UV 경화 코팅의 자동차 응용 분야

UV 기술은 많은 사람들에게 산업용 코팅 경화 분야의 "유망한" 기술로 여겨집니다. 산업용 및 자동차용 코팅 업계에서는 많은 사람들에게 생소할 수 있지만, 다른 산업에서는 30년 이상 사용되어 왔습니다.

UV 기술은 많은 사람들에게 산업용 코팅 경화를 위한 "유망한" 기술로 여겨집니다. 산업용 및 자동차 코팅 업계에서는 많은 사람들에게 생소할 수 있지만, 다른 산업에서는 30년 이상 사용되어 왔습니다. 사람들은 매일 UV 코팅된 비닐 바닥재 위를 걷고, 많은 사람들이 집에 UV 경화 기술을 가지고 있습니다. UV 경화 기술은 가전제품 산업에서도 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 휴대폰의 경우, UV 기술은 플라스틱 하우징 코팅, 내부 전자 장치 보호 코팅, UV 접착제로 접합된 부품, 심지어 일부 휴대폰에 사용되는 컬러 화면 생산에도 사용됩니다. 마찬가지로 광섬유 및 DVD/CD 산업은 UV 코팅과 접착제만을 사용하며, UV 기술이 개발되지 않았다면 오늘날 우리가 알고 있는 모습은 존재하지 않았을 것입니다.

그렇다면 UV 경화란 무엇일까요? 간단히 말해, UV 에너지에 의해 시작되고 유지되는 화학적 과정을 통해 코팅을 가교(경화)하는 과정입니다. 1분도 채 되지 않아 코팅은 액체에서 고체로 변환됩니다. 코팅에 사용되는 일부 원료와 수지의 기능에는 근본적인 차이가 있지만, 코팅 사용자는 이러한 차이점을 쉽게 알 수 있습니다.

공기 분무 스프레이 건, HVLP, 회전식 벨, 유동 코팅, 롤 코팅 및 기타 장비와 같은 기존 도포 장비는 UV 코팅을 도포합니다. 그러나 코팅 도포 및 용제 플래시 후 열 오븐에 넣는 대신, 경화에 필요한 최소 에너지로 코팅을 조사하도록 구성된 UV 램프 시스템에서 생성된 UV 에너지로 코팅을 경화합니다.

UV 기술의 특성을 활용하는 기업과 산업은 우수한 생산 효율성과 우수한 최종 제품을 제공하고 수익을 개선함으로써 엄청난 가치를 창출해 왔습니다.

UV 속성 활용

활용할 수 있는 주요 속성은 무엇일까요? 첫째, 앞서 언급했듯이 경화 속도가 매우 빠르며 실온에서 경화할 수 있습니다. 따라서 열에 민감한 기판의 효율적인 경화가 가능하며, 모든 코팅은 매우 빠르게 경화될 수 있습니다. 공정의 제약(병목 현상)이 긴 경화 시간이라면 UV 경화가 생산성 향상에 핵심적인 역할을 합니다. 또한, 빠른 속도 덕분에 훨씬 작은 공간에서도 공정을 수행할 수 있습니다. 비교를 위해, 분당 15피트(약 4.7m)의 라인 속도로 30분간 베이크해야 하는 기존 코팅은 오븐 내 450피트(약 123m)의 컨베이어가 필요하지만, UV 경화 코팅은 25피트(약 7.6m) 이하의 컨베이어만 필요합니다.

UV 가교 반응은 물리적 내구성이 매우 뛰어난 코팅을 생성할 수 있습니다. 코팅은 바닥재와 같은 용도에 적합하도록 단단하게 제조될 수 있지만, 매우 유연하게 제조될 수도 있습니다. 경질 코팅과 유연 코팅 모두 자동차 분야에 사용됩니다.

이러한 특성은 자동차 코팅용 UV 기술의 지속적인 개발과 보급을 촉진하는 원동력입니다. 물론 산업용 코팅의 UV 경화에는 몇 가지 과제가 있습니다. 공정 담당자의 주요 관심사는 복잡한 부품의 모든 영역을 UV 에너지에 노출시킬 수 있는 능력입니다. 코팅의 전체 표면은 코팅 경화에 필요한 최소한의 UV 에너지에 노출되어야 합니다. 이를 위해서는 부품에 대한 면밀한 분석, 부품 래킹, 그리고 그림자 영역을 제거하기 위한 램프 배치가 필요합니다. 그러나 램프, 원자재, 그리고 배합 제품 분야에서 상당한 개선이 이루어지면서 이러한 제약의 대부분을 극복할 수 있었습니다.

