La technologie UV est considérée par beaucoup comme la technologie d'avenir pour le durcissement des revêtements industriels. Bien qu'elle soit relativement nouvelle pour nombre d'acteurs des secteurs des revêtements industriels et automobiles, elle est utilisée depuis plus de trente ans dans d'autres industries.
La technologie UV est considérée par beaucoup comme la technologie d'avenir pour le séchage des revêtements industriels. Bien qu'elle soit relativement nouvelle pour de nombreux acteurs des secteurs des revêtements industriels et automobiles, elle est utilisée depuis plus de trente ans dans d'autres industries. Nous marchons quotidiennement sur des revêtements de sol en vinyle traités UV, et beaucoup d'entre nous en avons chez nous. La technologie de séchage UV joue également un rôle majeur dans l'industrie de l'électronique grand public. Par exemple, dans le cas des téléphones portables, elle est utilisée pour le revêtement des boîtiers en plastique, les revêtements de protection des composants électroniques internes, les composants collés par adhésif UV et même pour la fabrication des écrans couleur de certains téléphones. De même, les industries de la fibre optique et des DVD/CD utilisent exclusivement des revêtements et des adhésifs UV et n'existeraient pas sous leur forme actuelle sans le développement de cette technologie.
Qu'est-ce que le durcissement UV ? En termes simples, il s'agit d'un procédé de réticulation (durcissement) des revêtements par une réaction chimique initiée et entretenue par l'énergie UV. En moins d'une minute, le revêtement passe de l'état liquide à l'état solide. Bien que certaines matières premières et les propriétés des résines utilisées diffèrent fondamentalement, ces différences restent transparentes pour l'utilisateur.
Les équipements d'application conventionnels, tels que les pistolets de pulvérisation à air comprimé, les pistolets HVLP, les applicateurs rotatifs, les systèmes d'enduction par flux, les systèmes d'enduction au rouleau et autres, appliquent les revêtements UV. Cependant, au lieu d'être placé dans un four thermique après l'application du revêtement et le séchage du solvant, le revêtement est polymérisé par l'énergie UV générée par des systèmes de lampes UV agencés de manière à illuminer le revêtement avec la quantité minimale d'énergie nécessaire à sa polymérisation.
Les entreprises et les industries qui exploitent les atouts de la technologie UV ont généré une valeur extraordinaire en offrant une efficacité de production supérieure et un produit final de qualité supérieure, tout en améliorant leurs profits.
Exploiter les attributs UV
Quels sont les principaux atouts à exploiter ? Tout d’abord, comme mentionné précédemment, le durcissement est très rapide et peut être effectué à température ambiante. Ceci permet un durcissement efficace des substrats thermosensibles, et tous les revêtements peuvent être durcis très rapidement. Le durcissement UV est un facteur clé de productivité si le goulot d’étranglement de votre processus est un temps de durcissement trop long. De plus, la rapidité permet un processus beaucoup plus compact. À titre de comparaison, un revêtement conventionnel nécessitant une cuisson de 30 minutes à une vitesse de ligne de 4,5 m/min (15 pi/min) requiert 137 m (450 pi) de convoyeur dans le four, tandis qu’un revêtement durci aux UV peut ne nécessiter que 7,5 m (25 pi) (ou moins) de convoyeur.
La réaction de réticulation aux UV permet d'obtenir un revêtement d'une durabilité physique nettement supérieure. Bien que certains revêtements puissent être conçus pour être durs, notamment pour les sols, ils peuvent également être très flexibles. Ces deux types de revêtements, durs et flexibles, sont utilisés dans l'industrie automobile.
Ces caractéristiques sont les moteurs du développement et de la diffusion continus de la technologie UV pour les revêtements automobiles. Bien entendu, le durcissement UV des revêtements industriels présente des défis. La principale préoccupation du responsable du procédé est d'exposer toutes les zones des pièces complexes à l'énergie UV. La surface complète du revêtement doit être exposée à l'énergie UV minimale requise pour son durcissement. Cela exige une analyse minutieuse de la pièce, un agencement optimal des pièces et une disposition judicieuse des lampes afin d'éliminer les zones d'ombre. Cependant, des progrès significatifs ont été réalisés au niveau des lampes, des matières premières et des formulations, permettant de surmonter la plupart de ces contraintes.
