Nie tylko w branży oświetleniowej energooszczędne diody LED zyskują coraz więcej zwolenników. Ich zalety można z powodzeniem wykorzystywać przy suszeniu farb i utwardzaniu lakierów na różnych podłożach. Artykuł niniejszy przybliża możliwości nowej technologii w kontekście metalizacji tworzyw sztucznych na elementach 3D.
Kiedy naparowywanie aluminium odbywa się w wysokiej próżni, możliwe jest nadanie metalicznego wyglądu częściom z tworzywa sztucznego. W procesie tym bardzo cienkie warstwy metalu o grubości 0,1 µm i poniżej są naparowywane na tworzywo sztuczne. Najczęściej stosowanym metalem jest aluminium. Jednakże do metalizowania za pomocą różnych procedur metalizacji, takich jak PVD (fizyczne osadzanie z fazy gazowej), można również używać chromu, cyny, tytanu, miedzi i innych metali.
Fazy utwardzania UV
Zasadniczo poprzez naparowanie próżniowe można pokryć aluminium każdy odporny na ciepło element z tworzywa sztucznego o stosunkowo gładkiej powierzchni. Odbywa się to w czterech etapach: najpierw elementy są czyszczone i przygotowywane do powlekania. W przypadku tworzyw sztucznych, takich jak PP/PE, konieczne jest przeprowadzenie odpowiedniej wstępnej obróbki podłoża w celu zapewnienia dobrych właściwości adhezyjnych. Następnie nakładana jest warstwa bazowa lakieru, wyrównująca nierówności w strukturze podłoża i jednocześnie działająca jako środek wiążący, która może być utwardzona promieniowaniem UV. W celu skrócenia procesu produkcyjnego warstwa bazowa jest utwardzana za pomocą technologii UV. Następnie w komorze próżniowej naparowywana jest warstwa metaliczna. Ostatni etap polega głównie na nałożeniu wierzchniej warstwy lakieru UV, który chroni powleczony przedmiot przed zadrapaniami i mechanicznym otarciem. Aby uzyskać optymalny efekt, warstwa ta jest również utwardzana światłem UV.
Próżniowe naparowywanie aluminium spełnia wysokie wymagania klientów. Elementy wyglądają podobnie jak przy chromowaniu i wykazują podobny poziom odporności. W procesie tym wspomaganym suszeniem UV można nakładać znacznie cieńszą warstwę niż w przypadku chromowania. Naparowywanie aluminium poprawia wygląd plastikowych elementów, zwiększa ich wartość oraz zastępuje galwanizowanie powłok. W przeciwieństwie do chromowania, w tej procedurze nie stosuje się szkodliwego sześciowartościowego chromu.
Zastosowanie w przemyśle kosmetycznym
Utwardzanie lakierów za pomocą promieni UV jest stosowane w przemyśle kosmetycznym głównie w sytuacjach, w których pożądany jest wysokiej jakości wygląd produktu. W przeciwieństwie do tradycyjnych systemów lakierniczych, które są oparte na suszeniu lub utwardzaniu za pomocą promieniowania IR, lakiery UV można utwardzać za pomocą światła UV. Promieniowanie UV zawiera wystarczającą ilość energii, aby rozpocząć reakcję polimeryzacji radiacyjnej. Polimeryzacja ta jest szybszym procesem niż polimeryzacja stopniowa w dwuskładnikowych powłokach poliuretanowych. Skraca to czas, w jakim elementy muszą przebywać pod urządzeniem do utwardzania. Proces produkcji jest znacznie krótszy.
Przykład zastosowania suszenia LED do opakowania pomadek do ust
We wspólnym projekcie producent systemów UV IST METZ oraz producent farb i lakierów Mäder-Plastilack z powodzeniem przetestowali zastosowanie technologii LED UV w procesie naparowywania próżniowego aluminium na elementy z tworzyw sztucznych. Badania przeprowadzono na obudowie pomadki do ust.
Podczas metalizowania i lakierowania małych elementów kosmetycznych, takich jak obudowy do szminek, wymagane są wysokiej jakości wygląd i wysoki poziom odporności w codziennym użytkowaniu. Lakiery UV są znane ze swojej bardzo wysokiej odporności na zarysowania. Zmienność sieci polimerowej umożliwia wytworzenie lakierów o różnych właściwościach, od bardzo elastycznych po bardzo twarde.
