تطبيقات الطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في السيارات

يُعتبر الكثيرون تقنية الأشعة فوق البنفسجية من التقنيات الواعدة في معالجة الطلاءات الصناعية. ورغم أنها قد تبدو جديدة للكثيرين في قطاع الطلاءات الصناعية والسيارات، إلا أنها موجودة منذ أكثر من ثلاثة عقود في قطاعات أخرى...

يعتبر الكثيرون تقنية الأشعة فوق البنفسجية من التقنيات الواعدة في معالجة الطلاءات الصناعية. ورغم أنها قد تكون جديدة على الكثيرين في قطاع الطلاءات الصناعية والسيارات، إلا أنها موجودة منذ أكثر من ثلاثة عقود في صناعات أخرى. يمشي الناس على منتجات أرضيات الفينيل المطلية بالأشعة فوق البنفسجية يوميًا، وكثير منا يمتلكها في منازله. كما تلعب تقنية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية دورًا رئيسيًا في صناعة الإلكترونيات الاستهلاكية. فعلى سبيل المثال، تُستخدم تقنية الأشعة فوق البنفسجية في حالة الهواتف المحمولة في طلاء العلب البلاستيكية، والطلاءات لحماية الأجهزة الإلكترونية الداخلية، والمكونات اللاصقة بالأشعة فوق البنفسجية، وحتى في إنتاج الشاشات الملونة الموجودة في بعض الهواتف. وبالمثل، تستخدم صناعات الألياف الضوئية وأقراص DVD/CD الطلاءات والمواد اللاصقة بالأشعة فوق البنفسجية حصريًا، ولما كانت موجودة بالشكل الذي نعرفه اليوم لولا تقنية الأشعة فوق البنفسجية التي مكنت من تطويرها.

ما هو إذًا المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية؟ ببساطة، هي عملية ربط الطلاءات (معالجتها) بواسطة عملية كيميائية تبدأ وتستمر بالطاقة فوق البنفسجية. في أقل من دقيقة، يتحول الطلاء من سائل إلى صلب. هناك اختلافات جوهرية في بعض المواد الخام ووظائف الراتنجات المستخدمة في الطلاء، ولكن هذه الاختلافات واضحة لمستخدم الطلاء.

تستخدم معدات التطبيق التقليدية، مثل مسدسات الرش الهوائية، وHVLP، والأجراس الدوارة، وطلاء التدفق، وطلاء الأسطوانة، وغيرها، طلاءات الأشعة فوق البنفسجية. ولكن، بدلاً من دخول فرن حراري بعد تطبيق الطلاء وومضة المذيب، يُعالَج الطلاء بطاقة الأشعة فوق البنفسجية التي تُولِّدها أنظمة مصابيح الأشعة فوق البنفسجية المُنظَّمة بطريقة تُنير الطلاء بأقل قدر من الطاقة اللازمة لتحقيق التصلب.

لقد نجحت الشركات والصناعات التي تستغل خصائص تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية في تقديم قيمة استثنائية من خلال توفير كفاءات إنتاجية فائقة ومنتج نهائي متفوق مع تحسين الأرباح.

استغلال خصائص الأشعة فوق البنفسجية

ما هي السمات الرئيسية التي يمكن استغلالها؟ أولًا، وكما ذُكر سابقًا، تتم عملية المعالجة بسرعة فائقة في درجة حرارة الغرفة. هذا يسمح بمعالجة فعّالة للركائز الحساسة للحرارة، ويمكن معالجة جميع الطلاءات بسرعة فائقة. يُعدّ المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية عاملًا أساسيًا لزيادة الإنتاجية إذا كان القيد (أو عنق الزجاجة) في عمليتك هو طول وقت المعالجة. كما أن السرعة تُمكّن من عملية ذات مساحة أصغر بكثير. للمقارنة، يتطلب الطلاء التقليدي خبزًا لمدة 30 دقيقة بسرعة خط إنتاج 15 قدمًا في الدقيقة، ويتطلب 450 قدمًا من الناقل في الفرن، بينما قد يتطلب الطلاء المُعالج بالأشعة فوق البنفسجية 25 قدمًا فقط (أو أقل) من الناقل.

يمكن أن يُنتج تفاعل الترابط بالأشعة فوق البنفسجية طلاءً يتمتع بمتانة فيزيائية فائقة. على الرغم من إمكانية تصميم الطلاءات لتكون صلبةً لتطبيقات مثل الأرضيات، إلا أنه يمكن أيضًا جعلها مرنةً للغاية. يُستخدم كلا النوعين من الطلاءات، الصلبة والمرنة، في تطبيقات السيارات.