Éclairage avant automobile
L'application automobile spécifique où la technologie UV est devenue la norme concerne l'éclairage avant, où les revêtements UV sont utilisés depuis plus de 15 ans et représentent aujourd'hui 80 % du marché. Les phares sont composés de deux éléments principaux nécessitant un revêtement : la lentille en polycarbonate et le boîtier du réflecteur. La lentille requiert un revêtement très dur et résistant aux rayures afin de protéger le polycarbonate des intempéries et des chocs. Le boîtier du réflecteur est doté d'une sous-couche UV (apprêt) qui scelle le substrat et offre une surface ultra-lisse pour la métallisation. Le marché des sous-couches pour réflecteurs est désormais dominé à 100 % par le séchage UV. Cette adoption s'explique principalement par l'amélioration de la productivité, la réduction de l'encombrement et les performances supérieures du revêtement.
Bien que les revêtements utilisés soient polymérisés aux UV, ils contiennent du solvant. Cependant, la majeure partie du surplus de pulvérisation est récupérée et recyclée dans le processus, ce qui permet d'atteindre une efficacité de transfert proche de 100 %. Les développements futurs visent à augmenter la teneur en matières solides à 100 % et à éliminer le besoin d'oxydant.
Pièces extérieures en plastique
L'une des applications les moins connues est l'utilisation d'un vernis transparent durcissable aux UV sur les moulures latérales de carrosserie teintées dans la masse. Initialement, ce revêtement a été développé pour atténuer le jaunissement des moulures latérales en vinyle exposées aux intempéries. Il devait être à la fois très résistant et flexible afin de garantir une adhérence optimale et d'éviter les fissures dues aux chocs. Les principaux atouts des revêtements UV dans cette application sont leur rapidité de durcissement (qui permet un procédé compact) et leurs performances supérieures.
Panneaux de carrosserie SMC
Le SMC (Sheet Molding Compound) est un matériau composite utilisé depuis plus de 30 ans comme alternative à l'acier. Il est composé d'une résine polyester chargée de fibres de verre, coulée en feuilles. Ces feuilles sont ensuite placées dans un moule à compression pour former les panneaux de carrosserie. Le SMC est un matériau de choix car il réduit les coûts d'outillage pour les petites séries, allège le poids, offre une résistance aux chocs et à la corrosion, et laisse une plus grande liberté aux stylistes. Cependant, l'un des défis liés à l'utilisation du SMC réside dans la finition des pièces en usine. Le SMC est un substrat poreux. Lors du passage du panneau de carrosserie, une fois monté sur le véhicule, dans le four de vernis, un défaut de peinture appelé « bulle de porosité » peut apparaître. Cela nécessitera au minimum une retouche, voire, si les bulles sont nombreuses, une peinture complète de la carrosserie.
Il y a trois ans, afin de remédier à ce défaut, BASF Coatings a commercialisé un scellant hybride UV/thermique. L'utilisation d'un procédé de polymérisation hybride permet de polymériser les résidus de pulvérisation sur les surfaces non critiques. L'étape clé pour éliminer les porosités est l'exposition aux UV, qui augmente significativement la densité de réticulation du revêtement exposé sur les surfaces critiques. Même si le scellant ne reçoit pas l'énergie UV minimale requise, le revêtement satisfait à toutes les autres exigences de performance.
L'utilisation de la technologie de double polymérisation confère ici de nouvelles propriétés au revêtement grâce à la polymérisation UV, tout en assurant une sécurité accrue pour une application à haute valeur ajoutée. Cette application démontre non seulement comment la technologie UV peut conférer des propriétés uniques à un revêtement, mais aussi qu'un système de revêtement polymérisé aux UV est viable pour les pièces automobiles complexes, de grande taille et produites en grande série, et présentant une valeur élevée. Ce revêtement a été appliqué sur environ un million de panneaux de carrosserie.
