تطبيقات الطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في صناعة السيارات

تعتبر تقنية الأشعة فوق البنفسجية من التقنيات الواعدة في معالجة الطلاءات الصناعية. ورغم أنها قد تكون جديدة على الكثيرين في صناعة الطلاءات الصناعية وطلاءات السيارات، إلا أنها موجودة منذ أكثر من ثلاثة عقود في صناعات أخرى...

تُعتبر تقنية الأشعة فوق البنفسجية من التقنيات الواعدة في معالجة الطلاءات الصناعية. ورغم حداثتها في قطاعي الطلاءات الصناعية وطلاءات السيارات، إلا أنها تُستخدم منذ أكثر من ثلاثة عقود في قطاعات أخرى. فالناس يمشون يوميًا على أرضيات فينيل مطلية بالأشعة فوق البنفسجية، وكثير منا يمتلكها في منازله. كما تلعب تقنية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية دورًا محوريًا في صناعة الإلكترونيات الاستهلاكية. فعلى سبيل المثال، تُستخدم هذه التقنية في طلاء الهياكل البلاستيكية للهواتف المحمولة، وفي طلاء حماية المكونات الإلكترونية الداخلية، وفي لصق المكونات، وحتى في إنتاج شاشات الألوان في بعض الهواتف. وبالمثل، تعتمد صناعات الألياف الضوئية وأقراص DVD/CD بشكل حصري على الطلاءات والمواد اللاصقة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، ولولا هذه التقنية لما كانت موجودة بالشكل الذي نعرفه اليوم.

ما هي عملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية؟ ببساطة، هي عملية ربط (معالجة) الطلاءات من خلال تفاعل كيميائي يبدأ ويستمر بفعل طاقة الأشعة فوق البنفسجية. في أقل من دقيقة، يتحول الطلاء من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة. توجد اختلافات جوهرية في بعض المواد الخام ووظائف الراتنجات المستخدمة في الطلاء، لكن هذه الاختلافات غير ظاهرة للمستخدم.

تُستخدم معدات التطبيق التقليدية، مثل مسدسات الرش الهوائي، وأنظمة الرش عالية الحجم والضغط المنخفض، وأجهزة الرش الدوارة، وأنظمة الطلاء بالتدفق، وأنظمة الطلاء بالأسطوانات، وغيرها، لتطبيق الطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. ولكن بدلاً من إدخال الطلاء إلى فرن حراري بعد تطبيقه وتجفيفه بالمذيب، يتم معالجته باستخدام طاقة الأشعة فوق البنفسجية المُولّدة بواسطة أنظمة مصابيح الأشعة فوق البنفسجية، المصممة بطريقة تُضيء الطلاء بأقل قدر ممكن من الطاقة اللازمة للمعالجة.

لقد حققت الشركات والصناعات التي تستغل خصائص تقنية الأشعة فوق البنفسجية قيمة استثنائية من خلال توفير كفاءة إنتاجية فائقة ومنتج نهائي فائق مع تحسين الأرباح.

استغلال خصائص الأشعة فوق البنفسجية

ما هي السمات الرئيسية التي يمكن استغلالها؟ أولًا، كما ذُكر سابقًا، تتم عملية المعالجة بسرعة فائقة ويمكن إجراؤها في درجة حرارة الغرفة. وهذا يسمح بمعالجة فعّالة للركائز الحساسة للحرارة، ويمكن معالجة جميع أنواع الطلاء بسرعة كبيرة. تُعدّ المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية عنصرًا أساسيًا لزيادة الإنتاجية إذا كان قيد العملية (الاختناق) هو طول مدة المعالجة. كما أن السرعة تسمح بتنفيذ عملية ذات مساحة أصغر بكثير. على سبيل المثال، يتطلب الطلاء التقليدي الذي يحتاج إلى خبز لمدة 30 دقيقة بسرعة خط إنتاج تبلغ 15 قدمًا في الدقيقة، 450 قدمًا من ناقل الفرن، بينما قد يتطلب الطلاء المعالج بالأشعة فوق البنفسجية 25 قدمًا فقط (أو أقل) من ناقل الفرن.

