APPLICATIONS OF UV COATING SYSTEMS IN THE

© Lankwitzer Lackfabrick GmbH
APPLICATIONS OF UV COATING SYSTEMS IN THE AUTOMOTIVE INDUSTRY
Applicazioni di prodotti vernicianti UV nell’industria dell’auto
Simone Sanseverinati
Lankwitzer Lackfabrik GmbH,
Osimo (AN), Italy
Opening photo:
Technology made in
Germany: the paint
production line of
Lankwitzer.
Foto d’apertura:
Tecnologia “made in
Germany”: l’impianto di
produzione vernici alla
Lankwitzer.
T
he challenge of developing low VOC,
recyclable, cost reducing painting systems
still continues and increases. The processing of
conventional coatings causes solvent emissions,
which have to be reduced beyond the restrictions
of official regulations by using suitable technical
equipment or low solvent content paints.
Until recently two were the possible alternatives in
this area for a company with an in-house coating
facility: powder coating or waterborne coating.
These two coating systems allow to reduce VOCemissions thanks to their reduced (waterborne
coatings) or almost zero (powder coatings) VOC
content, but at the same time they put great
demands on surface preparation prior to coating,
investments cost and energy consumption.
In recent years the development of UV coating
54 N. 14 - 2012 MARCH/marzo - international PAINT&COATING magazine
L
a sfida di sviluppare sistemi di verniciatura con un basso contenuto di COV, riciclabili, e che riducano i costi
continua e aumenta di giorno in giorno. L’utilizzo delle vernici tradizionali comporta l’emissione di solventi, che devono essere ridotte al di sotto dei limiti delle normative
ufficiali, utilizzando apparecchiature tecniche apposite oppure vernici con basso contenuto di solvente.
Fino a poco tempo fa due erano le possibili alternative in
questo ambito per un’azienda con un impianto di verniciatura interno: vernici in polvere o vernici all’acqua. Queste due tecnologie di verniciatura consentono di ridurre le
emissioni di COV grazie al loro ridotto (nel caso delle vernici all’acqua) o inesistente (nel caso delle polveri) contenuto di solvente, ma allo stesso tempo pongono dei requisiti molto elevati sulla preparazione superficiale prima della
verniciatura, richiedono costi di investimento e consumi di
energia elevati.
INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
systems offered a further choice to reduce VOC
emissions in coating processes, beside helping to
reduce energy consumption, shorten processing
times and achieve perfect finishes with high
corrosion, chemical and mechanical resistance.
Nowadays, UV-curing products are modern
coatings which show superior advantages on both
the operating and the quality side.
Negli ultimi anni lo sviluppo di sistemi di verniciatura UV ha offerto un’ulteriore alternativa per ridurre le emissioni di COV
dei processi di verniciatura, oltre ad aiutare a diminuire il consumo di energia, ridurre i tempi ciclo e ottenere finiture perfette con elevata resistenza meccanica, chimica e alla corrosione.
Attualmente, i prodotti UV sono vernici moderne che mostrano vantaggi superiori sia dal punto di vista operativo che qualitativo.
Main advantages of UV-curing
coating systems
Principali vantaggi dei sistemi di
verniciatura UV
• They are solvent-free and compliant with the
environmental law about VOC emissions
• They assure a high grade homogeneous coating
throughout 360o
• The coating process works online and – thanks to
compact UV equipments – requires less floor space
• Curing time is lower than 1 second, which means
that coating speeds of up to 120 m/min can be
achieved
• They assure perfect adhesion and mechanical
resistance
• They assure a high grade corrosion protection, up
to 6 months in outdoor-storage
• They are user-friendly: they can be sprayed with
air-mix, HVLP or pneumatic spray guns
• They allow the recycle of the overspray up to a
95%
• They have low service and operating costs and
clean operating condition.
The benefits of UV coatings are particularly
appreciated in the automotive industry where
the coating process is the most energy intensive
production step and where quality requirements
in terms of corrosion, mechanical and chemical
resistance are very strict. UV coatings prove to be
the best choice for the coating and protection of
engine components, brakes but also for exterior
and interior parts of car and vehicles.
Today, one of the market leader for UV coatings
in this sector is Lankwitzer Lackfabrik GmbH. The
company started to develop UV coatings for metal
in 1990. Today, thanks to its internal R&D for
raw material, the cooperation with top industrial
players, and a 20 years experience with UV
technology, the company is highly experienced and
offers UV curing paints with 100% solid content
for different applications in the metal coating
industry.