تُشكّل هذه السمات دوافع التطوير المستمر لتكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية وانتشارها الواسع في طلاء السيارات. وبالطبع، هناك تحديات مرتبطة بمعالجة الطلاءات الصناعية بالأشعة فوق البنفسجية. ويتمثل الشاغل الرئيسي لمالك العملية في القدرة على تعريض جميع أجزاء الأجزاء المعقدة لطاقة الأشعة فوق البنفسجية. يجب تعريض كامل سطح الطلاء للحد الأدنى من طاقة الأشعة فوق البنفسجية اللازمة لمعالجته. ويتطلب ذلك تحليلًا دقيقًا للقطعة، وترتيبًا دقيقًا للأجزاء، وترتيبًا دقيقًا للمصابيح لإزالة مناطق الظل. ومع ذلك، فقد طُوّرت تحسينات كبيرة في المصابيح والمواد الخام والمنتجات المُصنّعة، مما مكّن من التغلب على معظم هذه القيود.

إضاءة أمامية للسيارات

يُعدّ قطاع السيارات، حيث أصبحت الأشعة فوق البنفسجية تقنيةً قياسية، مجال إضاءة السيارات الأمامية، حيث تُستخدم طلاءات الأشعة فوق البنفسجية منذ أكثر من 15 عامًا، وتُسيطر الآن على 80% من السوق. تتكون المصابيح الأمامية من مكونين رئيسيين يجب طلاءهما: عدسة البولي كربونات وغطاء العاكس. تتطلب العدسة طلاءً شديد الصلابة ومقاومًا للخدش لحماية البولي كربونات من العوامل الجوية والتلف المادي. يحتوي غطاء العاكس على طبقة أساسية من الأشعة فوق البنفسجية (طبقة تمهيدية) تُغلّف الطبقة السفلية وتُوفّر سطحًا فائق النعومة للطلاء المعدني. أصبح سوق طلاءات العاكس الأساسية الآن مُعالَجًا بالكامل بالأشعة فوق البنفسجية. وتعود الأسباب الرئيسية لاعتمادها إلى تحسين الإنتاجية، وصغر حجم العملية، وخصائص الطلاء الفائقة.

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

قطع بلاستيكية خارجية

من التطبيقات الأقل شهرةً استخدام طلاء شفاف قابل للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية فوق قوالب جوانب هيكل السيارة المصبوبة بالألوان. طُوّر هذا الطلاء في البداية لتقليل الاصفرار الناتج عن التعرض الخارجي لقوالب جوانب هيكل السيارة المصنوعة من الفينيل. كان يجب أن يكون الطلاء متينًا ومرنًا للغاية للحفاظ على الالتصاق دون تشقق نتيجة اصطدام الأجسام بالقالب. دوافع استخدام طلاءات الأشعة فوق البنفسجية في هذا التطبيق هي سرعة المعالجة (صغر حجم العملية) وخصائص الأداء الفائقة.

ألواح هيكل SMC

مركب صب الصفائح (SMC) هو مادة مركبة استُخدمت كبديل للصلب لأكثر من 30 عامًا. يتكون SMC من راتنج بوليستر مملوء بألياف زجاجية يُصب في صفائح. توضع هذه الصفائح بعد ذلك في قالب ضغط وتُشكل ألواح هيكل السيارة. يمكن اختيار SMC لأنه يقلل من تكاليف الأدوات لعمليات الإنتاج الصغيرة، ويقلل الوزن، ويوفر مقاومة للانبعاج والتآكل، ويمنح المصممين حرية أكبر. ومع ذلك، فإن أحد تحديات استخدام SMC هو تشطيب القطعة في مصنع التجميع. SMC مادة مسامية. عندما يمر لوح الهيكل، الموجود الآن في السيارة، عبر فرن طلاء الطبقة الشفافة، يمكن أن يحدث عيب في الطلاء يُعرف باسم "فرقعة المسامية". سيتطلب هذا إصلاحًا موضعيًا على الأقل، أو في حالة وجود عدد كافٍ من "الفرقعات"، إعادة طلاء هيكل السيارة بالكامل.

قبل ثلاث سنوات، وفي محاولةٍ لمعالجة هذا العيب، قامت شركة BASF Coatings بتسويق مانع تسرب هجين يجمع بين الأشعة فوق البنفسجية والحرارية. ويكمن سر استخدام المعالجة الهجينة في أن الرش الزائد سيجف على الأسطح غير الحساسة. وتتمثل الخطوة الأساسية للتخلص من "بقع المسامية" في التعرض للأشعة فوق البنفسجية، مما يزيد بشكل كبير من كثافة الترابط المتقاطع للطلاء المكشوف على الأسطح الحساسة. وإذا لم يتلقَّ مانع التسرب الحد الأدنى من طاقة الأشعة فوق البنفسجية، فإن الطلاء لا يزال يفي بجميع متطلبات الأداء الأخرى.

يُوفر استخدام تقنية المعالجة المزدوجة في هذه الحالة خصائص طلاء جديدة من خلال المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، مع ضمان سلامة الطلاء في التطبيقات عالية القيمة. لا يُظهر هذا التطبيق فقط كيف يُمكن لتقنية الأشعة فوق البنفسجية توفير خصائص طلاء فريدة، بل يُظهر أيضًا أن نظام الطلاء المُعالج بالأشعة فوق البنفسجية فعال على قطع غيار السيارات عالية القيمة، عالية الحجم، وكبيرة الحجم، ومعقدة. وقد استُخدم هذا الطلاء على ما يقرب من مليون لوحة من ألواح هيكل السيارة.