자동차 전방 조명

UV가 표준 기술이 된 특정 자동차 분야는 자동차 전방 조명 산업입니다. 이 분야에서 UV 코팅은 15년 이상 사용되어 왔으며 현재 시장의 80%를 점유하고 있습니다. 헤드램프는 코팅이 필요한 두 가지 주요 구성 요소, 즉 폴리카보네이트 렌즈와 반사판 하우징으로 구성됩니다. 렌즈는 폴리카보네이트를 악천후와 물리적 손상으로부터 보호하기 위해 매우 단단하고 긁힘에 강한 코팅이 필요합니다. 반사판 하우징에는 기판을 밀봉하고 금속화를 위한 매우 매끄러운 표면을 제공하는 UV 베이스코트(프라이머)가 있습니다. 반사판 베이스코트 시장은 현재 사실상 100% UV 경화됩니다. 이러한 채택의 주요 이유는 생산성 향상, 공정 면적 감소, 그리고 탁월한 코팅 성능입니다.

코팅은 UV 경화 방식으로 제작되지만 용제가 포함되어 있습니다. 그러나 대부분의 오버스프레이는 회수되어 공정에 다시 재활용되어 거의 100%에 가까운 전사 효율을 달성합니다. 향후 개발 목표는 고형분 함량을 100%까지 높이고 산화제 사용을 없애는 것입니다.

외장 플라스틱 부품

덜 알려진 용도 중 하나는 성형된 차체 측면 몰딩 위에 UV 경화형 클리어코트를 사용하는 것입니다. 이 코팅은 원래 비닐 차체 측면 몰딩의 외부 노출 시 황변 현상을 줄이기 위해 개발되었습니다. 이 코팅은 물체가 몰딩에 부딪혀 균열이 생기지 않고 접착력을 유지하려면 매우 견고하고 유연해야 했습니다. 이 용도에서 UV 코팅을 사용하는 이유는 경화 속도(공정 면적이 작음)와 우수한 성능 때문입니다.

SMC 바디 패널

시트 몰딩 컴파운드(SMC)는 30년 이상 강철의 대체재로 사용되어 온 복합 소재입니다. SMC는 유리 섬유로 충전된 폴리에스터 수지를 시트 형태로 주조한 것입니다. 이 시트는 압축 금형에 넣어 차체 패널을 형성합니다. SMC는 소량 생산 시 금형 비용을 절감하고, 무게를 줄이며, 덴트 및 부식 방지 기능을 제공하고, 스타일리스트에게 더 큰 자유를 제공하기 때문에 선택될 수 있습니다. 그러나 SMC 사용의 어려움 중 하나는 조립 공장에서 부품의 마감 처리입니다. SMC는 다공성 기판입니다. 차량에 장착된 차체 패널이 클리어코트 도장 오븐을 통과할 때 "다공성 팝(Porosity Pop)"이라고 하는 도장 결함이 발생할 수 있습니다. 이 경우 최소한 부분 수리가 필요하며, "팝"이 충분히 많으면 차체 쉘을 완전히 재도색해야 합니다.

3년 전, 이러한 결함을 해결하기 위해 BASF 코팅스는 UV/열 하이브리드 실러를 상용화했습니다. 하이브리드 경화 방식을 사용하는 이유는 오버스프레이가 중요하지 않은 표면에서도 경화되기 때문입니다. "다공성 팝"을 제거하는 핵심 단계는 UV 에너지에 노출시켜 중요 표면에 노출된 코팅의 가교 밀도를 크게 높이는 것입니다. 실러가 최소 UV 에너지를 받지 않더라도 코팅은 다른 모든 성능 요건을 충족합니다.

이 경우 이중 경화 기술을 사용하면 UV 경화를 활용하여 새로운 코팅 특성을 제공하는 동시에 고부가가치 적용 분야에서 코팅의 안전성을 확보할 수 있습니다. 이 적용 사례는 UV 기술이 어떻게 고유한 코팅 특성을 제공할 수 있는지 보여줄 뿐만 아니라, UV 경화 코팅 시스템이 고부가가치, 대량 생산, 대형 및 복잡한 자동차 부품에 적용 가능함을 보여줍니다. 이 코팅은 약 백만 개의 차체 패널에 사용되었습니다.

