EB-Beschichtungstechnologie, warum ist sie so hervorragend?
Die Guangdong Zhihua Group ist das erste Unternehmen in China, das die EB-Elektronenstrahlhärtungstechnologie für dekorative Folienmaterialien einsetzt. Durch den Einsatz dieser Technologie lassen sich die Eigenschaften von Paneeldekorationen in vielerlei Hinsicht verbessern, darunter Witterungsbeständigkeit, Lichtbeständigkeit, Vergilbungsbeständigkeit, Schmutzabweisung, einfache Reinigung, hohe Kratzfestigkeit, hohe Härte, Fettbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit.
Heute werden wir diesen Prozess eingehend untersuchen und analysieren.
In der globalen Fertigungsindustrie gibt es das Phänomen, dass die vorgelagerte Wertschöpfungskette die nachgelagerte bestimmt. Dabei nutzt die nachgelagerte Wertschöpfungskette häufig Produkte, die von der vorgelagerten Wertschöpfungskette für Forschung und Entwicklung entwickelt wurden. Völlig unabhängige Ergebnisse auf vorgelagerter Ebene sind sehr selten.
Dasselbe gilt für die Möbelindustrie. Die von uns verwendeten Holzwerkstoffe, Dekorpapiere, Folien, Beschläge usw. werden von vorgelagerten Herstellern entwickelt, bevor nachgelagerte Hersteller sie einsetzen können. Dies ist das Ergebnis einer veränderten Arbeitsteilung in der modernen Industrialisierung, die sich im Industriezeitalter als optimale Lösung erwiesen hat.
Dank des hohen Entwicklungsstandes der Fertigungsindustrie und der langen Industriegeschichte Europas ist die Qualität der kundenspezifischen Paneele und Beschläge in der Branche weltweit herausragend und erhält Aufträge aus aller Welt.
Wenn man die Kategorie der Dekorplatten weiter unterteilt, beispielsweise von Alvic, Arpa, FENIX und CLEAN, warum sind so viele Marken auf dem chinesischen Markt bei High-End- und gehobenen Mittelklassemarken so begehrt?
Das Design ist kreativ, und europäische Hersteller von Dekorplatten bieten viele innovative neue Produkte an. Die global ausgerichtete Forschung und Entwicklung hat die Nachfrage einer potenziell kleinen Zielgruppe deutlich gesteigert.
Die Qualität ist garantiert. Beispielsweise sind Abriebfestigkeit, Vergilbungsbeständigkeit und Hotfix-Eigenschaften hervorragend. Sowohl Hochglanz- als auch Matt-Effekte sind sehr gut und beständig.
Im Designbereich sind kurzfristig keine bahnbrechenden Neuerungen zu erwarten, die Qualität chinesischer Produkte wird jedoch kontinuierlich untersucht und weiterentwickelt. So haben wir beispielsweise in der Holzwerkstoffindustrie durch die Einführung von Anlagen aus Deutschland, Finnland und anderen Ländern eine Qualität erreicht, die dem europäischen Standard in nichts nachsteht.
Im Bereich der Dekorationstechnologie haben wir durch den Kauf von Rohstoffen und den Einsatz von Technologien wie Wasserlack, Lack, elektrostatischer Pulverbeschichtung und Excimer-Beschichtung bereits international fortgeschrittene Standards erreicht. Warum also haben chinesische Dekorplatten noch nicht die gleiche Qualität wie europäische erreicht?
Wir sind der Ansicht, dass es im Aushärtungsprozess entscheidende Faktoren gibt, und je höher die Spezifikation der Dekorplatte ist, desto höher sind auch die Anforderungen an den Aushärtungsprozess.
Diese Ansicht wird auf den offiziellen Webseiten zahlreicher Hersteller von Dekorplatten bestätigt. Neben ihren hochwertigen Vorteilen heben sie insbesondere die Verwendung des Elektronenstrahlhärtungsverfahrens hervor, was zu belegen scheint, dass diese Vorteile eng mit der Anwendung dieses Härtungsverfahrens zusammenhängen.
