© 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