Vernis transparent d'origine
Le segment du marché des technologies UV le plus visible est sans doute celui des revêtements de classe A pour la carrosserie automobile. Ford Motor Company a présenté cette technologie sur un prototype, la Concept U, au Salon international de l'automobile d'Amérique du Nord en 2003. Le revêtement utilisé était un vernis transparent polymérisé aux UV, formulé et fourni par Akzo Nobel Coatings. Ce revêtement était appliqué et polymérisé sur des panneaux de carrosserie individuels fabriqués à partir de divers matériaux.
Lors de Surcar, le principal salon international des revêtements automobiles qui se tient tous les deux ans en France, DuPont Performance Coatings et BASF ont présenté en 2001 et 2003 leur technologie de polymérisation UV pour les vernis automobiles. L'objectif de ce développement est d'améliorer la résistance aux rayures et aux éraflures, un critère essentiel de satisfaction client. Les deux entreprises ont développé des revêtements à polymérisation hybride (UV et thermique). Le choix de cette technologie hybride vise à minimiser la complexité du système de polymérisation UV tout en atteignant les performances recherchées.
DuPont et BASF ont toutes deux installé des lignes pilotes dans leurs usines. La ligne DuPont de Wuppertal permet le durcissement de carrosseries entières. Les entreprises de revêtement doivent non seulement démontrer la performance de leurs revêtements, mais aussi proposer une solution pour l'ensemble de la ligne de peinture. Parmi les autres avantages du durcissement UV/thermique, cités par DuPont, figure la possibilité de réduire de moitié la longueur de la section vernis de la ligne de finition, simplement en raccourcissant le four thermique.
Du point de vue de l'ingénierie, Dürr System GmbH a présenté un concept d'usine d'assemblage pour le séchage UV. L'un des principaux facteurs de ce concept résidait dans l'emplacement du processus de séchage UV sur la ligne de finition. Les solutions techniques envisagées incluaient le placement des lampes UV avant, à l'intérieur ou après le four thermique. Dürr estime disposer de solutions techniques pour la plupart des options de procédé impliquant les formulations actuellement en développement. Fusion UV Systems a également présenté un nouvel outil : une simulation informatique du processus de séchage UV pour les carrosseries automobiles. Ce développement a été entrepris afin de soutenir et d'accélérer l'adoption de la technologie de séchage UV dans les usines d'assemblage.
Autres applications
Les travaux de développement se poursuivent pour les revêtements plastiques utilisés dans les habitacles automobiles, les revêtements pour jantes en alliage et enjoliveurs, les vernis transparents pour les grandes pièces moulées teintées dans la masse et les pièces sous capot. Le procédé UV continue d'être validé comme une plateforme de polymérisation stable. La seule évolution notable est que les revêtements UV sont désormais utilisés pour des pièces plus complexes et de plus grande valeur. La stabilité et la viabilité à long terme du procédé ont été démontrées avec l'application pour l'éclairage avant. Lancée il y a plus de 20 ans, cette technologie est aujourd'hui devenue la norme du secteur.
Bien que la technologie UV soit perçue par certains comme un atout, l'objectif principal de l'industrie est d'offrir les meilleures solutions aux problèmes des entreprises de finition. Personne n'utilise une technologie pour le simple plaisir de l'utiliser. Elle doit apporter une réelle valeur ajoutée. Cette valeur peut se traduire par une productivité accrue grâce à une meilleure rapidité de séchage, par des propriétés améliorées ou nouvelles impossibles à obtenir avec les technologies actuelles, ou encore par une qualité supérieure dès la première application, le revêtement étant exposé à la saleté moins longtemps. Elle peut également permettre de réduire, voire d'éliminer, les COV (composés organiques volatils) dans votre usine. Cette technologie peut apporter une réelle valeur ajoutée. L'industrie UV et les entreprises de finition doivent poursuivre leur collaboration afin de concevoir des solutions qui améliorent la rentabilité de ces dernières.
Date de publication : 14 mars 2023