Powłoki ochronne i bazowe na metalizowanych małych elementach kosmetycznych były do tej pory z powodzeniem utwardzane za pomocą konwencjonalnych średniociśnieniowych lamp rtęciowych.
Nowe systemy LED UV gwarantują wiele korzyści w procesie utwardzania lakierów na tworzywach sztucznych. Promieniowanie monochromatyczne zapobiega przedostawaniu się promieniowania IR. Dzięki temu możliwe jest utwardzanie z bardzo dużą mocą na podłożach wrażliwych na ciepło. W ten sposób można uzyskać bardzo dobrze utwardzoną powłokę bez jakiegokolwiek wypaczenia elementu. A dzięki temu z kolei można zaoszczędzić na grubości materiału elementów, zmniejszając w ten sposób nie tylko ilość zużytego materiału, ale także koszty.
Moduły LED UV są gotowe do użycia zaraz po włączeniu i przekazują niewielką ilość ciepła do podłoża. Charakteryzują się szczególnie długą żywotnością. Diody LED mogą być również indywidualnie sterowane i taktowane, w zależności od miejsca, w którym wymagane jest światło na podłożu.
Lakiery bazowe przy metalizowaniu
W procesie metalizowania lakiery bazowe muszą charakteryzować się dobrym rozprowadzaniem, aby zagwarantować doskonałą metalizację. Muszą wykazywać bardzo dobre właściwości adhezyjne na różnych tworzywach sztucznych.
Przyczepność powłoki metalu do lakieru bazowego również jest bardzo istotna, ponieważ to kolejny obszar, który może być podatny na infiltrację i późniejsze rozwarstwienie.
Lakier bazowy do metalizacji Lumilux 3209e clear, który jest produkowany przez Mäder, może być utwardzany zarówno przez lampy rtęciowe z domieszką żelaza, jak i przez lampy LED UV firmy IST METZ.
Wierzchnia warstwa lakieru do ochrony przed czynnikami zewnętrznymi
Wierzchnia warstwa lakieru musi chronić wrażliwą warstwę metalizacji przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi. To obszar, w którym wymagana jest wysoka odporność na zarysowania, na przykład w celu ochrony przed zadrapaniami za pomocą kluczy w torebce. Powłoka musi również być odporna na kremy do rąk; nie może stracić twardości. Kolejnym ważnym czynnikiem jest na przykład odporność na wilgoć, która tworzy się w łazience.
Lakier ochronny musi również charakteryzować się bardzo dobrym rozprowadzeniem, aby umożliwić atrakcyjny wygląd produktu. Ponadto, aby uniknąć zniekształcenia koloru wykańczanego elementu, powłoka ochronna nie może wykazywać żadnych przebarwień.
Lakier ochronny Lumilux 6000 firmy Mäder Lacke spełnia wysokie wymagania przemysłu kosmetycznego. Można go utwardzać zarówno za pomocą lamp rtęciowych z domieszką żelaza, jak i systemów wyposażonych w LED firmy IST METZ. Daje to dużą elastyczność przy wyborze technologii UV.
Przeprowadzone testy wykazały, iż ww. lakiery mogą być stosowane w konwencjonalnym suszeniu UV i LED UV, ponieważ zawierają akrylany z reaktywnymi rozcieńczalnikami i fotoinicjatory do utwardzania za pomocą LED. Konwencjonalne rozpuszczalniki stosuje się w celu umożliwienia nakładania natryskowego, jednak dzięki niskiej ich proporcji powłoka lakieru bez względu na zastosowaną technologię utwardzania jest zwarta.
Zastosowany w testach system LED UV LUV 80 firmy IST METZ jest wyposażony w wysokowydajne chipy LED. Zastosowano diody LED o długości fali 385 nm. W porównaniu z powszechnie stosowanymi 395 nm posiadają one większe właściwości utwardzania powłok przy takiej samej mocy. Poszczególne diody LED zostały wyposażone w optykę, przez co uzyskano jednorodną moc promieniowania w szerokim obszarze. Zastosowanie takiej technologii gwarantuje doskonałe rezultaty przy
utwardzaniu elementów 3D.
Opracowano na podstawie materiałów firmy Ist Metz
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
