Die UV-Technologie gilt vielen als die zukunftsweisende Technologie zur Aushärtung von Industrielacken. Obwohl sie für viele in der Industrie- und Automobillackbranche noch neu sein mag, wird sie in anderen Branchen bereits seit über drei Jahrzehnten eingesetzt.
Die UV-Technologie gilt vielen als die Zukunftstechnologie für die Aushärtung von Industrielacken. Obwohl sie in der Industrie- und Automobilbeschichtungsbranche noch relativ neu ist, wird sie in anderen Branchen bereits seit über drei Jahrzehnten eingesetzt. UV-beschichtete Vinylböden sind allgegenwärtig und finden sich in vielen Haushalten wieder. Auch in der Unterhaltungselektronik spielt die UV-Härtungstechnologie eine wichtige Rolle. So wird sie beispielsweise bei Mobiltelefonen für die Beschichtung von Kunststoffgehäusen, zum Schutz der internen Elektronik, für UV-verklebte Bauteile und sogar für die Herstellung der Farbbildschirme einiger Geräte verwendet. Ebenso nutzen die Glasfaser- und DVD/CD-Industrie ausschließlich UV-Beschichtungen und -Klebstoffe und wären ohne die UV-Technologie in ihrer heutigen Form nicht denkbar.
Was genau ist UV-Härtung? Vereinfacht gesagt, handelt es sich um ein Verfahren zur Vernetzung (Aushärtung) von Beschichtungen durch einen chemischen Prozess, der durch UV-Strahlung initiiert und aufrechterhalten wird. In weniger als einer Minute härtet die Beschichtung aus. Es gibt zwar grundlegende Unterschiede in den Rohstoffen und der Funktionalität der Harze in der Beschichtung, diese sind jedoch für den Anwender nicht wahrnehmbar.
Konventionelle Applikationsgeräte wie luftzerstäubende Spritzpistolen, HVLP-Anlagen, Drehglocken, Fließbeschichtungsanlagen, Walzenbeschichtungsanlagen und andere Geräte tragen UV-Beschichtungen auf. Anstatt die Beschichtung nach dem Auftragen und der Entlüftung in einen Trockenofen zu geben, wird sie jedoch mit UV-Energie ausgehärtet, die von UV-Lampensystemen erzeugt wird. Diese Systeme sind so angeordnet, dass die Beschichtung mit der minimal erforderlichen Energiemenge bestrahlt wird, um die Aushärtung zu erreichen.
Unternehmen und Branchen, die die Vorteile der UV-Technologie nutzen, haben durch überlegene Produktionseffizienz und ein überlegenes Endprodukt bei gleichzeitiger Gewinnsteigerung einen außergewöhnlichen Mehrwert geschaffen.
Ausnutzung der Attribute von UV
Welche Schlüsseleigenschaften lassen sich nutzen? Erstens, wie bereits erwähnt, erfolgt die Aushärtung sehr schnell und bei Raumtemperatur. Dies ermöglicht die effiziente Aushärtung wärmeempfindlicher Substrate, und alle Beschichtungen können sehr schnell aushärten. UV-Härtung ist ein entscheidender Produktivitätsfaktor, wenn die Aushärtungszeit der limitierende Faktor in Ihrem Prozess ist. Die hohe Geschwindigkeit ermöglicht zudem einen deutlich platzsparenderen Prozess. Zum Vergleich: Eine herkömmliche Beschichtung, die bei einer Liniengeschwindigkeit von 4,5 m/min 30 Minuten Einbrennzeit benötigt, erfordert 137 m Förderband im Ofen, während eine UV-gehärtete Beschichtung nur 7,6 m (oder weniger) Förderband benötigt.
Die UV-Vernetzungsreaktion kann zu einer Beschichtung mit deutlich überlegener physikalischer Beständigkeit führen. Beschichtungen können zwar für Anwendungen wie Fußböden hart formuliert werden, aber auch sehr flexibel. Beide Arten von Beschichtungen, harte und flexible, werden in der Automobilindustrie eingesetzt.
Diese Eigenschaften treiben die kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbreitung der UV-Technologie für Automobillacke voran. Natürlich birgt die UV-Härtung von Industrielacken Herausforderungen. Für den Anlagenbetreiber ist es von zentraler Bedeutung, alle Bereiche komplexer Bauteile mit UV-Energie zu belichten. Die gesamte Oberfläche des Lacks muss der minimal erforderlichen UV-Energie ausgesetzt werden, um den Lack auszuhärten. Dies erfordert eine sorgfältige Analyse des Bauteils, die Anordnung der Teile und die Positionierung der Lampen, um Schattenbereiche zu vermeiden. Dank bedeutender Verbesserungen bei Lampen, Rohstoffen und Produktformulierungen lassen sich die meisten dieser Einschränkungen jedoch überwinden.
