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UV-LEDs: exponentielles Wachstum

Effiziente Härtungsprozesse

27. Oktober 2020, 10:30 Uhr | Nicole Wörner

Hochleistungs-UV-LEDs überzeugen mit einer Lebenszeit von bis zu 50.000 Stunden.

Effiziente, schadstoff- und wartungsarme Aushärtungs- und Trocknungssysteme sind unersetzliche Prozessbeschleuniger in der Elektronikfertigung. Mithilfe modernster UV-LED-Technologien lassen sich hier weitere deutliche Optimierungen erzielen.

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Von Alain Bruno Kamwa, Product Sales Manager Opto, Rutronik

Schnelltrocknend, schadstofffrei und qualitativ hochwertig – die Anforderungen an industrielle Druck-, Klebe- und Beschichtungsprozesse steigen mit den Bedarfen der Fertigungsindustrie und den umweltpolitischen Vorgaben. Parallel dazu gewinnt das Sprichwort „Zeit ist Geld“ gerade in der Produktion immer weiter an Bedeutung. Im Bereich der Aushärtungs- und Trocknungssysteme spielen moderne UV-LED-Technologien gerade hier ihre Stärken aus.

Aushärtung – Vernetzung von Polymerketten

In der Verfahrenstechnik versteht man darunter einen chemischen Prozess, der durch Härtung und Trocknung Polymermaterial erzeugt. Der Begriff Aushärtung kann zudem für alle Prozesse verwendet werden, bei denen aus einer flüssigen Lösung ein festes Produkt entsteht. Während des Aushärtungsprozesses werden Einzelmonomere und Oligomere gemischt und resultieren in einem dreidimensionalen polymeren Netzwerk. Dabei wird zwischen der Aushärtung ohne bzw. mit chemischen Zusatzstoffen (Härtungsmittel, Härter) unterschieden.
Härtungsmittel für die konventionelle thermische Aushärtung bestehen in der Regel aus einem Bindemittel auf Harzbasis, einem flüchtigen, organischen Lösungsmittel, Pigmenten sowie Füll- (kein Klarlack) und Zusatzstoffen. Die Trocknung erfolgt hier durch das Verdampfen des Lösungsmittels und die anschließende chemische Vernetzung des Bindemittels mit sich selbst.

Ein großes Manko ist hier die Freisetzung von entzündlichen Gasen und Feinstauben. Die für die Verbrennung, Reinigung oder Destillation dieser Schadstoffe zusätzlich benötigte Energie macht den Einsatz von chemischen Zusätzen ineffizient und unnötig kompliziert.

Elementarer Aufgabenbereich bei der Aushärtung ist die Überwachung und Steuerung des gesamten Herstellungsprozesses von Verbundwerkstoffen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Viskosität, da sich der Aggregatzustand des Materials gleichmäßig von flüssig zu fest ändern soll. Die Überwachung beruht auf verschiedenen physikalischen oder chemischen Eigenschaften und kann auf einer rheologischen, thermischen, dielektrometrischen sowie spektroskopischen oder Ultraschallanalyse basieren.

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Einsatz von Infrarot und UV

Im Gegensatz dazu kommt es bei der Aushärtung durch externe Reizmittel wie Licht, Wärme oder Strahlung zu keiner Verdampfung der Lösungsmittel und dem damit verbundenen Schadstoffausstoß. Bei der Strahlenhärtung wird das Harzbindemittel durch eine Verbindung von flüssigen Monomeren und Oligomeren ersetzt, in der sich die Pigmente verteilen können. Dabei kann in der Regel komplett auf den Einsatz von Lösungsmitteln verzichtet werden. Diese Art der Beschichtung ist vollständig reaktiv; somit ist die aufgetragene Menge vor und nach der Aushärtung identisch.

Infrarot-Wärme dient nicht nur als Trocknungshilfe von Materialien. Damit lassen sich Kunststoffe auch erweichen und verformen. Der Vorteil beim Einsatz von Infrarotstrahlen ist, dass sie Energie genau in der Wellenlänge abgeben, die das jeweilige Material am besten absorbiert und in Wärme umwandelt. Sie lassen sich sehr punktuell einsetzen, was eine erhebliche Effizienz bedeutet, wenn nur sehr kleine Bereiche erwärmt werden müssen. Infrarotstrahlung überträgt Wärme kontaktfrei, mit hoher Leistung und sekundenschnell.

Die Strahlungshärtung basiert auf ultraviolettem Kurzwellenlicht (UV) oder Elektronenstrahlen (EB = Electron Beam). Photonen, die dabei durch hochintensives UV-Licht erzeugt werden, regen eine photochemische Reaktion an und initiieren die freiradikale Vernetzung von Acrylat-Oligomeren und Präpolymeren. Dafür werden Beschichtungen, Lacke, Tinten und Klebstoffformulierungen aus selektiven Materialien formuliert, um spezifische Leistungseigenschaften zu erzielen:
Flüssige Beschichtungen, Lacke, Tinten und Klebstoffe werden nahezu sofort in Feststoffe umgewandelt.

Die Aushärtung erfolgt sehr schnell und kühl, was die Anwendung bei wärmeempfindlichen Substraten ermöglicht. Einmal vernetzte, richtig ausgehärtete Produkte weisen eine hohe physikalische wie auch chemische Beständigkeit auf.