Der Prozess der Umwandlung von Beschichtungen aus flüssigen, pulverförmigen und anderen Formen in Feststoffe wird als Aushärtung bezeichnet. Die Elektronenstrahlhärtung ist eine der Aushärtungstechnologien im Beschichtungsprozess und gilt derzeit als branchenführendes Verfahren.
Zur Herstellung von Dekorplatten werden derzeit verschiedene Verfahren und Materialien eingesetzt, darunter unter anderem: Farbe, Wasserfarbe, elektrostatisches Pulverspritzen, Excimer-Verfahren, Dekorfolie, PET, Dekorpapier usw.
PLacke, wasserbasierte Lacke, elektrostatische Pulverbeschichtung und Excimer-Laserbehandlungen erfordern alle einen Aushärtungsprozess, einschließlich Dekorfolien, Dekorpapier, PET und anderer darunterliegender Prozesse. Die gängigen Aushärtungsverfahren sind derzeit die thermische Aushärtung und die UV-Aushärtung. Ein neues Verfahren ist die Elektronenstrahlhärtung.
Auf Grundlage bisheriger Forschung haben wir das folgende Diagramm erstellt.
Betrachtet man die Aushärtungsdicke, erscheint die thermische Aushärtung dann aufwändiger? Tatsächlich benötigt die thermische Aushärtung bei dickeren Teilen mehr Zeit, was zu einem höheren Energieverbrauch und damit zu unmerklich steigenden Fertigungskosten führt.
Fallbeispiel für Wärmehärtung: Dies ist eine lackierte Schale aus der Ming-Dynastie mit einer mehrere Millimeter dicken roten Farbschicht. Schalen, die so hergestellt werden, erfordern wiederholtes Lackieren und Aushärten. Der Aushärtungsprozess, bei dem die Farbe vom flüssigen in den festen Zustand übergeht, dauert oft mehrere Tage.
Auch in der heutigen Zeit ist dieser Duroplast-Prozess sehr zeitaufwändig, da er einen Hochtemperatur-Backraum zum Aushärten erfordert, was nicht nur viel Energie verbraucht (in der Regel elektrische Energie, die in Wärmeenergie umgewandelt wird), sondern auch relativ lange dauert.
Bei der thermischen Härtung besteht außerdem ein Lösemittelrisiko, da die Verwendung von Lösemitteln Risiken von der Produktion über den Transport bis hin zur Endverwendung birgt, wie z. B. Verbrennungs- und Explosionsgefahr, flüchtige Bestandteile usw.
Sollten Probleme bei der thermischen Aushärtung auftreten, wie sieht es mit der UV-Aushärtung aus? Dieses Aushärtungsverfahren ist derzeit der gängigste Prozess für Marken im mittleren bis gehobenen Preissegment und erfreut sich aufgrund seiner hohen Umweltverträglichkeit und Effizienz großer Beliebtheit, einschließlich des Einsatzes der UV-Aushärtungstechnologie für gängige Excimer-Platinen.
Ist dieser Prozess also perfekt? Derzeit nicht. Das zeigt sich vor allem in mehreren Aspekten.
Aushärtungsdicke und -gleichmäßigkeit: UV-Härtung ist nur bei Lackschichten im Mikrometerbereich anwendbar, wie es bei Excimer- und herkömmlichen UV-Lacken der Fall ist. Selbst bei einer Dicke von nur wenigen Mikrometern hat die Forschung gezeigt, dass mit zunehmender Dicke der Lackschicht die Anfälligkeit für Aushärtungsfehler steigt und ungleichmäßige Aushärtung deutlicher sichtbar wird.
Bei der UV-Härtung von Excimeren sind keine Photoinitiatoren erforderlich, bei anderen UV-Härtungsprozessen können jedoch Photoinitiatorreste zurückbleiben, die ein Gesundheitsrisiko darstellen.
