Công nghệ tia cực tím được nhiều người coi là công nghệ “đang lên” để làm khô các lớp phủ công nghiệp. Mặc dù có thể còn mới mẻ với nhiều người trong ngành công nghiệp sơn phủ ô tô, nhưng nó đã được sử dụng hơn ba thập kỷ trong các ngành công nghiệp khác…
Công nghệ tia cực tím (UV) được nhiều người coi là công nghệ "đang lên" để xử lý các lớp phủ công nghiệp. Mặc dù có thể còn mới mẻ với nhiều người trong ngành công nghiệp sơn phủ ô tô, nhưng nó đã tồn tại hơn ba thập kỷ trong các ngành công nghiệp khác. Mọi người đi lại trên các sản phẩm sàn vinyl phủ UV mỗi ngày, và nhiều người trong chúng ta có chúng trong nhà. Công nghệ xử lý bằng tia cực tím cũng đóng 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 việc phủ lớp vỏ nhựa, lớp phủ bảo vệ các linh kiện điện tử bên trong, các bộ phận được liên kết bằng keo UV và thậm chí cả trong sản xuất màn hình màu trên một số điện thoại. Tương tự, ngành công nghiệp sợi quang và DVD/CD sử dụng độc quyền các lớp phủ và chất kết dính UV và sẽ không tồn tại như chúng ta biết ngày nay nếu công nghệ UV không cho phép sự phát triển của chúng.
Vậy đóng rắn bằng tia cực tím là gì? Nói một cách đơn giản nhất, đó là quá trình liên kết chéo (đóng rắn) các lớp phủ bằng một phản ứng hóa học được khởi phát và duy trì bởi năng lượng tia cực tím. Trong 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 không ảnh hưởng đến người sử dụng lớp phủ.
Các thiết bị ứng dụng thông thường như súng phun khí nén, HVLP, chuông quay, phủ màng chảy, phủ màng lăn và các thiết bị khác đều được sử dụng để phủ lớp UV. Tuy nhiên, thay vì đưa lớp phủ vào lò sấy nhiệt sau khi phủ và làm khô bằng dung môi, lớp phủ được làm khô bằng năng lượng UV do hệ thống đèn UV tạo ra, được bố trí sao cho chiếu sáng lớp phủ với lượng năng lượng tối thiểu cần thiết để đạt được hiệu quả làm khô.
Các công ty và ngành công nghiệp khai thác những ưu điểm của công nghệ tia cực tím đã mang lại giá trị vượt trội bằng cách cung cấp hiệu quả sản xuất cao hơn và sản phẩm cuối cùng chất lượng hơn, đồng thời cải thiện lợi nhuận.
Khai thác các thuộc tính của UV
Những đặc tính quan trọng nào có thể được khai thác? Thứ nhất, như đã đề cập trước đó, quá trình đóng rắn diễn ra rất nhanh và có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng. Điều này cho phép đóng rắn hiệu quả các chất nền nhạy cảm với nhiệt, và tất cả các lớp phủ đều có thể được đóng rắn rất nhanh. Đóng rắn bằng tia UV là chìa khóa để tăng năng suất nếu 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 chiếm dụng nhỏ hơn nhiều. Để so sánh, một lớp phủ thông thường yêu cầu nung 30 phút ở tốc độ dây chuyền 15 fpm cần 450 ft băng tải trong lò, trong khi lớp phủ được đóng rắn bằng tia UV có thể chỉ cần 25 ft (hoặc ít hơn) băng tải.
Phản ứng liên kết ngang bằng tia cực tím có thể tạo ra lớp phủ có độ bền vật lý vượt trội. Mặc dù các lớp phủ có thể được pha chế để cứng chắc cho các ứng dụng như lát sàn, nhưng chúng cũng có thể được chế tạo để rất dẻo. Cả hai loại lớp phủ, cứng và dẻo, đều được sử dụng trong các ứng dụng ô tô.
Những đặc tính này là động lực thúc đẩy sự phát triển và thâm nhập liên tục của công nghệ UV trong sơn phủ ô tô. Tất nhiên, vẫn có những thách thức liên quan đến việc xử lý sơn phủ công nghiệp bằng tia UV. Mối quan tâm chính của người vận hành quy trình là khả năng chiếu tia UV lên tất cả các khu vực của các chi tiết phức tạp. Toàn bộ bề mặt lớp sơn phải được tiếp xúc với lượng năng lượng UV tối thiểu cần thiết để làm khô lớp sơn. Điều này đòi hỏi phải phân tích cẩn thận chi tiết, cách bố trí chi tiết và cách đặt đèn để loại bỏ các vùng tối. Tuy nhiên, đã có những cải tiến đáng kể về đèn, nguyên vật liệu và các sản phẩm được pha chế giúp khắc phục hầu hết các hạn chế này.