يمكن أن ينتج عن تفاعل الربط المتقاطع بالأشعة فوق البنفسجية طلاءً يتمتع بمتانة فيزيائية فائقة. ورغم إمكانية تصميم الطلاءات لتكون صلبة لتطبيقات مثل الأرضيات، إلا أنه يمكن أيضاً تصنيعها لتكون مرنة للغاية. ويُستخدم كلا النوعين من الطلاءات، الصلبة والمرنة، في تطبيقات السيارات.

تُعدّ هذه الخصائص المحرك الرئيسي لاستمرار تطوير تقنية الأشعة فوق البنفسجية وانتشارها في طلاءات السيارات. وبالطبع، توجد تحديات مرتبطة بمعالجة الطلاءات الصناعية بالأشعة فوق البنفسجية. ويتمثل الشاغل الأساسي لمالك العملية في القدرة على تعريض جميع أجزاء القطع المعقدة لطاقة الأشعة فوق البنفسجية. يجب تعريض السطح الكامل للطلاء لأقل قدر ممكن من طاقة الأشعة فوق البنفسجية اللازمة لمعالجته. ويتطلب ذلك تحليلًا دقيقًا للقطعة، وترتيبها، وتوزيع المصابيح بشكل يمنع ظهور المناطق المظللة. ومع ذلك، فقد طرأت تحسينات كبيرة على المصابيح والمواد الخام والمنتجات المُصنّعة، مما ساهم في التغلب على معظم هذه القيود.

إضاءة أمامية للسيارات

يُعدّ قطاع إضاءة السيارات الأمامية من أبرز التطبيقات التي أصبحت فيها تقنية الأشعة فوق البنفسجية معيارًا أساسيًا، حيث تُستخدم هذه التقنية منذ أكثر من 15 عامًا وتستحوذ حاليًا على 80% من السوق. تتكون المصابيح الأمامية من عنصرين رئيسيين يحتاجان إلى الطلاء: عدسة البولي كربونات وغطاء العاكس. تتطلب العدسة طبقة طلاء شديدة الصلابة ومقاومة للخدش لحماية البولي كربونات من العوامل الجوية والتلف المادي. أما غطاء العاكس، فيحتوي على طبقة أساسية (برايمر) معالجة بالأشعة فوق البنفسجية تُغلق السطح وتوفر سطحًا فائق النعومة لعملية التمعدن. تُعالج جميع طبقات الطلاء الأساسية للعواكس تقريبًا بالأشعة فوق البنفسجية. وتتمثل الأسباب الرئيسية لاعتماد هذه التقنية في تحسين الإنتاجية، وصغر حجم العملية، وخصائص الأداء المتميزة للطلاء.

على الرغم من أن الطلاءات المستخدمة تُعالج بالأشعة فوق البنفسجية، إلا أنها تحتوي على مذيب. ومع ذلك، يُعاد تدوير معظم الرذاذ الزائد إلى العملية، مما يحقق كفاءة نقل تقارب 100%. وينصب التركيز في التطوير المستقبلي على زيادة نسبة المواد الصلبة إلى 100% والاستغناء عن المؤكسد.

الأجزاء البلاستيكية الخارجية

من التطبيقات الأقل شهرة استخدام طبقة طلاء شفافة معالجة بالأشعة فوق البنفسجية على قوالب جانبية مصبوبة بلون الهيكل. طُوّرت هذه الطبقة في البداية للحد من اصفرار القوالب الجانبية المصنوعة من الفينيل عند تعرضها للعوامل الخارجية. كان لا بد أن تتميز الطبقة بمتانة ومرونة عاليتين للحفاظ على الالتصاق دون تشقق نتيجة اصطدام الأجسام بالقالب. وتتمثل دوافع استخدام الطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في هذا التطبيق في سرعة المعالجة (صغر حجم العملية) وخصائص الأداء الفائقة.