Fahrzeug-Frontscheinwerfer
Die Automobilindustrie hat sich insbesondere im Bereich der Frontscheinwerfer als Standardtechnologie etabliert. Hier werden UV-Beschichtungen seit über 15 Jahren eingesetzt und beherrschen mittlerweile 80 % des Marktes. Scheinwerfer bestehen aus zwei Hauptkomponenten, die beschichtet werden müssen: der Polycarbonat-Linse und dem Reflektorgehäuse. Die Linse benötigt eine sehr harte, kratzfeste Beschichtung, um das Polycarbonat vor Witterungseinflüssen und Beschädigungen zu schützen. Das Reflektorgehäuse verfügt über eine UV-Grundierung, die das Substrat versiegelt und eine extrem glatte Oberfläche für die Metallisierung schafft. Der Markt für Reflektorgrundierungen basiert heute praktisch vollständig auf UV-härtenden Beschichtungen. Die Hauptgründe für die zunehmende Verbreitung sind die höhere Produktivität, der geringe Platzbedarf und die überlegenen Beschichtungseigenschaften.
Die verwendeten Beschichtungen sind zwar UV-härtend, enthalten aber dennoch Lösungsmittel. Der Großteil des Sprühnebels wird jedoch aufgefangen und dem Prozess wieder zugeführt, wodurch eine nahezu 100%ige Übertragungseffizienz erreicht wird. Ziel der zukünftigen Entwicklung ist es, den Feststoffgehalt auf 100 % zu erhöhen und auf ein Oxidationsmittel zu verzichten.
Äußere Kunststoffteile
Eine weniger bekannte Anwendung ist die Verwendung eines UV-härtenden Klarlacks auf durchgefärbten Seitenleisten. Ursprünglich wurde diese Beschichtung entwickelt, um das Vergilben von Vinyl-Seitenleisten bei Außenbewitterung zu reduzieren. Die Beschichtung musste sehr robust und flexibel sein, um eine dauerhafte Haftung ohne Risse durch Stöße zu gewährleisten. Die Vorteile von UV-Beschichtungen in dieser Anwendung liegen in der schnellen Aushärtung (geringer Platzbedarf) und den hervorragenden Leistungseigenschaften.
SMC Karosserieteile
Sheet Molding Compound (SMC) ist ein Verbundwerkstoff, der seit über 30 Jahren als Alternative zu Stahl eingesetzt wird. SMC besteht aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz, das zu Platten gegossen wird. Diese Platten werden anschließend in eine Form gegeben und zu Karosserieteilen geformt. SMC bietet Vorteile, da es die Werkzeugkosten für Kleinserien senkt, das Gewicht reduziert, Beständigkeit gegen Dellen und Korrosion bietet und Designern mehr Gestaltungsfreiheit ermöglicht. Eine Herausforderung bei der Verwendung von SMC ist jedoch die Oberflächenbearbeitung der Teile im Montagewerk. SMC ist ein poröser Untergrund. Wenn das Karosserieteil, das nun am Fahrzeug montiert ist, den Klarlackofen durchläuft, können Lackfehler, sogenannte Porositätsblasen, auftreten. Diese erfordern mindestens eine punktuelle Ausbesserung oder, bei einer größeren Anzahl von Blasen, eine vollständige Neulackierung der Karosserie.
Um diesen Mangel zu beheben, brachte BASF Coatings vor drei Jahren einen UV/thermischen Hybrid-Versiegler auf den Markt. Der Vorteil der Hybridhärtung liegt darin, dass der Sprühnebel auf unkritischen Oberflächen aushärtet. Der entscheidende Schritt zur Beseitigung der Porosität ist die UV-Bestrahlung, die die Vernetzungsdichte der Beschichtung auf den kritischen Oberflächen deutlich erhöht. Selbst wenn der Versiegler nicht die Mindest-UV-Energie erhält, erfüllt die Beschichtung dennoch alle anderen Leistungsanforderungen.
Der Einsatz der Dual-Cure-Technologie ermöglicht in diesem Fall neue Beschichtungseigenschaften durch UV-Härtung und bietet gleichzeitig einen Sicherheitsfaktor für die Beschichtung in einer hochwertigen Anwendung. Diese Anwendung demonstriert nicht nur, wie UV-Technologie einzigartige Beschichtungseigenschaften erzeugen kann, sondern zeigt auch, dass ein UV-gehärtetes Beschichtungssystem für hochwertige, in großen Stückzahlen gefertigte, große und komplexe Automobilteile geeignet ist. Diese Beschichtung wurde bereits auf rund einer Million Karosserieteilen eingesetzt.