Đèn pha ô tô
Ứng dụng cụ thể trong ngành ô tô mà công nghệ UV đã trở thành tiêu chuẩn là trong lĩnh vực đèn pha ô tô, nơi lớp phủ UV đã được sử dụng hơn 15 năm và hiện chiếm 80% thị trường. Đèn pha bao gồm hai thành phần chính cần được phủ lớp bảo vệ — 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 môi trường và tác động vật lý. Vỏ phản xạ có một lớp sơn lót UV (lớp nền) giúp bịt kín lớp nền và tạo ra bề mặt cực kỳ nhẵn mịn cho quá trình mạ kim loại. Thị trường sơn lót vỏ phản xạ hiện nay hầu như 100% được xử lý bằng tia UV. Những lý do chính cho việc áp dụng công nghệ này là năng suất được cải thiện, quy trình sản xuất nhỏ gọn và các đặc tính hiệu suất lớp phủ vượt trội.
Mặc dù các lớp phủ được sử dụng là loại đóng rắn bằng tia cực tím, chúng vẫn chứa dung môi. Tuy nhiên, phần lớn lượng dung môi phun thừa được thu hồi và tái chế vào quy trình, đạt hiệu suất chuyển giao 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 hơn là việc sử dụng lớp phủ trong suốt đóng rắn bằng tia cực tím trên các đường viền thân xe được đúc sẵn cùng màu. Ban đầu, lớp phủ này được phát triển để giảm hiện tượng ố vàng khi tiếp xúc với môi trường bên ngoài đối với các đường viền thân xe bằng nhựa vinyl. Lớp phủ phải rất bền và dẻo để duy trì độ bám dính mà không bị nứt khi các vật thể va chạm vào đường viền. Những yếu tố thúc đẩy việc sử dụng lớp phủ UV trong ứng dụng này là tốc độ đóng rắn nhanh (quy trình nhỏ gọn) và các đặc tính hiệu suất vượt trội.
Tấm thân xe SMC
Vật liệu composite đúc tấm (SMC) là một loại vật liệu tổng hợp đã được sử dụng thay thế cho thép trong hơn 30 năm. SMC bao gồm nhựa polyester chứa sợi thủy tinh được đúc thành tấm. Sau đó, các tấm này được đặt trong khuôn ép và tạo hình thành các tấm thân xe. SMC được lựa chọn vì nó giúp giảm chi phí dụng cụ cho các lô sản xuất nhỏ, giảm trọng lượng, chống móp méo và ăn mòn, đồng thời mang lại nhiều sự linh hoạt hơn cho các nhà thiết kế. Tuy nhiên, một trong những thách thức khi sử dụng SMC là khâu hoàn thiện chi tiết tại nhà máy lắp ráp. SMC là một chất nền xốp. Khi tấm thân xe, hiện đã được lắp trên xe, đi qua lò sơn phủ trong suốt, một lỗi sơn gọi là "nứt do lỗ rỗ" có thể xảy ra. Điều này sẽ yêu cầu ít nhất là sửa chữa cục bộ, hoặc nếu có đủ các vết nứt, sẽ phải sơn lại toàn bộ thân xe.
Ba năm trước, trong nỗ lực khắc phục nhược điểm này, BASF Coatings đã thương mại hóa một loại chất bịt kín lai UV/nhiệt. Lý do sử dụng phương pháp đóng rắn lai là vì lớp phun thừa sẽ được đóng rắn trên các bề mặt không quan trọng. Bước quan trọng để loại bỏ hiện tượng "nổ lỗ rỗ" là tiếp xúc với năng lượng tia cực tím, làm tăng đáng kể mật độ liên kết ngang của lớp phủ tiếp xúc trên các bề mặt quan trọng. Nếu chất bịt kín không nhận được lượng năng lượng tia cực tím tối thiểu, lớp phủ vẫn đáp ứng tất cả các yêu cầu về hiệu suất khác.
Việc sử dụng công nghệ đóng rắn kép trong trường hợp này mang lại các đặc tính lớp phủ mới bằng cách tận dụng quá trình đóng rắn bằng tia cực tím, đồng thời cung cấp hệ số an toàn cho lớp phủ trong một ứng dụng có giá trị cao. Ứng dụng này không chỉ chứng minh cách công nghệ tia cực tím có thể mang lại các đặc tính lớp phủ độc đáo, mà còn cho thấy hệ thống lớp phủ đóng rắn bằng tia cực tím hoàn toàn khả thi trên các bộ phận ô tô có giá trị cao, sản lượng lớn, kích thước lớn và phức tạp. Lớp phủ này đã được sử dụng trên khoảng một triệu tấm thân xe.
