UV 硬化コーティングの自動車用途

UV 技術は、工業用コーティングを硬化するための「将来の」技術であると多くの人が考えています。工業用および自動車用コーティング業界の多くの人にとっては新しいことかもしれませんが、他の業界では 30 年以上前から存在しています…

UV 技術は、工業用コーティングを硬化するための「将来の」技術であると多くの人が考えています。工業用および自動車用コーティング業界の多くの人にとっては新しいことかもしれませんが、他の業界では 30 年以上前から存在しています。人々は毎日 UV コーティングされたビニール床製品の上を歩きますし、私たちの多くはそれを自宅に使用しています。UV 硬化技術は家電業界でも重要な役割を果たしています。たとえば、携帯電話の場合、UV 技術はプラスチック ハウジングのコーティング、内部電子機器を保護するコーティング、UV 接着剤で接合されたコンポーネント、さらには一部の携帯電話に搭載されているカラー スクリーンの製造にも使用されています。同様に、光ファイバー産業と DVD/CD 産業は UV コーティングと接着剤のみを使用しており、UV 技術がその発展を可能にしていなかったら、今日私たちが知るような産業は存在しなかったでしょう。

では、UV硬化とは何でしょうか？最も簡単に言うと、UV エネルギーによって開始および維持される化学プロセスによってコーティングを架橋 (硬化) するプロセスです。1 分以内にコーティングは液体から固体に変わります。一部の原材料とコーティングの樹脂の機能には根本的な違いがありますが、これらはコーティングのユーザーにはわかりません。

空気霧化スプレーガン、HVLP、ロータリーベル、フローコーティング、ロールコーティング、その他の装置などの従来の塗布装置で UV コーティングを塗布します。ただし、コーティングを塗布して溶剤をフラッシュした後にサーマルオーブンに入れる代わりに、硬化を達成するために必要な最小限のエネルギーでコーティングを照射するように構成された UV ランプ システムによって生成された UV エネルギーでコーティングが硬化されます。

UV テクノロジーの特性を活用する企業や業界は、利益を向上させながら優れた生産効率と優れた最終製品を提供することで、並外れた価値を提供してきました。

UVの属性を利用する

悪用される可能性のある主な属性は何ですか?まず、前述したように、硬化は非常に速く、室温で行うことができます。これにより、熱に弱い基材の効率的な硬化が可能になり、すべてのコーティングを非常に迅速に硬化できます。プロセスの制約 (ボトルネック) が硬化時間が長い場合、UV 硬化は生産性の鍵となります。また、その速度により、プロセスの設置面積が大幅に小さくなります。比較のために、ライン速度 15 fpm で 30 分間のベークを必要とする従来のコーティングには、オーブン内に 450 フィートのコンベアが必要ですが、UV 硬化コーティングには 25 フィート (またはそれ以下) のコンベアしか必要ありません。

UV 架橋反応により、非常に優れた物理的耐久性を備えたコーティングが得られます。コーティングはフローリングなどの用途に合わせて硬く配合することもできますが、非常に柔軟にすることもできます。硬いコーティングと柔軟なコーティングの両方のタイプが自動車用途に使用されます。

これらの特性が、自動車コーティング用の UV 技術の継続的な開発と普及の推進力となります。もちろん、工業用コーティングの UV 硬化には課題があります。プロセス所有者にとっての主な関心事は、複雑な部品のすべての領域を UV エネルギーにさらすことができるかどうかです。コーティングの表面全体は、コーティングを硬化するために必要な最小限の UV エネルギーにさらされる必要があります。これには、部品の慎重な分析、部品のラック配置、影の領域を排除するためのランプの配置が必要です。しかし、ランプ、原材料、配合製品には大幅な改善があり、これらの制約のほとんどを克服しています。

自動車前方照明

UV が標準技術となっている具体的な自動車用途は自動車前部照明業界であり、そこでは UV コーティングが 15 年以上使用されており、現在市場の 80% を占めています。ヘッドランプは、コーティングが必要な 2 つの主要なコンポーネント、ポリカーボネート レンズとリフレクター ハウジングで構成されています。レンズには、ポリカーボネートを風雨や物理的虐待から保護するために、非常に硬く、傷がつきにくいコーティングが必要です。リフレクターハウジングには、基板を密閉し、メタライゼーションのための非常に滑らかな表面を提供する UV ベースコート (プライマー) が施されています。リフレクターベースコート市場は現在、基本的に 100% UV 硬化型です。採用の主な理由は、生産性の向上、プロセスのフットプリントの小ささ、および優れたコーティング性能特性です。

使用されているコーティングは UV 硬化されていますが、溶剤が含まれています。ただし、オーバースプレーの大部分は回収されてプロセスにリサイクルされ、100% に近い転写効率を達成します。今後の開発の焦点は、固形分を 100% に増やし、酸化剤の必要性を排除することです。

外装樹脂部品

あまり知られていない用途の 1 つは、カラー成型されたボディサイドモールディングの上に UV 硬化性クリアコートを使用することです。当初、このコーティングは、ビニール製のボディサイドモールディングが屋外に露出した際の黄ばみを軽減するために開発されました。成形品に当たる物体によって亀裂が生じることなく接着を維持するには、コーティングは非常に強靭で柔軟でなければなりません。この用途で UV コーティングを使用する原動力は、硬化速度 (プロセス フットプリントが小さい) と優れた性能特性です。