OEM-Klarlack
Das Marktsegment mit der größten Sichtbarkeit im Bereich der UV-Technologie sind wohl die Lackierungen der Klasse A für Karosserieaußenteile. Die Ford Motor Company präsentierte die UV-Technologie 2003 auf der North American International Auto Show an einem Prototypfahrzeug, dem Concept U. Die gezeigte Lacktechnologie war ein UV-härtender Klarlack, der von Akzo Nobel Coatings entwickelt und geliefert wurde. Dieser Lack wurde auf einzelne Karosserieteile aus verschiedenen Materialien aufgetragen und ausgehärtet.
Auf der Surcar, der alle zwei Jahre in Frankreich stattfindenden, weltweit führenden Konferenz für Automobillacke, präsentierten DuPont Performance Coatings und BASF 2001 und 2003 ihre Innovationen zur UV-Härtungstechnologie für Autoklarlacke. Treiber dieser Entwicklung ist die Verbesserung eines zentralen Kundenzufriedenheitsaspekts bei Lacken: die Kratz- und Abriebfestigkeit. Beide Unternehmen haben Hybrid-Härtungslacke (UV- und thermische Härtung) entwickelt. Ziel dieser Hybridtechnologie ist es, die Komplexität des UV-Härtungssystems zu minimieren und gleichzeitig die angestrebten Leistungseigenschaften zu erreichen.
Sowohl DuPont als auch BASF haben Pilotanlagen in ihren Werken installiert. Die DuPont-Anlage in Wuppertal kann Volllacke aushärten. Die Lackhersteller müssen nicht nur eine gute Lackierleistung nachweisen, sondern auch eine Lösung für ihre Lackierlinie präsentieren. Ein weiterer Vorteil der UV-/Thermohärtung, den DuPont hervorhebt, ist die Möglichkeit, die Länge des Klarlackierprozesses in der Lackierlinie um 50 % zu reduzieren, indem lediglich die Länge des Thermoofens verkürzt wird.
Dürr System GmbH präsentierte ein Konzept für eine Montageanlage mit UV-Härtung. Eine der Schlüsselvariablen war die Positionierung des UV-Härtungsprozesses in der Endbearbeitungslinie. Zu den vorgestellten Lösungen zählten die Platzierung der UV-Lampen vor, innerhalb oder nach dem Thermoofen. Dürr ist überzeugt, dass für die meisten Prozessoptionen mit den aktuell in Entwicklung befindlichen Formulierungen technische Lösungen existieren. Fusion UV Systems stellte zudem ein neues Werkzeug vor – eine Computersimulation des UV-Härtungsprozesses für Automobilkarosserien. Diese Entwicklung soll die Einführung der UV-Härtungstechnologie in Montageanlagen unterstützen und beschleunigen.
Weitere Anwendungen
Die Entwicklung von Kunststoffbeschichtungen für Fahrzeuginnenräume, Leichtmetallfelgen und Radkappen, Klarlacke für große, durchgefärbte Formteile sowie für Motorraumteile wird fortgesetzt. Das UV-Verfahren wird weiterhin als stabile Härtungsplattform validiert. Die einzige wesentliche Änderung besteht darin, dass UV-Beschichtungen nun auch für komplexere und höherwertige Bauteile eingesetzt werden. Die Stabilität und langfristige Eignung des Verfahrens wurden anhand der Frontscheinwerfer-Anwendung unter Beweis gestellt. Diese Anwendung begann vor über 20 Jahren und ist heute Industriestandard.
Obwohl UV-Technologie einen gewissen „Coolness“-Faktor besitzt, verfolgt die Branche mit dieser Technologie das Ziel, optimale Lösungen für die Probleme von Oberflächenverarbeitern zu entwickeln. Niemand nutzt eine Technologie um ihrer selbst willen. Sie muss einen Mehrwert bieten. Dieser Mehrwert kann sich in Form einer höheren Produktivität durch schnellere Aushärtung ergeben. Er kann aber auch durch verbesserte oder neue Eigenschaften entstehen, die mit den bisherigen Technologien nicht erreichbar waren. Er kann sich in einer höheren Erstauftragsqualität niederschlagen, da die Beschichtung weniger Zeit Schmutz ausgesetzt ist. Zudem kann sie eine Möglichkeit bieten, VOC in Ihrem Betrieb zu reduzieren oder ganz zu eliminieren. Die Technologie kann also einen echten Mehrwert bieten. Die UV-Industrie und die Oberflächenverarbeiter müssen weiterhin zusammenarbeiten, um Lösungen zu entwickeln, die die Rentabilität der Oberflächenverarbeiter steigern.
Veröffentlichungsdatum: 14. März 2023