ألواح هيكل SMC

مركب قولبة الصفائح (SMC) مادة مركبة تُستخدم كبديل للفولاذ منذ أكثر من 30 عامًا. يتكون SMC من راتنج بوليستر مملوء بألياف زجاجية، يُصب في صفائح. تُوضع هذه الصفائح بعد ذلك في قالب ضغط لتشكيل ألواح الهيكل. يُفضل استخدام SMC لأنه يُخفض تكاليف الأدوات اللازمة للإنتاج بكميات صغيرة، ويُقلل الوزن، ويُوفر مقاومة للانبعاج والتآكل، ويُتيح مجالًا أوسع للمصممين. مع ذلك، يُعد تشطيب القطعة في مصنع التجميع أحد التحديات التي تواجه استخدام SMC. فـ SMC مادة مسامية. عند مرور لوح الهيكل، بعد تركيبه على السيارة، عبر فرن طلاء الطبقة الشفافة، قد يظهر عيب في الطلاء يُعرف باسم "فقاعات المسامية". يتطلب هذا على الأقل إصلاحًا موضعيًا، أو في حال وجود عدد كبير من "الفقاعات"، إعادة طلاء كاملة لهيكل السيارة.

قبل ثلاث سنوات، وفي محاولة للقضاء على هذا العيب، طرحت شركة BASF Coatings مادة مانعة للتسرب هجينة تعمل بالأشعة فوق البنفسجية والحرارة. ويعود سبب استخدام المعالجة الهجينة إلى معالجة الرذاذ الزائد على الأسطح غير الحساسة. وتتمثل الخطوة الأساسية للتخلص من "فقاعات المسام" في تعريض المادة المانعة للتسرب لطاقة الأشعة فوق البنفسجية، مما يزيد بشكل ملحوظ من كثافة الروابط المتشابكة للطلاء المعرض للأشعة على الأسطح الحساسة. وحتى في حال عدم تعرض المادة المانعة للتسرب للحد الأدنى من طاقة الأشعة فوق البنفسجية، يظل الطلاء مستوفياً لجميع متطلبات الأداء الأخرى.

يُتيح استخدام تقنية المعالجة المزدوجة في هذه الحالة خصائص طلاء جديدة من خلال الاستفادة من المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، مع توفير عامل أمان للطلاء في التطبيقات عالية القيمة. لا يُظهر هذا التطبيق فقط كيف يمكن لتقنية الأشعة فوق البنفسجية أن تُوفر خصائص طلاء فريدة، بل يُثبت أيضًا أن نظام الطلاء المُعالَج بالأشعة فوق البنفسجية مُجدٍ على قطع غيار السيارات الكبيرة والمعقدة وعالية القيمة والكميات. وقد استُخدم هذا الطلاء على ما يقارب مليون لوحة هيكل.

طلاء شفاف أصلي

يمكن القول إنّ قطاع طلاءات ألواح الهيكل الخارجي للسيارات من الفئة (أ) هو الأكثر بروزًا في سوق تقنيات الأشعة فوق البنفسجية. وقد عرضت شركة فورد موتور هذه التقنية على سيارة نموذجية، هي سيارة Concept U، في معرض أمريكا الشمالية الدولي للسيارات عام 2003. وكانت تقنية الطلاء المعروضة عبارة عن طبقة طلاء شفافة معالجة بالأشعة فوق البنفسجية، من تصميم وتوريد شركة أكزو نوبل للطلاء. وتم تطبيق هذا الطلاء ومعالجته على ألواح هيكل السيارات المصنوعة من مواد مختلفة.