Die EB-Elektronenstrahlhärtung, der geringe Energieverbrauch, die gleichmäßige Aushärtung und die bessere Umweltverträglichkeit sind die sichtbaren Vorteile in der Produktion; auf der Seite des Verbrauchererlebnisses bietet es Vorteile wie Witterungsbeständigkeit, Sonnenbeständigkeit, Vergilbungsbeständigkeit, Schmutzabweisung, einfache Reinigung, hohe Kratzfestigkeit, hohe Härte, Ölbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit.
Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich, benötigt die EB-Elektronenstrahlhärtung keine Hochtemperaturumgebung, keine Lösungsmittel, keine Fotoinitiatoren, einen sehr geringen Energieverbrauch und eine sehr hohe Härtungsgeschwindigkeit.
Daher ist die EB-Elektronenstrahlhärtung heutzutage ein herausragendes Härtungsverfahren und gilt weltweit als eines der fortschrittlichsten Härtungsverfahren.
Derzeit ist die UV-Härtung das gängigste Härtungsverfahren, die Elektronenstrahlhärtung erweist sich jedoch in experimenteller und anwendungstechnischer Hinsicht als überlegen. Im Folgenden werden relevante Forschungsergebnisse aus der Literatur präsentiert.
Bleistifthärte: Dieser Prüfwert entspricht der Kratzfestigkeit der Produktbeschichtung. Je höher die Härte, desto besser die Flecken- und Kratzfestigkeit.
Härtegradbeschreibung: 6B, 5B, 4B, 3B, 2B, B, HB, H, 2H, 3H, 4H, 5H, 6H, 7H, 8H, 9H, von weich nach hart, dies ist das Ergebnis der Bleistifthärtemessung für die Filmhärte.
Die Ergebnisse zeigten, dass im Hinblick auf die Härte von Bleistiften die mit EB in verschiedenen Harzen gehärteten Bleistifte eine höhere Härte aufwiesen als die mit UV gehärteten.
Kratzfestigkeit: Dieser Wert gibt die Haftung der Beschichtung an und ist auch für die Kratzfestigkeit und Langlebigkeit von Bedeutung. Je kleiner der Wert (0–6), desto besser.
Stufenbeschreibung: Stufe 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, insgesamt 6 Stufen, unterteilt nach Indikatoren wie Schneidkanteneffekt, Beschichtungsablösungsrate und betroffene Fläche.
Die Ergebnisse zeigten, dass die EB-Härtung auch hinsichtlich der Haftung am Gitter der UV-Härtung überlegen war, was zu einer besseren Haftung führte.
Haftzugfestigkeit: Dieser Wert entspricht der Haftung zwischen Beschichtung und Substrat nach der Aushärtung und ist aussagekräftig für Kratzfestigkeit und Haltbarkeit. Je höher der Wert, desto besser.
Die Ergebnisse zeigten, dass die EB-Elektronenstrahlhärtung hinsichtlich der Auszugshaftung der UV-Härtung überlegen war, mit Ausnahme des schwächeren Harzwertes bei PUA-1 im Vergleich zur UV-Härtung.
Warum ist die Härte bei EB-Härtung höher als bei UV-Härtung?
Im Allgemeinen entspricht die Energie von UV-Photonen mit einer Wellenlänge von 350 nm (35 keV) der Elektronenenergie bei einer Spannung von 110 kV, und die Bedingung für die Erstarrung eines Elektronenstrahls liegt bei 220 keV. Daher ist die Energie des Elektronenstrahls energetisch höher als die von UV-Photonen.
Daher ist nach der Aushärtung mit Elektronenstrahlen die Vernetzungsdichte der Oberflächenketten in der Beschichtung höher, was die Oberflächenhärte der Beschichtung erhöhen kann. Warum ist die Haftung bei der Aushärtung mit Elektronenstrahlen besser als bei der UV-Aushärtung?
