Lichthärtende Acrylat- und Epoxid

In den 1960er Jahren wurde die UV-Lichthärtungstechnologie ursprünglich als Alternative zu lösemittelbasierten, hitze- und lufttrocknenden Verfahren und langsam aushärtenden Silikonen, Epoxiden, Urethanen, druckempfindlichen Bändern, Cyanacrylate, modifizierten Acrylaten und anderen Verbindungsverfahren entwickelt. In der industriellen Fertigung wurde sie jedoch erst in den frühen 1980er Jahren populär. Heute ist die Technologie in vielen Branchen weit verbreitet, darunter Automobil, Haushaltsgeräte, Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation, Medizintechnik, Militär- und Unterhaltungselektronik sowie grafische Künste, da sie den Anwendern im Vergleich zu anderen Materialarten enorme Vorteile bietet.

In den letzten über 40 Jahren haben sich diese Materialien weiterentwickelt, aber die Chemie von Acrylat und Epoxid ist gleich geblieben. Dieser Beitrag beleuchtet die Technologie dahinter.

Acrylatsysteme

Der Begriff „Acrylat“ ist eine Abkürzung für eine große Bandbreite von Materialien, darunter Acrylate, Methacrylate und ähnliche funktionelle Gruppen. Acrylatsysteme reagieren bei Einwirkung von UVA-Licht (immer) und (in vielen Fällen) sichtbares Licht . Die Materialien weisen ein sehr breites Spektrum an Eigenschaften auf. Je nach Zusatzstoffen können Acrylatsysteme hergestellt werden, die farbig (z. B. rot, blau oder schwarz), undurchsichtig, fluoreszierend (oft eine Voraussetzung für die Inline-Inspektion) oder wärmeleitend sind. Zu den physikalischen Eigenschaften von Acrylaten zählen Haftung, Viskosität, Härte und Aussehen. Da Acrylate mit sichtbares Licht aushärten können, sind fluoreszierende und rote oder blaue Formulierungen üblich.

Die Aushärtungsgeschwindigkeiten bei Acrylatharzen hängen von den spezifischen Formulierungen und natürlich von der Intensität und Art des zum Aushärten verwendeten Lichts ab. Praktische Aushärtungsgeschwindigkeiten liegen (meistens) zwischen 0,5 und 15 Sekunden. Die Aushärtungstiefe variiert ebenfalls je nach Formulierung und Prozessspezifikationen. Typische Aushärtungstiefen liegen zwischen 2,5 und 15 mm.

Lichthärtende Acrylatmaterialien (LCM) können auch durch Hitze oder Aktivator . Dies ist nützlich, wenn das Material aufgrund eines „Schattens“ nicht mit Licht ausgehärtet werden kann. Acrylat LCM können normalerweise nicht mit Feuchtigkeit oder Luft ausgehärtet werden.

Bei Acrylat LCM wird manchmal Oberflächenklebrigkeit beobachtet. Oberflächenklebrigkeit entsteht durch die Einwirkung von atmosphärischem Sauerstoff auf den radikalischen Aushärtungsmechanismus auf der Oberfläche des Harzes. In den meisten Fällen kann Oberflächenklebrigkeit durch Veränderung des Aushärtungsprozesses mit höherer Lichtintensität, längerer Aushärtungszeit oder einer leichten Anpassung der Wellenlänge des verwendeten Lichts beseitigt werden. Andererseits gibt es einige Acrylat LCM, die selbst mit diesen Veränderungen nicht klebfrei aushärten. Die meisten dieser Produkte wurden für Anwendungen entwickelt, bei denen das lichthärtbare Material nicht der Luft ausgesetzt wird, d. h. bei Klebung zwischen zwei Substraten.

Epoxid Systeme (kationische Systeme)

Epoxid LCM werden manchmal auch „ kationische Systeme „Aufgrund der Art des verwendeten Photoinitiators im Gegensatz zur chemischen Zusammensetzung des Harzes bilden sie die zweite Hauptklasse lichthärtender Materialien. Die Palette der mit diesen Produkten erreichbaren Eigenschaften ist etwas enger als bei Acrylat LCM. Dennoch können Epoxid LCM so formuliert werden, dass sie gegenüber einigen lichthärtenden Acrylatmaterialien einige Vorteile aufweisen, darunter klebfreies Aushärten (keine Sauerstoffhemmung) und bessere Haftung auf bestimmten Substraten.

Ein Unterschied zwischen Epoxid- und Acrylat LCM besteht darin, dass die Entwicklung der vollen Eigenschaften bei lichthärtenden Epoxiden oft länger dauert, sodass manchmal Wärme verwendet wird, um die Aushärtung zu beschleunigen. Darüber hinaus wird die Aushärtung kationischer LCM durch Feuchtigkeit/Nässe behindert.

Im Allgemeinen erhöht die UV-Härtung die Produktionsgeschwindigkeit und den Produktdurchsatz, verringert den Fertigungsaufwand und den Ausschuss und ermöglicht eine 100-prozentige Inline-Inspektion.