La technologie UV est considérée par beaucoup comme la technologie « émergente » pour le durcissement des revêtements industriels. Bien que ce soit nouveau pour beaucoup dans l’industrie des revêtements industriels et automobiles, il existe depuis plus de trois décennies dans d’autres secteurs…
La technologie UV est considérée par beaucoup comme la technologie « émergente » pour le durcissement des revêtements industriels. Bien que ce soit nouveau pour de nombreuses personnes dans l’industrie des revêtements industriels et automobiles, il existe depuis plus de trois décennies dans d’autres secteurs. Chaque jour, des gens marchent sur des revêtements de sol en vinyle avec revêtement UV, et nous sommes nombreux à en avoir chez nous. La technologie de durcissement par UV joue également un rôle majeur dans l’industrie de l’électronique grand public. Par exemple, dans le cas des téléphones portables, la technologie UV est utilisée dans le revêtement des boîtiers en plastique, dans les revêtements destinés à protéger les composants électroniques internes, dans les composants collés aux UV et même dans la production des écrans couleur de certains téléphones. De même, les industries de la fibre optique et des DVD/CD utilisent exclusivement des revêtements et adhésifs UV et n’existeraient pas telles que nous les connaissons aujourd’hui si la technologie UV n’avait pas permis leur développement.
Alors, qu’est-ce que le durcissement aux UV ? Plus simplement, il s'agit d'un processus permettant de réticuler (durcir) les revêtements par un processus chimique initié et entretenu par l'énergie UV. En moins d’une minute, le revêtement passe de l’état liquide à l’état solide. Il existe des différences fondamentales dans certaines matières premières et dans la fonctionnalité des résines du revêtement, mais celles-ci sont transparentes pour l'utilisateur du revêtement.
Les équipements d'application conventionnels tels que les pistolets de pulvérisation à air comprimé, HVLP, cloches rotatives, revêtement par flux, revêtement au rouleau et autres équipements appliquent des revêtements UV. Cependant, au lieu d'entrer dans un four thermique après l'application du revêtement et le flash de solvant, le revêtement est durci avec l'énergie UV générée par des systèmes de lampes UV organisés de manière à éclairer le revêtement avec la quantité minimale d'énergie requise pour obtenir le durcissement.
Les entreprises et les industries qui exploitent les attributs 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 bénéfices.
Exploiter les attributs des UV
Quels sont les principaux attributs qui peuvent être exploités ? Premièrement, comme mentionné précédemment, le durcissement est très rapide et peut être effectué à température ambiante. Cela permet un durcissement efficace des substrats sensibles à la chaleur et tous les revêtements peuvent être durcis très rapidement. Le durcissement aux UV est la clé de la productivité si la contrainte (goulot d'étranglement) de votre processus est un temps de durcissement long. De plus, la vitesse permet un processus avec un encombrement beaucoup plus réduit. À titre de comparaison, un revêtement conventionnel nécessitant une cuisson de 30 minutes à une vitesse de ligne de 15 fpm nécessite 450 pieds de convoyeur dans le four, tandis qu'un revêtement durci aux UV peut nécessiter seulement 25 pieds (ou moins) de convoyeur.
La réaction de réticulation UV peut donner lieu à un revêtement présentant une durabilité physique bien supérieure. Bien que les revêtements puissent être formulés pour être durs pour des applications telles que les revêtements de sol, ils peuvent également être très flexibles. Les deux types de revêtements, durs et flexibles, sont utilisés dans les applications automobiles.
Ces attributs sont les moteurs du développement et de la pénétration continus de la technologie UV pour les revêtements automobiles. Bien entendu, le durcissement UV des revêtements industriels présente des défis. La principale préoccupation du propriétaire du processus est la capacité à 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 durcir le revêtement. Cela nécessite une analyse minutieuse de la pièce, le rangement des pièces et la disposition des lampes pour éliminer les zones d'ombre. Cependant, des améliorations significatives ont été apportées aux lampes, aux matières premières et aux produits formulés, permettant de surmonter la plupart de ces contraintes.