OEM 클리어코트

UV 기술 시장 부문에서 가장 눈에 띄는 부분은 아마도 자동차 외장 차체 패널 A급 코팅일 것입니다. 포드 자동차는 2003년 북미 국제 오토쇼에서 컨셉트 U라는 프로토타입 차량에 UV 기술을 선보였습니다. 시연된 코팅 기술은 악조 노벨 코팅스(Akzo Nobel Coatings)에서 개발 및 공급한 UV 경화 클리어코트였습니다. 이 코팅은 다양한 소재로 제작된 개별 차체 패널에 도포 및 경화되었습니다.

프랑스에서 격년으로 개최되는 세계 최고의 자동차 코팅 컨퍼런스인 Surcar에서 DuPont Performance Coatings와 BASF는 2001년과 2003년에 자동차 클리어코트용 UV 경화 기술에 대한 발표를 진행했습니다. 이러한 발표의 원동력은 페인트의 주요 고객 만족도 문제인 긁힘 및 손상 방지 기능을 개선하는 것입니다. 두 회사 모두 하이브리드 경화(UV 및 열 경화) 코팅을 개발했습니다. 하이브리드 기술 개발의 목적은 UV 경화 시스템의 복잡성을 최소화하면서 목표 성능 특성을 달성하는 것입니다.

듀폰과 BASF는 모두 자사 공장에 파일럿 라인을 설치했습니다. 부퍼탈에 위치한 듀폰 라인은 차체 전체를 경화할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 코팅 업체들은 우수한 코팅 성능뿐만 아니라 페인트 라인 솔루션도 입증해야 합니다. 듀폰이 언급한 UV/열 경화의 또 다른 이점 중 하나는 열 오븐의 길이를 줄이는 것만으로도 마감 라인의 클리어코트 부분 길이를 50%까지 줄일 수 있다는 것입니다.

엔지니어링 측면에서는 Dürr System GmbH가 UV 경화 조립 공장 컨셉에 대한 프레젠테이션을 진행했습니다. 이 컨셉의 핵심 변수 중 하나는 마무리 라인에서 UV 경화 공정의 위치였습니다. 엔지니어링 솔루션에는 열 오븐 앞, 내부 또는 뒤에 UV 램프를 배치하는 것이 포함되었습니다. Dürr는 현재 개발 중인 제형을 포함하는 대부분의 공정 옵션에 대한 엔지니어링 솔루션이 있다고 생각합니다. Fusion UV Systems는 또한 자동차 차체용 UV 경화 공정의 컴퓨터 시뮬레이션이라는 새로운 도구를 선보였습니다. 이 개발은 조립 공장에서 UV 경화 기술의 도입을 지원하고 가속화하기 위해 수행되었습니다.

기타 응용 프로그램

자동차 내장재에 사용되는 플라스틱 코팅, 알로이 휠 및 휠 커버 코팅, 대형 몰딩 컬러 부품 및 엔진룸 부품의 클리어코트 개발이 계속되고 있습니다. UV 공정은 안정적인 경화 플랫폼으로서 지속적으로 검증되고 있습니다. 실제로 변화하고 있는 것은 UV 코팅이 더욱 복잡하고 고부가가치 부품으로 확대되고 있다는 것입니다. 이 공정의 안정성과 장기적인 타당성은 전방 조명 적용을 통해 입증되었습니다. 20여 년 전에 시작되어 현재는 업계 표준으로 자리 잡았습니다.

UV 기술은 일부에서는 "멋진" 요소로 여겨지지만, 업계가 이 기술을 통해 궁극적으로 추구하는 것은 마감재 업체의 문제에 대한 최상의 솔루션을 제공하는 것입니다. 누구도 기술을 단순히 기술 자체를 위해 사용하지 않습니다. 기술은 가치를 제공해야 합니다. 가치는 경화 속도와 관련된 생산성 향상으로 나타날 수 있습니다. 또는 현재 기술로는 달성할 수 없었던 개선되거나 새로운 특성으로 나타날 수도 있습니다. 코팅이 오염에 노출되는 시간이 짧아 초기 품질이 향상될 수도 있습니다. 또한, 시설에서 VOC를 줄이거나 제거하는 수단을 제공할 수도 있습니다. 이 기술은 가치를 제공할 수 있습니다. UV 업계와 마감재 업체는 마감재 업체의 수익을 개선하는 솔루션을 개발하기 위해 지속적으로 협력해야 합니다.