Die Ergebnisse der Haftungsprüfung zeigen, dass die Haftung von EB-gehärteten Beschichtungen im Allgemeinen höher ist als die von UV-gehärteten Beschichtungen, unabhängig davon, ob es sich um einen Gitterschnitt- oder einen Ausziehversuch handelt. Dies liegt vermutlich daran, dass Holz ein natürliches Polymer ist und der Elektronenstrahl die Beschichtung durchdringt, wodurch sich deren chemische Oberflächenstruktur verändert. Dies führt zu einer chemischen Bindung zwischen Beschichtung und Holz, was die Haftung der Beschichtung auf dem Holz verbessert.
Vereinfacht gesagt, ist die Aushärtung mit Elektronenstrahlen gründlicher als die UV-Aushärtung, wodurch das Beschichtungsmaterial härter wird und eine stärkere Haftung erzielt wird.
Hotfix ist in anderen Anwendungsbereichen kein neuer Begriff. Beispielsweise verfügt die unsichtbare Autolackversiegelung über diese Hotfix-Eigenschaften. Sie besteht aus TPU-Material und kann bei einer bestimmten Temperatur auch ohne besonders tiefe Kratzer repariert werden.
Prinzip: TPU-Material zeichnet sich durch eine dichte Molekularstruktur, hohe Festigkeit und Zugfestigkeit aus. Werden Kratzer durch äußere Kräfte verursacht, brechen die Moleküle. Beim Wegfall der Krafteinwirkung kommt es zu einer Spaltungsdehnung. Unter dem Einfluss von Temperatur kann sich die beschädigte Molekularstruktur selbstständig regenerieren und so Kratzer reparieren.
Beim Vergleich der Härtung mittels Elektronenstrahl und UV-Licht konzentrieren wir uns auf zwei Datenpunkte: Zugfestigkeit und Zugbruchrate.
Zugfestigkeit: Die Zugfestigkeit der Beschichtung; je größer der Wert, desto besser.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugfestigkeit von mit Elektronenstrahl gehärtetem EB höher ist als die von UV-gehärtetem EB, was darauf hindeutet, dass die Zugfestigkeit von mit Elektronenstrahl gehärtetem EB stärker ist und die Hotfix-Kraft stärker ist.
Bruchdehnung: Sie wird üblicherweise als relative Bruchdehnung angegeben, d. h. als Verhältnis der Bruchdehnung einer Faser zu ihrer Ausgangslänge, ausgedrückt in Prozent. Sie ist ein Indikator für die Weichheit und Elastizität der Probe; je höher die Bruchdehnung, desto besser sind Weichheit und Elastizität. Die Ergebnisse zeigten, dass die Elektronenstrahlhärtung – mit Ausnahme von PUA-1, dessen Bruchdehnung etwas geringer war als die der UV-Härtung – wirksamer war. Daher weist die mit Elektronenstrahl gehärtete Beschichtung eine stärkere Hotfix-Eigenschaft auf, während andere Härtungsmethoden keine Hotfix-Eigenschaften besitzen oder schwächer als die Elektronenstrahlhärtung sind.
Ob Möbel, Autos oder Kleidung – helle Möbel vergilben nach längerem Gebrauch häufig, besonders weiße oder helle Möbel und Autos. Dies bereitet vielen Branchen Kopfzerbrechen. Doch wie kommt es zu dieser Vergilbung? Die Hauptursachen für die Alterung und Vergilbung von Beschichtungen sind thermische, oxidative und photooxidative Zersetzung der Polymerketten. Das heißt, es gibt drei Hauptfaktoren, die eine Vergilbung der Beschichtung auslösen: Sonnenlicht, Sauerstoff und Wärmeenergie.
Die Beschichtung durchläuft in der Umgebung von Photosauerstoff und thermischem Sauerstoff zwei irreversible chemische Reaktionen, Abbau und Vernetzung, was dazu führt, dass sich die Beschichtung blassgelb verfärbt, auch bekannt als "yellowing".
Ist die Vergilbungsbeständigkeit der EB-Elektronenstrahlhärtung herausragend?
1. Bei der Elektronenstrahlhärtung werden keine für die UV-Härtung erforderlichen Photoinitiatoren benötigt, sodass in den Endprodukten keine Photoinitiatorreste vorhanden sind. Die photooxidative Abbaurate unter Sonnenlicht wird dadurch deutlich reduziert.