SMCボディパネル

シート モールディング コンパウンド (SMC) は、30 年以上にわたって鋼の代替品として使用されている複合材料です。SMC は、シートに成形されたガラス繊維入りポリエステル樹脂で構成されています。これらのシートは圧縮金型に入れられ、ボディパネルに成形されます。SMC を選択できる理由は、少量生産の場合の工具コストを削減し、重量を軽減し、へこみや耐食性を提供し、スタイリストの自由度を高めることができるからです。ただし、SMC を使用する際の課題の 1 つは、組立工場での部品の仕上げです。SMC は多孔質基材です。車両に取り付けられたボディ パネルがクリアコート塗装オーブンを通過すると、「ポロシティ ポップ」として知られる塗装欠陥が発生することがあります。これには、少なくとも部分的な修理、または十分な「ポップ」がある場合は、ボディシェルの完全な再塗装が必要になります。

3 年前、この欠陥を解消する取り組みとして、BASF Coatings は UV/熱ハイブリッド シーラーを商品化しました。ハイブリッド硬化を使用する理由は、オーバースプレーが重要ではない表面で硬化されるためです。「気孔ポップ」を除去するための重要なステップは、UV エネルギーにさらすことで、重要な表面上の露出したコーティングの架橋密度を大幅に増加させます。シーラーが最小限の UV エネルギーを受けなくても、コーティングは他のすべての性能要件を満たします。

この例でのデュアルキュア技術の使用により、UV 硬化を利用することで新しいコーティング特性が提供されると同時に、高価値の用途でコーティングに安全係数が提供されます。このアプリケーションは、UV 技術がどのようにして独自のコーティング特性を提供できるかを実証するだけでなく、UV 硬化コーティング システムが高価値、大量、大型で複雑な自動車部品にも実行可能であることも示しています。このコーティングは、約 100 万枚のボディパネルに使用されています。

OEM クリアコート

おそらく、最も注目度の高い UV 技術市場セグメントは、自動車外装ボディ パネルのクラス A コーティングです。フォード モーター カンパニーは、2003 年の北米国際自動車ショーでプロトタイプ車両のコンセプト U カーで UV 技術を展示しました。実証されたコーティング技術は、アクゾ ノーベル コーティングスが配合および供給した UV 硬化クリアコートでした。このコーティングは、さまざまな材料で作られた個々のボディパネル上に塗布され、硬化されました。

フランスで隔年開催される主要な世界自動車コーティング会議である Surcar では、DuPont Performance Coatings と BASF の両方が 2001 年と 2003 年に自動車用クリアコートの UV 硬化技術に関するプレゼンテーションを行いました。この開発の原動力は、塗料に対する顧客満足度の主要な問題である耐傷性と耐擦傷性を改善することです。両社はハイブリッド硬化 (UV および熱) コーティングを開発しました。ハイブリッド技術の道を追求する目的は、目標の性能特性を達成しながら、UV 硬化システムの複雑さを最小限に抑えることです。

デュポンと BASF は両方とも自社施設にパイロット ラインを設置しました。ヴッパータールのデュポン ラインには全身を治療する能力があります。塗装会社は優れた塗装性能を示す必要があるだけでなく、塗装ラインのソリューションを実証する必要もあります。デュポン社が挙げた UV/熱硬化のもう 1 つの利点は、サーマル オーブンの長さを短くするだけで、仕上げラインのクリアコート部分の長さを 50% 削減できることです。

エンジニアリング面では、Dürr System GmbH が UV 硬化用の組立工場のコンセプトについてプレゼンテーションを行いました。これらのコンセプトにおける重要な変数の 1 つは、仕上げラインにおける UV 硬化プロセスの位置でした。設計されたソリューションには、加熱オーブンの前、中、または後に UV ランプを配置することが含まれていました。Dürr 氏は、現在開発中の配合に関わるほとんどのプロセス オプションに対してエンジニアリング ソリューションがあると感じています。Fusion UV Systems は、自動車ボディの UV 硬化プロセスのコンピューター シミュレーションという新しいツールも発表しました。この開発は、組立工場における UV 硬化技術の導入をサポートし、促進するために行われました。

その他の用途

自動車の内装に使用されるプラスチックコーティング、合金ホイールやホイールカバー用のコーティング、大型成型カラー部品やボンネット下の部品のクリアコートの開発作業が続けられています。UV プロセスは、安定した硬化プラットフォームとして引き続き検証されています。実際に変化しているのは、UV コーティングがより複雑でより価値の高い部品に移行していることだけです。プロセスの安定性と長期実行可能性は、前方照明アプリケーションで実証されています。20 年以上前に始まり、現在では業界標準となっています。

UV テクノロジーには一部の人が「クール」と考える要素がありますが、業界がこのテクノロジーでやりたいことは、フィニッシャーの問題に最適なソリューションを提供することです。テクノロジーのためにテクノロジーを使用する人はいません。価値を提供する必要があります。その価値は、硬化速度に関連する生産性の向上という形で得られます。あるいは、現在のテクノロジーでは実現できなかった、改良された特性や新しい特性によってもたらされる可能性があります。コーティングが汚れやすい時間が短いため、初回の品質が高くなります。施設で VOC を削減または排除する手段となる可能性があります。テクノロジーは価値を提供できます。UV 業界とフィニッシャーは、フィニッシャーの収益を向上させるソリューションを構築するために協力し続ける必要があります。