في مؤتمر سوركار، المؤتمر العالمي الرائد في مجال طلاءات السيارات والذي يُعقد كل عامين في فرنسا، قدمت كل من شركتي دوبونت بيرفورمانس كوتينغز وباسف عروضًا تقديمية في عامي 2001 و2003 حول تقنية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية للطلاءات الشفافة للسيارات. ويكمن الدافع وراء هذا التطوير في تحسين أحد أهم جوانب رضا العملاء عن الطلاء، ألا وهو مقاومة الخدوش والتلف. وقد طورت الشركتان طلاءات معالجة هجينة (بالأشعة فوق البنفسجية والحرارية). ويهدف اتباع مسار التقنية الهجينة إلى تقليل تعقيد نظام المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية مع تحقيق خصائص الأداء المطلوبة.

قامت كل من شركتي دوبونت وباسف بتركيب خطوط تجريبية في منشآتهما. يتميز خط دوبونت في فوبرتال بقدرته على معالجة الهياكل الكاملة. لا يقتصر الأمر على ضرورة إظهار شركات الطلاء أداءً جيدًا للطلاء، بل عليها أيضًا تقديم حلول لخطوط الطلاء. ومن بين المزايا الأخرى للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية/الحرارية التي ذكرتها دوبونت، إمكانية تقليل طول جزء الطبقة الشفافة من خط التشطيب بنسبة 50% بمجرد تقليل طول الفرن الحراري.

من الناحية الهندسية، قدمت شركة Dürr System GmbH عرضًا تقديميًا حول مفهوم مصنع تجميع يستخدم المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. كان أحد المتغيرات الرئيسية في هذه المفاهيم هو موقع عملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في خط التشطيب. وشملت الحلول الهندسية وضع مصابيح الأشعة فوق البنفسجية قبل الفرن الحراري أو داخله أو بعده. ترى شركة Dürr أن هناك حلولًا هندسية لمعظم خيارات العملية التي تتضمن التركيبات الحالية قيد التطوير. كما قدمت شركة Fusion UV Systems أداة جديدة - محاكاة حاسوبية لعملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لهياكل السيارات. وقد تم تطوير هذه الأداة لدعم وتسريع اعتماد تقنية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في مصانع التجميع.

تطبيقات أخرى

تتواصل جهود التطوير لتطوير الطلاءات البلاستيكية المستخدمة في التصميمات الداخلية للسيارات، وطلاءات عجلات السبائك وأغطيتها، والطبقات الشفافة على الأجزاء الكبيرة المصبوبة بألوانها الأصلية، ولأجزاء المحرك. ويستمر التحقق من صحة عملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية كمنصة معالجة مستقرة. والتغيير الوحيد الملحوظ هو أن طلاءات الأشعة فوق البنفسجية تتجه نحو استخدام أجزاء أكثر تعقيدًا وأعلى قيمة. وقد ثبتت استقرارية هذه العملية وجدواها على المدى الطويل من خلال تطبيقها في مجال الإضاءة الأمامية. بدأ استخدامها منذ أكثر من 20 عامًا، وهي الآن المعيار الصناعي المعتمد.

رغم أن تقنية الأشعة فوق البنفسجية تتمتع بجاذبية خاصة، إلا أن هدف الصناعة منها هو توفير أفضل الحلول لمشاكل شركات التشطيب. لا أحد يستخدم تقنية لمجرد استخدامها، بل يجب أن تُحقق قيمة مضافة. قد تتجلى هذه القيمة في تحسين الإنتاجية بفضل سرعة المعالجة، أو في خصائص جديدة أو محسّنة لم تكن متاحة بالتقنيات الحالية، أو في جودة أعلى من المرة الأولى لأن الطلاء يبقى عرضة للأوساخ لفترة أقصر، أو حتى في تقليل أو إزالة المركبات العضوية المتطايرة في المنشأة. باختصار، تُحقق هذه التقنية قيمة مضافة، لذا يجب على قطاع الأشعة فوق البنفسجية وشركات التشطيب مواصلة التعاون لابتكار حلول تُحسّن أرباح شركات التشطيب.