Éclairage avant automobile
L'application automobile spécifique où les UV sont devenus la technologie standard est celle de l'éclairage avant automobile, où les revêtements UV sont utilisés depuis plus de 15 ans et représentent désormais 80 % du marché. Les phares sont composés de deux composants principaux qui doivent être recouverts : la lentille en polycarbonate et le boîtier du réflecteur. La lentille nécessite un revêtement très dur et résistant aux rayures pour protéger le polycarbonate des éléments et des abus physiques. Le boîtier du réflecteur est doté d'une couche de base UV (apprêt) qui scelle le substrat et fournit une surface ultra-lisse pour la métallisation. Le marché des couches de base pour réflecteurs est désormais essentiellement durci à 100 % aux UV. Les principales raisons de son adoption sont l’amélioration de la productivité, la faible empreinte du processus et les propriétés supérieures de performances de revêtement.
Bien que les revêtements utilisés soient durcis aux UV, ils contiennent des solvants. Cependant, la majeure partie de la pulvérisation est récupérée et recyclée dans le processus, atteignant une efficacité de transfert proche de 100 %. L'objectif du développement futur est d'augmenter la teneur en solides à 100 % et d'éliminer le besoin d'un oxydant.
Pièces extérieures en plastique
L'une des applications les moins connues est l'utilisation d'un vernis durcissable aux UV sur les moulures latérales de carrosserie moulées en couleur. Initialement, ce revêtement a été développé pour diminuer le jaunissement lors de l'exposition extérieure des moulures latérales de la carrosserie en vinyle. Le revêtement devait être très résistant et flexible pour maintenir l'adhérence sans se fissurer à cause d'objets heurtant la moulure. Les facteurs déterminants pour l'utilisation de revêtements UV dans cette application sont la vitesse de durcissement (faible encombrement du processus) et les propriétés de performance supérieures.
Panneaux de carrosserie SMC
Le composé de moulage en feuille (SMC) est un matériau composite utilisé comme alternative à l'acier depuis plus de 30 ans. Le SMC est constitué d'une résine polyester chargée de fibres de verre qui a été coulée en feuilles. Ces feuilles sont ensuite placées dans un moule à compression et transformées en panneaux de carrosserie. Le SMC peut être choisi car il réduit les coûts d'outillage pour les petites séries de production, réduit le poids, offre une résistance aux bosses et à la corrosion et donne une plus grande latitude aux stylistes. Cependant, l’un des défis liés à l’utilisation de SMC réside dans la finition de la pièce dans l’usine d’assemblage. Le SMC est un substrat poreux. Lorsque le panneau de carrosserie d'un véhicule passe dans le four à peinture transparente, un défaut de peinture appelé « éclat de porosité » peut se produire. Cela nécessitera au moins une réparation ponctuelle, ou s’il y a suffisamment de « pops », une repeinture complète de la carrosserie.
Il y a trois ans, dans le but d'éliminer ce défaut, BASF Coatings a commercialisé un scellant hybride UV/thermique. La raison pour laquelle on utilise un traitement hybride est que le surpulvérisation sera durci sur des surfaces non critiques. L’étape clé pour éliminer les « éclats de porosité » est l’exposition à l’énergie UV, qui augmente considérablement la densité de réticulation du revêtement exposé sur les surfaces critiques. Si le scellant ne reçoit pas l'énergie UV minimale, le revêtement satisfait quand même à toutes les autres exigences de performance.
L'utilisation de la technologie à double durcissement dans ce cas offre de nouvelles propriétés de revêtement en utilisant le durcissement aux UV tout en fournissant un facteur de sécurité pour le revêtement dans une application à haute valeur ajoutée. Cette application démontre non seulement comment la technologie UV peut fournir des propriétés de revêtement uniques, mais elle montre également qu'un système de revêtement durci par UV est viable sur des pièces automobiles de grande valeur, à volume élevé, de grande taille et complexes. Ce revêtement a été utilisé sur environ un million de panneaux de carrosserie.