• Sono privi di solventi e in linea con le normative
ambientali sulle emissioni di COV
• Assicurano un rivestimento omogeneo di alta qualità a 360°
• Il ciclo di verniciatura è in linea e – grazie alle apparecchiature UV compatte – richiede poco spazio
utile
• Il tempo di polimerizzazione è inferiore a 1 secondo, il che significa che si possono raggiungere velocità di linea fino a 120 m/min
• Garantiscono un’adesione e una resistenza meccanica perfette
• Garantiscono un elevato grado di protezione anticorrosiva, fino a 6 mesi in deposito all’aperto
• Sono semplici da utilizzare: possono essere spruzzate con pistole air-mix, HVLP o pneumatiche
• Consentono di recuperare l’overspray fino al 95%
• Hanno bassi costi operativi e un ambiente operativo pulito.
I benefici delle vernici UV sono particolarmente apprezzati dall’industria dell’auto dove i processi di verniciatura rappresentano le fasi produttive più energivore e dove i requisiti di qualità in termini di corrosione,
resistenza meccanica e chimica sono molto severi. Le
vernici UV si confermano la scelta migliore per la verniciatura e la protezione di componenti motore, freni ma
anche parti interne ed esterne delle auto e dei veicoli
in genere.
Oggi uno dei leader nelle vernici UV in questo settore è
Lankwitzer Lackfabrik GmbH. L’azienda iniziò a sviluppare vernici UV per il metallo nel 1990. Oggi, grazie al
suo laboratorio R&S interno per le materie prime, alla collaborazione con i principali attori di mercato, e a
20 anni di esperienza con la tecnologia UV, l’azienda è
molto esperta e offre vernici liquide con polimerizzazione UV con il 100% di contenuto secco per applicazioni di tipo diverso nell’industria della verniciatura del
metallo.
international PAINT&COATING magazine - MARCH/marzo 2012 - N. 14
55
Applications of UV Coating Systems in the Automotive Industry
Lankwitzer manufactures both mono-cure and
dual-cure UV coatings: dual-cure UV systems
are superior in terms of overspray recycle, high
gloss finish and high durability, while mono-cure
systems find application in the finishing of light
alloys and allow for shorter coating processes and
higher chemical resistance of the surface.
Lankwitzer produce sia vernici UV mono-cure che
dual-cure: i sistemi UV dual-cure sono superiori in
termini di recupero dell’overspray, finitura ad elevata brillantezza ed elevata durabilità, mentre i sistemi mono-cure trovano applicazione nella finitura di
leghe leggere e consentono cicli di verniciatura più
brevi e maggiori resistenze chimiche della superficie.
Cost Benefit Of UV Coatings
I benefici di costo delle vernici UV
One of the immediate benefits of UV-curing
coatings in comparison with traditional coatings
is the cost benefit. Even if their cost per Kilo or
Liter is significantly higher than conventional
coatings, UV coatings prove to be cost-effective:
due to their 100% solid content not only they
reduce VOC emissions in atmosphere to almost
zero, avoiding the need for VOC abatement
systems, but also has a very high yield and the
overspray during application can be completely
recycled.
The following cost comparison shows in detail
the cost benefits that UV coatings bring about in
the coating process both concerning materials
costs (Table 1) and the general operating and
process costs (Table 2). Table 3 shows the cost
efficiency of an UV coating in comparison with a
waterborne coating system.
Uno dei benefici immediati delle vernici UV rispetto alle vernici tradizionali è a livello dei costi. Anche
se il loro prezzo al chilo, o litro, è significativamente più alto rispetto alle vernici tradizionali, le vernici UV dimostrano di essere efficienti dal punto di vista dei costi: grazie al loro contenuto secco del 100%
non solo riducono quasi a zero le emissioni di COV in
atmosfera, evitando la necessità di sistemi di abbattimento, ma possiedono anche una resa molto alta
e l’overspray di applicazione può essere completamente recuperato.
La seguente comparazione di costo mostra nel dettaglio i benefici di costo che le vernici UV comportano
in un processo di verniciatura rispetto ai costi delle
materie prime (tabella 1) e ai costi operativi generali
e di processo (tabella 2). La tabella 3 mostra l’efficienza di costo di una vernice UV comparata con una
vernice all’acqua.