Lớp phủ trong suốt OEM
Có thể nói, phân khúc thị trường công nghệ UV có độ nhận diện cao nhất là lớp phủ loại A cho các tấm thân xe ngoại thất ô tô. Công ty Ford Motor đã trưng bày công nghệ UV trên một chiếc xe nguyên mẫu, chiếc xe Concept U, tại Triển lãm Ô tô Quốc tế Bắc Mỹ năm 2003. Công nghệ lớp phủ được trình diễn là lớp phủ trong suốt được 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 riêng lẻ được làm từ nhiều 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 trình bày vào năm 2001 và 2003 về công nghệ đóng rắn bằng tia cực tím cho lớp sơn phủ trong suốt trên ô tô. Động lực thúc đẩy sự phát triển này là nhằm cải thiện vấn đề quan trọng nhất 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 các loại sơn phủ đóng rắn lai (tia cực tím và nhiệt). Mục đích của việc theo đuổi công nghệ lai là để giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống đóng rắn bằng tia cực tím trong khi vẫn đạt được các đặc tính hiệu suất mục tiêu.
Cả DuPont và BASF đều đã lắp đặt các dây chuyền thí điểm tại cơ sở của họ. Dây chuyền của DuPont ở Wuppertal có khả năng sấy khô toàn bộ bề mặt vật thể. Các công ty sản xuất sơn phủ không chỉ phải chứng minh hiệu suất sơn phủ tốt mà còn phải chứng minh được giải pháp cho dây chuyền sơn. Một trong những lợi ích khác của phương pháp sấy khô bằng tia cực tím/nhiệt được DuPont nêu ra là chiều dài của phần sơn phủ trong suốt của dây chuyền hoàn thiện có thể giảm 50% chỉ bằng cách giảm chiều dài của lò sấy nhiệt.
Về mặt kỹ thuật, Dürr System GmbH đã trình bày về khái niệm nhà máy lắp ráp sử dụng công nghệ sấy khô bằng tia cực tím (UV). Một trong những biến số quan trọng trong các khái niệm này là vị trí của quy trình sấy khô bằng tia UV trong dây chuyền hoàn thiện. Các giải pháp kỹ thuật bao gồm việc đặt đèn UV trước, bên trong hoặc sau lò sấy nhiệt. Dürr cho rằng có các giải pháp kỹ thuật cho hầu hết các tùy chọn quy trình liên quan đến các công thức hiện đang được phát triển. Fusion UV Systems cũng giới thiệu một công cụ mới - mô phỏng trên máy tính quy trình sấy khô bằng tia cực tím cho thân xe ô tô. Việc phát triển này được thực hiện nhằm hỗ trợ và đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ sấy khô bằng tia cực tím trong các nhà máy lắp ráp.
Các ứng dụng khác
Công tác phát triển vẫn đang tiếp tục đối với các lớp phủ nhựa được sử dụng trong nội thất ô tô, lớp phủ cho vành hợp kim và nắp chụp vành, lớp phủ trong suốt trên các bộ phận lớn được đúc màu sẵn và các bộ phận dưới nắp ca-pô. Quy trình UV tiếp tục được kiểm chứng là một nền tảng đóng rắn ổn định. Điều thực sự đang thay đổi là các lớp phủ UV đang được ứng dụng cho các bộ phận 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. Ứng dụng này bắt đầu hơn 20 năm trước và hiện đã trở thành tiêu chuẩn của ngành.
Mặc dù công nghệ UV có vẻ "hiện đại" đối với một số người, 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 người làm nghề sơn phủ. Không ai sử dụng công nghệ chỉ vì mục đích công nghệ. Công nghệ đó phải mang lại giá trị. Giá trị có thể đến từ việc cải thiện năng suất liên quan đến tốc độ đóng rắn. Hoặc nó có thể đến từ những đặc tính được cải tiến hoặc mới mà bạn chưa thể đạt được với các công nghệ hiện tại. Nó có thể đến từ chất lượng lần đầu cao hơn vì lớp phủ ít bị bám bẩn hơn. Nó có thể cung cấp một phương pháp để giảm hoặc loại bỏ VOC tại cơ sở của bạn. Công nghệ này có thể mang lại giá trị. Ngành công nghiệp UV và người làm nghề sơn phủ cần tiếp tục hợp tác để tạo ra các giải pháp giúp cải thiện lợi nhuận của họ.
Thời gian đăng bài: 14/03/2023
