Ứng dụng của lớp phủ UV trong ô tô

Công nghệ UV được nhiều người coi là công nghệ "mới nổi" trong lĩnh vực xử lý lớp phủ công nghiệp. Mặc dù có thể còn mới mẻ với nhiều người trong ngành công nghiệp sơn phủ và ô tô, nhưng nó đã xuất hiện trong hơn ba thập kỷ trong các ngành công nghiệp khác…

Công nghệ UV được nhiều người coi là công nghệ "mới nổi" để xử lý lớp phủ công nghiệp. Mặc dù công nghệ này có thể còn mới đối với nhiều người trong ngành công nghiệp sơn phủ công nghiệp và ô tô, nhưng nó đã tồn tại hơn ba thập kỷ trong các ngành công nghiệp khác. Mọi người đi trên các sản phẩm sàn vinyl phủ UV mỗi ngày và nhiều người trong chúng ta có chúng trong nhà của mình. Công nghệ xử lý UV cũng đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng. Ví dụ, trong trường hợp điện thoại di động, công nghệ UV được sử dụng trong lớp phủ vỏ nhựa, lớp phủ bảo vệ thiết bị điện tử bên trong, các thành phần liên kết bằng keo UV và thậm chí trong sản xuất màn hình màu trên một số điện thoại. Tương tự như vậy, ngành công nghiệp cáp quang và DVD/CD chỉ sử dụng lớp phủ và keo UV và sẽ không tồn tại như chúng ta biết ngày nay nếu công nghệ UV không cho phép phát triển chúng.

Vậy xử lý UV là gì? Nói một cách đơn giản, đó là quá trình liên kết chéo (xử lý) lớp phủ bằng một phản ứng hóa học được khởi tạo và duy trì bởi năng lượng UV. Trong vòng chưa đầy một phút, lớp phủ được chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn. Có những khác biệt cơ bản về một số nguyên liệu thô và chức năng của nhựa trong lớp phủ, nhưng những khác biệt này hoàn toàn dễ hiểu đối với người sử dụng lớp phủ.

Các thiết bị ứng dụng thông thường như súng phun khí, máy phun HVLP, máy phun bi xoay, máy phun phủ dòng chảy, máy phun phủ trục lăn và các thiết bị khác đều áp dụng công nghệ phủ UV. Tuy nhiên, thay vì đưa vào lò nhiệt sau khi phủ lớp phủ và sấy dung môi, lớp phủ được xử lý bằng năng lượng UV tạo ra bởi hệ thống đèn UV được bố trí theo cách chiếu sáng lớp phủ với lượng năng lượng tối thiểu cần thiết để đạt được hiệu quả đóng rắn.

Các công ty và ngành công nghiệp khai thác các đặc tính của công nghệ UV đã mang lại giá trị phi thường bằng cách cung cấp hiệu quả sản xuất vượt trội và sản phẩm cuối cùng vượt trội đồng thời cải thiện lợi nhuận.

Khai thác các thuộc tính của UV

Những đặc tính chính nào có thể được khai thác? Thứ nhất, như đã đề cập trước đó, quá trình đóng rắn rất nhanh và có thể thực hiện ở nhiệt độ phòng. Điều này cho phép đóng rắn hiệu quả các bề mặt nhạy nhiệt, và tất cả các lớp phủ đều có thể được đóng rắn rất nhanh. Đóng rắn bằng tia UV là chìa khóa cho năng suất nếu hạn chế (điểm nghẽn) trong quy trình của bạn là thời gian đóng rắn dài. Ngoài ra, tốc độ này cho phép quy trình có diện tích nhỏ hơn nhiều. Để so sánh, một lớp phủ thông thường cần nung 30 phút ở tốc độ dây chuyền 15 fpm cần 450 ft băng tải trong lò, trong khi lớp phủ đóng rắn bằng tia UV có thể chỉ cần 25 ft (hoặc ít hơn) băng tải.

Phản ứng liên kết ngang UV có thể tạo ra lớp phủ có độ bền vật lý vượt trội. Mặc dù lớp phủ có thể được thiết kế để cứng cáp cho các ứng dụng như sàn nhà, chúng cũng có thể được chế tạo để rất linh hoạt. Cả hai loại lớp phủ, cứng và linh hoạt, đều được sử dụng trong các ứng dụng ô tô.

Những đặc tính này là động lực cho sự phát triển và thâm nhập liên tục của công nghệ UV cho lớp phủ ô tô. Tất nhiên, việc xử lý UV cho lớp phủ công nghiệp cũng có những thách thức. Mối quan tâm hàng đầu của chủ sở hữu quy trình là khả năng tiếp xúc toàn bộ bề mặt của các bộ phận phức tạp với năng lượng UV. Toàn bộ bề mặt của lớp phủ phải được tiếp xúc với năng lượng UV tối thiểu cần thiết để xử lý lớp phủ. Điều này đòi hỏi phải phân tích kỹ lưỡng chi tiết, sắp xếp các bộ phận và bố trí đèn để loại bỏ các vùng tối. Tuy nhiên, đã có những cải tiến đáng kể về đèn, nguyên liệu thô và các sản phẩm được pha chế để khắc phục hầu hết những hạn chế này.

