordelen van UV/thermische uitharding die DuPont aanhaalt, is dat de lengte van het blankelakgedeelte van de afwerklijn met 50% kan worden verkort door simpelweg de lengte van de thermische oven te verkorten.
Vanuit de engineeringafdeling gaf Dürr System GmbH een presentatie over een assemblagefabrieksconcept voor UV-uitharding. Een van de belangrijkste variabelen in deze concepten was de locatie van het UV-uithardingsproces in de afwerkingslijn. Technische oplossingen omvatten de plaatsing van UV-lampen vóór, in of na de thermische oven. Dürr is van mening dat er voor de meeste procesopties technische oplossingen bestaan met de huidige formuleringen die in ontwikkeling zijn. Fusion UV Systems presenteerde ook een nieuwe tool: een computersimulatie van het UV-uithardingsproces voor autocarrosserieën. Deze ontwikkeling werd ondernomen om de acceptatie van UV-uithardingstechnologie in assemblagefabrieken te ondersteunen en te versnellen.
Andere toepassingen
De ontwikkeling van kunststofcoatings voor auto-interieurs, coatings voor lichtmetalen velgen en wieldoppen, blanke lakken op grote, in kleur gegoten onderdelen en onderdelen onder de motorkap gaat door. Het UV-proces wordt steeds meer gevalideerd als een stabiel uithardingsplatform. Het enige wat echt verandert, is dat UV-coatings steeds vaker worden gebruikt voor complexere, hoogwaardigere onderdelen. De stabiliteit en de lange termijn haalbaarheid van het proces zijn aangetoond met de toepassing van voorwaartse verlichting. Dit proces begon meer dan 20 jaar geleden en is nu de industriestandaard.
Hoewel UV-technologie door sommigen als "cool" wordt beschouwd, wil de industrie met deze technologie de beste oplossingen bieden voor de problemen van afwerkers. Niemand gebruikt een technologie puur voor de technologie. Het moet waarde opleveren. Die waarde kan bestaan uit een verbeterde productiviteit die verband houdt met de uithardingssnelheid. Of het kan voortkomen uit verbeterde of nieuwe eigenschappen die u met de huidige technologieën niet hebt kunnen bereiken. Het kan voortkomen uit een hogere kwaliteit bij de eerste keer, omdat de coating minder lang gevoelig is voor vuil. Het kan een manier bieden om VOS in uw bedrijf te verminderen of te elimineren. De technologie kan waarde opleveren. De UV-industrie en afwerkers moeten blijven samenwerken om oplossingen te ontwikkelen die de winstgevendheid van de afwerkers verbeteren.
Plaatsingstijd: 14-03-2023