Table 1 - Material Costs
Tabella 1 - Costi per i materiali
Paint price
Thinner price
Solid content (idM)
Thickness (paint in the mix)
Thickness (Diluition)
Dry film thickness
Yeld
Surface/piece
Number of pieces
Overspray
Paint consumptio per Year **
Diluition
Thinner consumption per Year
Content
€/Kg
€/Kg
Kg/kg
€/Kg
€/l
%
Kg/l
Kg/l
My
m2/kg
m2
piece/year
%
Kg/year
%
l/year
Paint cost per year
Paint cost per piece
€/year
€/piece
Paint price
Hardener price
56 N. 14 - 2012 MARCH/marzo - international PAINT&COATING magazine
Traditional coating
6.50
10.00
10.0
6.82
2.30
50
1.1
0.89
35
9.92
0.5
500,000
50
50.389,71
20
10.077,94
UV coating
15.00
366,745.44
0.73
150,090.96
0.30
15.00
100
1.1
30
26.76
0.5
500,000
3
10,006.06
0
INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
Table 2 – Process costs
Tabella 2 – Costi di processo
Waste paint disposal cost
Waste of paint
Recyclable
Waste disposal cost/kg
Waste disposal cost per year
Waste disposal cost per piece
Content
Kg/year
%
€/kg
€/year
€/piece
Emissions Abatement Costs
Flat rate
€
Traditional coating
25,194.85
2.65
66,766.36
0.13
UV coating
300.18
97
2.65
23.86
0.00
Plant Operating Costs, drying
(application costs are comparable)
Cycle time (per year)
Electricity cost
Maintenance costs for the drying oven
Cost for a UV lamps set
Life service of UV lamps
Plant costs per year
Plant costs per piece
kW/h
h
€/kW
€/year
€
h
€/year
€/piece
46,900.00
0.09
2,000.00
2,000
23,760.00
0.05
Total costs for painting per year
Total costs for painting per piece
€/a
€/piece
480,411.80
0.96
173,874.83
0.35
Table 3 – Cost comparison between an UV and a
waterborne clear coat applied on steel tubes
Coating System
180
1,500
0.17
1,000
64
2,000
0.17
Tabella 3 – Comparazione dei costi tra un
trasparente UV e uno all’acqua applicato
su tubi di acciaio
UV
Waterborne
1s
(no oven)
3h
(needs oven)
Solid Contents
100%
45%
Theor. Productivity [m2/kg]
Dry Coat Thickness 30 μm [0,12 mil]
20 m2
9 m2
3%
50%
19,4 m2
4,5 m2
2
4
NO
(coating hard after 1)
NO
(low)
YES
(coating soft while handling)
YES
(high)
10,00 €
3,50 €
0,51 €
0,78 €
clearcoat for steel tubes
Drying Time
Overspray
Pract. Productivity [m2/kg]
Dry Coat Thickness 30 μm [0,12 mil]
Corrosion Protection
(1=very good, 5=bad)
Damages of coating during drying
Maintanance Costs
(Maintanance per shift)
Price per kg
(clearcoat for steel tubes)
FINAL PRICE PER sqm
[m2] [11 sq.ft.]
Applications of UV Coating Systems in the Automotive Industry
Quality
Qualità
Big efforts in research and development were made
by Lankwitzer to improve the final quality of UV
coatings, to adjust the UV technology and make it
the perfect choice for the automotive industry. Today
UV coatings find application in the finishing of:
- Exterior parts: chassis components, tank and
pressure tank, transverse link, axels, brake discs,
- Interior parts: like seat adjustments, small plastic
or metal parts
- Drive: engines, valves, gearboxes, clutch discs, fuel
pumps, spark plugs.
One of the key aspects of UV coatings in terms of
quality is their outstanding corrosion protection of
metals and high resistance to aggressive chemicals
used in motor vehicles, like fuel and brake fluids.
Table 3 shows how the Lankwitzer UV coating UE 179502/0 meets the quality specifications requested by
different standards in terms of corrosion resistance.
Lankwitzer ha compiuto grossi sforzi in ricerca e sviluppo
per migliorare la qualità finale delle vernici UV, per regolare la tecnologia e renderla la scelta perfetta per l’industria
dell’auto. Oggi le vernici UV trovano applicazione nella finitura di:
- Parti esterne: componenti di chassis, serbatoi e serbatoi a
pressione, assali, dischi freno
- Parti interne: regolatori dei sedili, piccole parti metalliche
o plastiche
- Trasmissione: motori, valvole, scatola del cambio, dischi
frizione, pompe del carburatore, candele.
Uno degli aspetti chiave delle vernici UV in termini di qualità
è l’eccezionale protezione dei metalli dalla corrosione e l’elevata resistenza ai prodotti chimici aggressivi utilizzati nei veicoli a motore, come il carburante e il liquido dei freni.
