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

Comprimento de onda, inglês

Abstrato

Este artigo irá explicar os fundamentos de cura ultravioleta (UV), incluindo pico de irradiância (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 LED UV. Ele irá destacar 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, sua viabilidade crescente em aplicações automotivas e de transporte.

Introdução

A indústria automotiva e de transporte enfrentará vários desafios de design, engenharia e fabricação nos próximos anos. Muitos deles envolvem a preparação para os padrões de Economia Média de Combustível Corporativa (CAFE) exigindo que os fabricantes alcancem uma produção de 54,5 milhas por galão até 2025. Outros têm a ver com uma melhor gestão global, levando a reduções adicionais no desperdício e no consumo de energia na montagem e fábricas fornecedoras. Finalmente, uma constante mudança demográfica do trabalhador e escassez de habilidades de alta tecnologia provavelmente significará ainda mais automação e controle de processo em todas as instalações de produção globais. Para cada um desses desafios, muitos novos processos de fabricação provavelmente precisarão ser desenvolvidos.

“Em um esforço para apresentar à indústria automotiva e de transporte os méritos da cura de LED UV, este artigo começará explicando os fundamentos da cura de uma perspectiva de equipamento.”

JENNIFER HEATHCOTE, GERENTE REGIONAL DE VENDAS, PHOSEON TECHNOLOGY

Enquanto a cura UV convencional através do uso de microondas e lâmpadas de arco tem sido usada em processos de produção automotivos e de transporte por décadas, a cura UV LED é relativamente nova e não ganhou muita tração. Em outros mercados, no entanto, a tecnologia LED UV é muito mais popular, pois os avanços significativos em equipamentos e formulações permitem que a tecnologia penetre rapidamente em uma gama crescente de aplicações. Isso é impulsionado principalmente pelo fato de que a tecnologia LED UV oferece vários benefícios de desempenho, operacionais e ambientais e é considerada uma tecnologia capacitadora que empresta seu uso para tintas de cura, adesivos e revestimentos em uma grande variedade de materiais sensíveis ao calor, ao mesmo tempo em que fornece processo geral e controle de qualidade. Como resultado, a natureza transformacional da cura do LED UV é algo que deve ser explorado e avaliado quanto à sua viabilidade de uso na produção, já que as empresas automotivas e de transporte se esforçam para atender aos vários desafios de fabricação na próxima década.

Em um esforço para apresentar à indústria automotiva e de transporte os méritos da cura por LED UV, este artigo começará explicando os fundamentos da cura de uma perspectiva de 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 lâmpadas alimentadas por microondas e, mais recentemente, diodos emissores de luz (LEDs). Todas as três tecnologias são usadas para reticular tintas, revestimentos e adesivos em uma ampla variedade de processos de fabricação. Ambas as tecnologias de cura por arco e microondas dependem da vaporização de 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. As lâmpadas sem eletrodo empregam microondas para vaporizar o mercúrio, enquanto as lâmpadas com eletrodo utilizam um arco de alta tensão formado 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 bandas UVA, UVB, UVC e UVV que pode ser manipulada em um pequeno grau pela introdução de aditivos metálicos no interior das lâmpadas.

Lâmpadas com metais adicionados são normalmente referidas como dopadas, aditivas ou halogeneto de metal. A maioria das formulações de tintas, adesivos e revestimentos nas últimas décadas foram formuladas para corresponder à produção de lâmpadas de mercúrio padrão, bem como lâmpadas dopadas com ferro e 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 partes móveis ou gás de plasma de mercúrio e operam em temperaturas que geralmente são inferiores a 1/10 das temperaturas operacionais das lâmpadas convencionais. Quando conectado a uma fonte de energia DC, uma corrente elétrica flui através dos semicondutores, deixando os elétrons em um estado de energia mais baixa à medida que viajam do lado negativo para o positivo de cada LED discreto. O diferencial de energia é liberado do dispositivo na forma de uma distribuição espectral relativamente monocromática.

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

Para revestimentos transparentes, alcançar uma cura de superfície dura e resistente a arranhões sem amarelecimento tem sido o principal desafio para LEDs UV. Isso ocorre porque muitas formulações de revestimentos contam com comprimentos de onda mais curtos emitidos por lâmpadas de banda larga para reticulação suficiente na superfície, e os LEDs UVB e UVC atuais ainda não satisfazem os requisitos de cura nesses comprimentos de onda mais curtos. No entanto, irradiâncias e ajustes mais elevados nas formulações costumam resolver esses problemas. Para os outros, o trabalho de desenvolvimento contínuo está sendo feito para tentar fechar a lacuna.

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