Đèn chiếu sáng phía trước ô tô

Ứng dụng ô tô cụ thể mà UV đã trở thành công nghệ tiêu chuẩn là trong ngành công nghiệp chiếu sáng phía trước ô tô, nơi lớp phủ UV đã được sử dụng trong hơn 15 năm và hiện chiếm lĩnh 80% thị trường. Đèn pha bao gồm hai thành phần chính cần được phủ — thấu kính polycarbonate và vỏ phản xạ. Thấu kính cần một lớp phủ rất cứng, chống trầy xước để bảo vệ polycarbonate khỏi các yếu tố và sự lạm dụng vật lý. Vỏ phản xạ có lớp phủ nền UV (lớp sơn lót) bịt kín chất nền và cung cấp bề mặt siêu mịn để kim loại hóa. Thị trường lớp phủ nền phản xạ hiện nay về cơ bản là 100% được xử lý bằng tia UV. Lý do chính để áp dụng là năng suất được cải thiện, diện tích quy trình nhỏ và các đặc tính hiệu suất lớp phủ vượt trội.

Mặc dù lớp phủ được xử lý bằng tia UV, nhưng chúng vẫn chứa dung môi. Tuy nhiên, phần lớn lượng phun thừa được thu hồi và tái chế trở lại quy trình, đạt hiệu suất truyền dẫn gần 100%. Trọng tâm phát triển trong tương lai là tăng hàm lượng chất rắn lên 100% và loại bỏ nhu cầu sử dụng chất oxy hóa.

Các bộ phận nhựa bên ngoài

Một trong những ứng dụng ít được biết đến là sử dụng lớp phủ bóng UV đóng rắn trên các đường gờ thân xe đúc sẵn màu. Ban đầu, lớp phủ này được phát triển để giảm hiện tượng ố vàng khi tiếp xúc với bề mặt ngoài của các đường gờ thân xe bằng nhựa vinyl. Lớp phủ phải rất bền và dẻo để duy trì độ bám dính mà không bị nứt do vật thể va vào đường gờ. Động lực cho việc sử dụng lớp phủ UV trong ứng dụng này là tốc độ đóng rắn (quy trình nhỏ gọn) và các đặc tính hiệu suất vượt trội.

Tấm thân xe SMC

Hợp chất đúc tấm (SMC) là vật liệu composite đã được sử dụng thay thế cho thép trong hơn 30 năm. SMC bao gồm nhựa polyester chứa sợi thủy tinh được đúc thành các tấm. Các tấm này sau đó được đặt trong khuôn nén và tạo thành các tấm thân xe. SMC có thể được lựa chọn vì nó làm giảm chi phí gia công cho các đợt sản xuất nhỏ, giảm trọng lượng, cung cấp khả năng chống móp méo và ăn mòn, và mang lại sự tự do hơn cho các nhà tạo mẫu. Tuy nhiên, một trong những thách thức khi sử dụng SMC là việc hoàn thiện bộ phận trong nhà máy lắp ráp. SMC là một chất nền xốp. Khi tấm thân xe, hiện đang ở trên một chiếc xe, đi qua lò sơn bóng, một lỗi sơn được gọi là "vết lõm xốp" có thể xảy ra. Điều này sẽ yêu cầu ít nhất một lần sửa chữa tại chỗ, hoặc nếu có đủ "vết lõm", thì phải sơn lại toàn bộ vỏ thân xe.

Ba năm trước, trong nỗ lực khắc phục khuyết điểm này, BASF Coatings đã thương mại hóa một loại keo trám kết hợp UV/nhiệt. Lý do sử dụng keo trám kết hợp là vì lớp phun phủ sẽ được xử lý trên các bề mặt không quan trọng. Bước quan trọng để loại bỏ hiện tượng "nổ xốp" là tiếp xúc với năng lượng UV, làm tăng đáng kể mật độ liên kết ngang của lớp phủ được tiếp xúc trên các bề mặt quan trọng. Ngay cả khi keo trám không nhận được năng lượng UV tối thiểu, lớp phủ vẫn đáp ứng tất cả các yêu cầu hiệu suất khác.

Việc sử dụng công nghệ đóng rắn kép trong trường hợp này mang lại những đặc tính phủ mới bằng cách sử dụng tia UV đóng rắn, đồng thời đảm bảo hệ số an toàn cho lớp phủ trong các ứng dụng có giá trị cao. Ứng dụng này không chỉ chứng minh công nghệ UV có thể mang lại những đặc tính phủ độc đáo mà còn cho thấy hệ thống phủ đóng rắn bằng tia UV khả thi trên các bộ phận ô tô có giá trị cao, khối lượng lớn, kích thước lớn và phức tạp. Lớp phủ này đã được sử dụng trên khoảng một triệu tấm ốp thân xe.