La tabella 3 mostra come la vernice UV Lankwitzer UE 179502/0 soddisfi le specifiche di qualità richieste dai diversi
standard in termini di resistenza alla corrosione.
SALT SPRAY TEST RESISTANCE 1000 H
EN ISO 9227:2006 on zinc-phosphated surface (Fig. 1)
INFILTRATION
EN ISO 4628-8:2005
BLISTERING
EN ISO 4628-2:2003
RUSTGRADE
EN ISO 4628-3:2003
WB < 2MM
m0/g0
Ri0
m0/g0
Ri0
m0/g0
Ri0
HUMIDITY CYCLE TEST 1000h
DIN EN ISO 6270-2:2005-09 on zinc-phosphated
surface (Fig. 2)
VDA Wechseltest 621-415 *
10 CYCLES
WB < 2MM
* Testing of the corrosion resistance according to VDA (Verband der
Automobilindustrie - German Association of the Automotive Industry)
* Prova della resistenza alla corrosione secondo la VDA (Verband der
Automobilindustrie - German Association of the Automotive Industry)
The corrosion
protection provided
by UV coatings is
so strong that good
results can be obtained
on not pre-treated
surfaces too.
The corrosion
resistance of
Lankwitzer UV black
1
coating UE 1795020
has been tested in
400h salt spray test according to DIN EN ISO 4628
on untreated steel tubes with a film thickness
ranging from 80 to 100 μm. Results are shown in
Fig. 1, 2 and 3.
La protezione dalla corrosione fornita dalle
vernici UV è così forte
che è possibile ottenere buoni risultati anche
sulle superfici non pretrattate.
La resistenza alla corrosione della vernice
nera UV Lankwitzer UE
2
1795020 è stata testata in nebbia salina per
400h secondo la normativa DIN EN ISO 4628 su tubi
in acciaio non trattati con uno spessore del film da
80 a 100 μm. i risultati sono mostrati in fig. 1, 2 e 3.
58 N. 14 - 2012 MARCH/marzo - international PAINT&COATING magazine
INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
filmthickness: 100 μ,
after 400h
Results:
- creeping from cut after 240 h: 1 – 1,5 mm
- creeping from cut after 400 h: 1,5 mm
- blistering: m0 / g0.
3
filmthickness: 80 μ,
after 240h
filmthickness: 80 μ,
after 400h
Examples of UV Coating application in the
automotive sector on metal surfaces
Risultati:
- corrosione dell’intaglio dopo 240 h: 1 – 1,5 mm
- corrosione dell’intaglio dopo 400 h: 1,5 mm
- blistering: m0 / g0.
Esempi di applicazioni di vernici UV su metallo
nel settore dell’auto
4
Coating of tubes
- Material: steel
- Curing time: 0.4 seconds
- Benefit: the UV process enables a continuous
coating without damages/defects
4
Verniciatura di tubi
- Materiale: acciaio
- Tempo di polimerizzazione: 0,4 secondi
- Beneficio: il ciclo UV consente una verniciatura in
continuo senza danni/difetti
5
Coating of valves assembly
- Material: cast iron
- Curing time: 10 seconds
- Benefit: high cost savings thanks to compact
production plants
5
Verniciatura di valvolame
- Materiale: pressofusione di ferro
- Tempo di polimerizzazione: 10 secondi
- Beneficio: elevato risparmio grazie a impianti
produttivi compatti
6
Coating of common rail pumps
- Material: steel/aluminium
- Curing time: 25 seconds
- Benefit: immediate packing directly after
coating, no cooling needed which mean
savings of space and time
6
Verniciatura di pompe common rail
- Materiale: acciaio/alluminio
- Tempo di polimerizzazione: 25 secondi
- Beneficio: imballaggio immediato dopo la
verniciatura, nessun raffreddamento richiesto il
che significa risparmio di tempo e spazio
4
5
6
international PAINT&COATING magazine - MARCH/marzo 2012 - N. 14
59
Applications of UV Coating Systems in the Automotive Industry
7
Coating of airbag cartridges
- Material: steel
- Curing time: 15 seconds
- Benefit: efficient mass production
7
Verniciatura delle cartucce di airbag
- Materiale: acciaio
- Tempo di polimerizzazione: 15 secondi
- Beneficio: efficiente produzione di massa
8
Coating of brake discs or drum brakes
- Material: steel
- Curing time: 20 seconds
- Benefits: improved resistance to brake fluid; flexibility
in production in case of fluctuating orders
8
Verniciatura di freni a disco o freni a tamburo
- Materiale: acciaio
- Tempo di polimerizzazione: 20 secondi
- Benefici: resistenza migliore al liquido dei freni; flessibilità produttiva in caso di fluttuazione negli ordinativi
7
UV Coatings applications
li i
on plastics
l i
Applicazioni
l
d
delle vernici UV sulle materie plastiche
UV coatings prove to be efficient not only where high
grade technical performances are required but also
where decorative issues are the main concern and UV
coatings can be applied on plastic surfaces as well.
