A crescente viabilidade do LED UV para aplicações automotivas e de transporte

Wavelength, inglês

Abstrato

Este documento explicará o básico de cura por ultravioleta (UV)incluindo irradiância de pico (Watts/cm²), densidade de energia (Joules/cm²), comprimento de onda espectral (nm) e potência total (Watts), bem como as diferenças fundamentais entre os sistemas de cura por eletrodo, microondas e UV LED. Destacará ainda os benefícios do uso da tecnologia LED UV, as tendências que impulsionam sua adoção em uma gama crescente de tecnologias de produção e, mais importante ainda, sua crescente viabilidade em aplicações automotivas e de transporte.

Introdução

A indústria automotiva e de transporte enfrenta vários desafios de projeto, engenharia e fabricação nos próximos anos. Muitos deles envolvem a preparação para os padrões de Economia de Combustível Média Corporativa (CAFE), exigindo que os fabricantes atinjam uma produção ponderada em 54,5 milhas por galão até 2025. Outros têm a ver com uma melhor administração global, levando a maiores reduções no desperdício e consumo de energia nas fábricas de montagem e de fornecedores. Finalmente, a constante mudança demográfica dos trabalhadores e a falta de habilidades de alta tecnologia provavelmente significará ainda mais automação e controle de processos em todas as instalações de produção global. Para cada um desses desafios, muitos novos processos de fabricação provavelmente precisarão ser desenvolvidos.

"Em um esforço para introduzir a indústria automotiva e de transporte aos méritos da cura UV LED, este trabalho começará explicando os fundamentos da cura a partir de uma perspectiva de equipamento".

JENNIFER HEATHCOTE, GERENTE DE VENDAS REGIONAIS, TECNOLOGIA PHOSEON

Enquanto a cura UV convencional através do uso de lâmpadas de microondas e arco voltaico tem sido usada em processos de produção automotiva e de transporte por décadas, a cura UV LED é relativamente nova e não ganhou muita tração. Em outros mercados, entretanto, a tecnologia UV LED é muito mais difundida, pois os avanços significativos no equipamento e na formulação permitem que a tecnologia penetre rapidamente em uma gama crescente de aplicações. Isto se deve principalmente ao fato de que a tecnologia UV LED oferece inúmeros benefícios de desempenho, operacionais e ambientais e é considerada uma tecnologia capacitadora que empresta seu uso para a cura de tintas, adesivos e revestimentos em uma gama maior de materiais sensíveis ao calor, ao mesmo tempo em que proporciona um processo geral e controle de qualidade. Como resultado, a natureza transformacional da cura UV LED é algo que deve ser explorado e avaliado para sua viabilidade de uso na produção, já que as empresas automotivas e de transporte se esforçam para enfrentar vários desafios de fabricação durante a próxima década.

Em um esforço para introduzir a indústria automotiva e de transporte aos méritos da cura UV LED, este trabalho começará explicando os fundamentos da cura sob a perspectiva do equipamento.

Fontes Industriais de Cura UV

As fontes industriais de energia UV há muito tempo incluem lâmpadas de arco de mercúrio de média pressão e de microondas e, mais recentemente, diodos emissores de luz (LEDs). Todas as três tecnologias são utilizadas para reticulação de tintas, revestimentos e adesivos em uma ampla gama de processos de fabricação. Tanto as tecnologias de cura por arco e microondas dependem da vaporização do mercúrio dentro de um tubo de quartzo selado contendo uma mistura de gás inerte.

A física do mercúrio é tal que ele emite luz ultravioleta quando vaporizado. Lâmpadas sem eletrodo empregam microondas para vaporizar o mercúrio, enquanto as lâmpadas de eletrodo aproveitam um arco de alta voltagem atingido entre dois eletrodos para obter o mesmo resultado. Quando o mercúrio é vaporizado em um gás de plasma de temperatura extremamente alta, ele emite uma saída espectral através das faixas UVA, UVB, UVC e UVV que pode ser manipulada em um pequeno grau através da introdução de aditivos metálicos no interior das lâmpadas.

Lâmpadas com adição de metais são normalmente referidas como dopadas, aditivas ou halogeneto de metal. A maioria das formulações de tinta, adesivo e revestimento nas últimas décadas foi formulada para corresponder à produção de lâmpadas de mercúrio padrão, bem como de ferro e lâmpadas dopadas com gálio. Quando as formulações são expostas à energia ultravioleta, elas são reticuladas em um fotopolímero.

Os LEDs UV, por outro lado, são semicondutores de estado sólido. Eles não contêm peças móveis ou gás de plasma de mercúrio e operam a temperaturas que muitas vezes são inferiores a 1/10 das temperaturas de operação das lâmpadas convencionais. Quando conectada a uma fonte de energia DC, uma corrente elétrica flui através dos semicondutores, deixando cair os elétrons em um estado de menor energia à medida que eles viajam do lado negativo para o lado positivo de cada LED discreto. O diferencial de energia é liberado do dispositivo na forma de uma distribuição espectral relativamente monocromática.

Comercialmente, a tecnologia UV LED tem adoção significativa no mercado com comprimentos de onda UVA mais longos (365, 385, 395 e 405 nm), e o trabalho de desenvolvimento em faixas UVB e UVC mais curtas continua. Embora não exista uma fonte UV LED que imite diretamente uma lâmpada convencional, os comprimentos de onda mais longos emitidos pelos LEDs resultam em sua distribuição espectral ser mais semelhante a uma lâmpada de ferro ou gálio do que uma lâmpada de mercúrio básica. O resultado é que os comprimentos de onda UV LEDs podem penetrar mais profundamente na química e produzir melhor cura total, particularmente com formulações opacas e pigmentadas.

Para revestimentos transparentes, conseguir uma cura superficial dura e resistente a riscos sem amarelamento tem sido o principal desafio para os LEDs UV. Isto porque muitas formulações de revestimentos dependem dos comprimentos de onda mais curtos emitidos pelas lâmpadas de banda larga para uma reticulação suficiente na superfície, e os LEDs UVB e UVC atuais ainda não satisfazem os requisitos de cura nestes comprimentos de onda mais curtos. No entanto, muitas vezes, foram encontrados maiores irradiações e ajustes nas formulações para resolver estes problemas. Para os outros, está sendo feito um trabalho de desenvolvimento contínuo para tentar fechar a lacuna.

Leia o artigo completo da revista UV+EB Technology Magazine
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