Lớp phủ bóng OEM

Có thể nói, phân khúc thị trường công nghệ UV có khả năng hiển thị cao nhất là lớp phủ ngoại thất xe hơi loại A. Ford Motor Company đã trưng bày công nghệ UV trên một mẫu xe nguyên mẫu, chiếc Concept U, tại Triển lãm Ô tô Quốc tế Bắc Mỹ năm 2003. Công nghệ sơn được trình diễn là lớp sơn bóng đóng rắn bằng tia UV, do Akzo Nobel Coatings pha chế và cung cấp. Lớp phủ này được phủ và đóng rắn trên từng tấm thân xe làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau.

Tại Surcar, hội nghị hàng đầu thế giới về sơn phủ ô tô được tổ chức hai năm một lần tại Pháp, cả DuPont Performance Coatings và BASF đều đã có bài thuyết trình vào năm 2001 và 2003 về công nghệ đóng rắn bằng tia UV cho sơn phủ bóng ô tô. Động lực cho sự phát triển này là cải thiện vấn đề cốt lõi về sự hài lòng của khách hàng đối với sơn - khả năng chống trầy xước và mài mòn. Cả hai công ty đều đã phát triển lớp phủ đóng rắn lai (UV & nhiệt). Mục đích của việc theo đuổi công nghệ kết hợp là giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống đóng rắn bằng tia UV trong khi vẫn đạt được các đặc tính hiệu suất mong muốn.

Cả DuPont và BASF đều đã lắp đặt dây chuyền sơn thử nghiệm tại các nhà máy của họ. Dây chuyền của DuPont tại Wuppertal có khả năng sơn phủ toàn bộ thân xe. Các công ty sơn phủ không chỉ phải thể hiện hiệu suất sơn phủ tốt mà còn phải chứng minh giải pháp sơn phủ dây chuyền. Một trong những lợi ích khác của phương pháp sơn phủ UV/nhiệt được DuPont đề cập là chiều dài của phần sơn bóng trên dây chuyền hoàn thiện có thể giảm 50% chỉ bằng cách giảm chiều dài của lò nung nhiệt.

Về mặt kỹ thuật, Dürr System GmbH đã trình bày về khái niệm nhà máy lắp ráp ứng dụng công nghệ đóng rắn UV. Một trong những biến số quan trọng trong các khái niệm này là vị trí của quy trình đóng rắn UV trên dây chuyền hoàn thiện. Các giải pháp kỹ thuật bao gồm việc đặt đèn UV trước, bên trong hoặc sau lò nhiệt. Dürr tin rằng có các giải pháp kỹ thuật cho hầu hết các tùy chọn quy trình liên quan đến các công thức hiện tại đang được phát triển. Fusion UV Systems cũng trình bày một công cụ mới — mô phỏng máy tính quy trình đóng rắn UV cho thân xe ô tô. Sự phát triển này được thực hiện nhằm hỗ trợ và đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ đóng rắn UV trong các nhà máy lắp ráp.

Các ứng dụng khác

Công tác phát triển vẫn đang tiếp tục cho các lớp phủ nhựa dùng cho nội thất ô tô, lớp phủ cho mâm xe hợp kim và ốp mâm xe, lớp phủ bóng trên các chi tiết đúc sẵn màu lớn và cho các chi tiết dưới nắp capo. Quy trình UV tiếp tục được chứng minh là một nền tảng đóng rắn ổn định. Điều thực sự thay đổi là lớp phủ UV đang được ứng dụng cho các chi tiết phức tạp hơn, có giá trị cao hơn. Tính ổn định và khả năng tồn tại lâu dài của quy trình đã được chứng minh bằng ứng dụng chiếu sáng phía trước. Quy trình này đã bắt đầu từ hơn 20 năm trước và hiện đã trở thành tiêu chuẩn của ngành.

Mặc dù công nghệ UV có những yếu tố mà một số người coi là "ngầu", nhưng điều mà ngành công nghiệp muốn làm với công nghệ này là cung cấp các giải pháp tốt nhất cho các vấn đề của thợ hoàn thiện. Không ai sử dụng công nghệ vì lợi ích của công nghệ. Nó phải mang lại giá trị. Giá trị có thể đến dưới dạng năng suất được cải thiện liên quan đến tốc độ đóng rắn. Hoặc nó có thể đến từ các đặc tính được cải thiện hoặc mới mà bạn không thể đạt được bằng các công nghệ hiện tại. Nó có thể đến từ chất lượng cao hơn ngay lần đầu tiên vì lớp phủ ít bị bám bẩn hơn. Nó có thể cung cấp một phương tiện để giảm hoặc loại bỏ VOC tại cơ sở của bạn. Công nghệ có thể mang lại giá trị. Ngành công nghiệp UV và thợ hoàn thiện cần tiếp tục hợp tác với nhau để tạo ra các giải pháp cải thiện lợi nhuận của thợ hoàn thiện.