Here follows two example of UV coatings application
on plastics items for daily-use.
Le vernici UV dimostrano di essere efficaci non solo laddove sono richieste performance tecniche di alto livello ma anche dove l’aspetto estetico è la preoccupazione
principale e le vernici UV si possono applicare anche sui
materiali plastici. Seguono due esempi di applicazione di
vernici UV su manufatti in plastica per uso quotidiano.
9
9
8
Coating of flowerpots
- Material: polypropylene (PP)
- Curing time: 5 seconds
- Benefit: smaller curing areas avoid the
overheating of plastics
Coating of hoovers
- Material: ABS
- Curing time: 10 seconds
- Benefit: the coating process can be operated
in-house thus reducing the costs for material
handling and transport, and improving flexibility.
9
Verniciatura di vasi da fiori
- Materiale: polipropilene (PP)
- Tempo di polimerizzazione: 5 secondi
- Beneficio: lo spettro di polimerizzazione più piccolo evita il surriscaldamento della plastica
Verniciatura degli aspirapolvere
- Materiale: ABS
- Tempo di polimerizzazione: 10 secondi
- Beneficio: il ciclo di verniciatura può essere eseguito internamente riducendo in questo modo i
costi per la movimentazione e il trasporto del materiale e migliorando la flessibilità.
Conclusion
Shorter cycle times, less VOC emissions, less production
waste, energy savings, high gloss finish with outstanding
chemical resistance and high corrosion protection: these
are the key issues that a company with an in-house
coating facility should take into consideration when
choosing the right technology to improve the costefficiency and quality of its coating process.
60 N. 14 - 2012 MARCH/marzo - international PAINT&COATING magazine
Conclusioni
Tempi ciclo più brevi, emissioni di COV e scarti ridotti, risparmio,
finitura ad alto gloss con eccellente resistenza chimica ed elevata protezione anticorrosiva: questi sono gli argomenti principali
che un’azienda con un impianto di verniciatura interno dovrebbe prendere in considerazione per scegliere la giusta tecnologia per migliorare l’efficienza e la qualità dei propri processi.
Lankwitzer
any
erm
nG
de i
Ma
Premium Coatings
Lavorando con l’industria, rispettando l’ambiente
Working with Industries, saving environments
Corrosion protection and Industrial Paints
Protezione corrosiva e vernici industriali
Lankwitzer’s corrosion protection coating systems have applied
successfully for years on steelwork and bridges as well as in many
industrial facilities. Our systems have proven exceptionally durable
in all climates. In addition to excellent corrosion protection, we
emphasize optical aspects of our paints. Our industrial paints
are successfully applied on railway vehicles, buses, trailers,
automotive parts, equipment for construction and agriculture as
well as on many other applications.
I sistemi di protezione anticorrosivi della Lankwitzer, sono stati applicati
con successo per anni su strutture in acciaio e ponti, così come su molti impianti industriali. I nostri sistemi hanno dimostrato una durata eccezionale
per tutte le condizioni climatiche.
Oltre ad un eccellente protezione contro la corrosione, vogliamo sottolineare gli aspetti ottici delle nostre vernici. Le nostre vernici industriali vengono applicate con successo su veicoli ferroviari, autobus, rimorchi, componenti automotive, attrezzature per la costruzione e l’agricoltura così come
in molte altre applicazioni.
Tra i nostri clienti soddisfatti citiamo aziende leader come Komatsu, ZF Friedrichshafen, Bosch, Siemens, Bombardier, Voest Alpine e Mannesmann.
Komatsu, ZF Friedrichshafen, Bosch, Siemens, Bombardier, Voest
Alpine or Mannesmann.
Lankwitzer Lackfabrik GmbH
Haynauer Strasse 61-63 D-12249 Berlin
Tel: +49 30 768887-133 Fax: +49 30 768887-115
e-mail [email protected] www.lankwitzer.com
Lankwitzer Italia
Sanseverinati Simone [email protected]
mob +39 339.577.33.89