طلاء شفاف OEM

يُقال إن قطاع تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية الأكثر انتشارًا في سوق طلاءات الألواح الخارجية للسيارات من الفئة أ. عرضت شركة فورد موتور تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية على نموذج أولي لسيارة كونسيبت يو، في معرض أمريكا الشمالية الدولي للسيارات عام ٢٠٠٣. كانت تكنولوجيا الطلاء المعروضة عبارة عن طبقة شفافة مُعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، صُممت ووفرت من قِبل شركة أكزو نوبل للطلاءات. طُبّق هذا الطلاء ورُكّب على ألواح هيكل فردية مصنوعة من مواد متنوعة.

في مؤتمر Surcar، وهو المؤتمر العالمي الرائد لطلاء السيارات، والذي يُعقد كل عامين في فرنسا، قدمت كل من شركتي DuPont Performance Coatings وBASF عروضًا تقديمية في عامي 2001 و2003 حول تقنية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لطلاءات السيارات الشفافة. يهدف هذا التطوير إلى تحسين عامل رئيسي في رضا العملاء عن الطلاء، وهو مقاومة الخدوش والتلف. وقد طورت الشركتان طلاءات معالجة هجينة (بالأشعة فوق البنفسجية والحرارية). ويهدف اتباع هذه التقنية الهجينة إلى تقليل تعقيد نظام المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية مع تحقيق خصائص الأداء المستهدفة.

قامت كلٌّ من دوبونت وباسف بتركيب خطوط تجريبية في منشآتهما. يتميز خط دوبونت في فوبرتال بالقدرة على معالجة الأسطح بالكامل. لا يقتصر الأمر على إظهار شركات الطلاء أداءً جيدًا في الطلاء فحسب، بل يتعين عليها أيضًا تقديم حلول لخطوط الطلاء. ومن المزايا الأخرى للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية/الحرارية التي ذكرتها دوبونت إمكانية تقليل طول جزء الطلاء الشفاف من خط التشطيب بنسبة 50% بمجرد تقليل طول الفرن الحراري.

من الناحية الهندسية، قدمت شركة Dürr System GmbH عرضًا تقديميًا حول مفهوم مصنع تجميع للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. وكان أحد المتغيرات الرئيسية في هذه المفاهيم هو موقع عملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في خط التشطيب. وشملت الحلول الهندسية تحديد موقع مصابيح الأشعة فوق البنفسجية قبل الفرن الحراري أو داخله أو بعده. وترى Dürr أن هناك حلولًا هندسية لمعظم خيارات العمليات التي تتضمن تركيبات حالية قيد التطوير. كما قدمت شركة Fusion UV Systems أداة جديدة - وهي محاكاة حاسوبية لعملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لهياكل السيارات. وقد أُجري هذا التطوير لدعم وتسريع اعتماد تقنية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في مصانع التجميع.

تطبيقات أخرى

يستمر العمل على تطوير الطلاءات البلاستيكية المستخدمة في دواخل السيارات، وطلاءات عجلات السبائك المعدنية وأغطيتها، والطلاءات الشفافة على الأجزاء الكبيرة المصبوبة بالألوان، والأجزاء أسفل غطاء المحرك. ولا تزال عملية الأشعة فوق البنفسجية تُثبت جدارتها كمنصة معالجة مستقرة. لكن التغيير الحقيقي يكمن في أن طلاءات الأشعة فوق البنفسجية تتجه نحو استخدام أجزاء أكثر تعقيدًا وأعلى قيمة. وقد ثبت استقرار هذه العملية وفعاليتها على المدى الطويل في تطبيقات الإضاءة الأمامية. وقد بدأت هذه العملية منذ أكثر من 20 عامًا، وأصبحت الآن المعيار القياسي في هذا المجال.

على الرغم من أن تقنية الأشعة فوق البنفسجية تتمتع بما يعتبره البعض عامل "جاذبية"، إلا أن ما تسعى الصناعة إلى تحقيقه من هذه التقنية هو توفير أفضل الحلول لمشاكل عمال التشطيب. لا أحد يستخدم تقنية لمجرّد استخدامها، بل يجب أن تُقدّم قيمة. يمكن أن تأتي هذه القيمة من خلال تحسين الإنتاجية المرتبط بسرعة المعالجة، أو من خلال تحسين خصائص جديدة لم يكن بالإمكان تحقيقها باستخدام التقنيات الحالية. يمكن أن تأتي من جودة أعلى من المرة الأولى لأن الطلاء يبقى عرضة للأوساخ لفترة أقل. قد تُوفّر هذه التقنية وسيلة لتقليل أو إزالة المركبات العضوية المتطايرة في منشأتك. يمكن أن تُقدّم هذه التقنية قيمة. يجب على صناعة الأشعة فوق البنفسجية وعمال التشطيب مواصلة العمل معًا لصياغة حلول تُحسّن أرباح عمال التشطيب.