Vernis OEM
On peut soutenir que le segment de marché de la technologie UV avec la plus grande visibilité est celui des revêtements de classe A pour les panneaux de carrosserie extérieurs d’automobiles. Ford Motor Company a exposé la technologie UV sur un prototype de véhicule, la voiture Concept U, au Salon international de l'auto d'Amérique du Nord en 2003. La technologie de revêtement démontrée était un vernis durcissant aux UV, formulé et fourni par Akzo Nobel Coatings. Ce revêtement a été appliqué et durci sur des panneaux de carrosserie individuels fabriqués à partir de divers matériaux.
Lors de Surcar, la première conférence mondiale sur les revêtements automobiles qui se tient tous les deux ans en France, DuPont Performance Coatings et BASF ont fait des présentations en 2001 et 2003 sur la technologie de durcissement UV pour les vernis automobiles. Le moteur de ce développement est d’améliorer un problème majeur de satisfaction des clients concernant la résistance de la peinture aux rayures et aux rayures. Les deux sociétés ont développé des revêtements à polymérisation hybride (UV et thermique). L’objectif de la poursuite de la voie de la technologie hybride est de minimiser la complexité du système de durcissement UV tout en atteignant les propriétés de performance cibles.
DuPont et BASF ont installé des lignes pilotes dans leurs installations. La ligne DuPont de Wuppertal a la capacité de soigner des corps entiers. Les entreprises de revêtement doivent non seulement démontrer de bonnes performances de revêtement, mais elles doivent également démontrer une solution de ligne de peinture. L'un des autres avantages du durcissement UV/thermique cité par DuPont est que la longueur de la partie transparente de la ligne de finition peut être réduite de 50 % simplement en réduisant la longueur du four thermique.
Du côté de l'ingénierie, Dürr System GmbH a présenté un concept d'installation d'assemblage pour le durcissement aux UV. L'une des variables clés de ces concepts était l'emplacement du processus de durcissement UV dans la ligne de finition. Les solutions techniques comprenaient l'emplacement des lampes UV avant, à l'intérieur ou après le four thermique. Dürr estime qu'il existe des solutions techniques pour la plupart des options de processus impliquant les formulations actuelles en cours de développement. Fusion UV Systems a également présenté un nouvel outil : une simulation informatique du processus de durcissement aux UV pour les carrosseries automobiles. Ce développement a été entrepris pour soutenir et accélérer l’adoption de la technologie de durcissement par UV dans les usines d’assemblage.
Autres applications
Les travaux de développement se poursuivent pour les revêtements plastiques utilisés sur les intérieurs automobiles, les revêtements pour jantes en alliage et enjoliveurs de roues, les vernis transparents sur les grandes pièces moulées en couleur et pour les pièces sous le capot. Le procédé UV continue d'être validé en tant que plateforme de durcissement stable. Tout ce qui change vraiment, c'est que les revêtements UV s'étendent désormais vers des pièces plus complexes et de plus grande valeur. La stabilité et la viabilité à long terme du processus ont été démontrées avec l'application d'éclairage avant. Cela a commencé il y a plus de 20 ans et constitue aujourd’hui la norme de l’industrie.
Bien que la technologie UV ait ce que certains considèrent comme un facteur « cool », ce que l'industrie veut faire avec cette technologie est de fournir les meilleures solutions aux problèmes des finisseurs. Personne n’utilise une technologie pour le plaisir. Il doit apporter de la valeur. La valeur peut prendre la forme d’une productivité améliorée liée à la vitesse de durcissement. Ou bien cela peut provenir de propriétés améliorées ou nouvelles que vous n’avez pas pu obtenir avec les technologies actuelles. Cela peut provenir d'une qualité initiale supérieure, car le revêtement est exposé moins longtemps à la saleté. Cela peut constituer un moyen de réduire ou d’éliminer les COV dans votre installation. La technologie peut apporter de la valeur. L'industrie UV et les finisseurs doivent continuer à travailler ensemble pour élaborer des solutions qui améliorent les résultats financiers des finisseurs.
Heure de publication : 14 mars 2023