2. EB-Elektronenstrahlhärtung: Da die Beschichtung vollständig ausgehärtet wird, ist die Molekularstruktur dicht, und die Wahrscheinlichkeit des Eindringens von Sauerstoffmolekülen wird stark reduziert. Unter Sauerstoffmangel wird auch die chemische Reaktion von heißem Sauerstoff stark unterdrückt. Aus diesen Gründen ist die Vergilbungsbeständigkeit der EB-Elektronenstrahlhärtung ausgezeichnet, und die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass sie anderen Härtungsverfahren weit überlegen ist.
Am Beispiel von Farbe lässt sich zeigen, dass diese aus filmbildenden Substanzen, Pigmenten und weiteren Bestandteilen besteht. Bei der Aushärtung erzielt die UV-Härtung bessere Ergebnisse bei filmbildenden Materialien mit höherer Transparenz, während weniger transparente Materialien unvollständig aushärten können.
Die Elektronenstrahlhärtung erfordert keine Berücksichtigung der Transparenz des filmbildenden Materials und verläuft nahezu bei Raumtemperatur, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Reaktion der Beschichtung sehr gering ist. Da bei der thermischen und der UV-Härtung thermische Energie beteiligt ist, kommt es zu thermischen Reaktionen an den beschichteten Teilen und Beschichtungen, die die Produktfarbe beeinflussen. Daher ist die Elektronenstrahlhärtung stabiler.
Darüber hinaus lässt sich die Elektronenstrahlhärtung so programmieren, dass Beschichtungen unterschiedlicher Dicke präzise verarbeitet werden können, was zu vielfältigen Aushärtungsergebnissen führt. Aus diesen Gründen bietet die Elektronenstrahlhärtung im Vergleich zur UV- und thermischen Aushärtung eine größere Farbvielfalt bei Beschichtungen.
Nachdem das Problem nun wieder in der vorgelagerten Lieferkette der Anlagenhersteller aufgetreten ist, stellt sich die Frage, warum sich die chinesischen Hersteller von Dekorplatten nicht für die Elektronenstrahlhärtung entschieden haben. Kosten, Technologie und Markt spielen dabei eine Rolle. Weltweit gibt es nur drei Anbieter von Elektronenstrahlhärtungsanlagen, allesamt ausländische Marken mit hohen Anschaffungskosten. Zudem ist die Technologie (Lösung) durch die Lieferkette eingeschränkt, was die Serviceeffizienz erheblich beeinträchtigt. Hinzu kommt der Markt. Vor dem Aufkommen von HD-Technologie in China konzentrierte sich die chinesische Fertigungsindustrie hauptsächlich auf die Deckung der Marktnachfrage. Die Qualitätsanforderungen an die Produkte waren noch relativ gering, beispielsweise in Bezug auf Umweltschutz und physikalische Eigenschaften wie Formaldehydgehalt, Verformungsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit. Die Einführung und Auslieferung der ersten Elektronenstrahlhärtungsanlagen für Bleche in China, die durch den Erfolg von Gaoding bekannt wurde, hat die Modernisierung der gesamten Wertschöpfungskette vorangetrieben. Verbraucher und Marken legen nun mehr Wert auf die Qualität des Furniers, von der Textur bis hin zu den Anwendungseigenschaften der Furnierschicht. Um eine höhere Qualität zu erzielen, ist eine Modernisierung der Anlagen und der Prozesse notwendig. Dies ist auch der Grund, warum die Guangdong Zhihua Group EB-Elektronenstrahlhärtungsanlagen und -technologien eingeführt hat.
Die Anwendung der EB-Elektronenstrahlhärtungstechnologie durch die Guangdong Zhihua Group auf dekorative Folienmaterialien wird einen großen Einfluss auf die Dekorplattenindustrie haben, insbesondere die Anwendungseigenschaften von Dekorplatten werden deutlich verbessert, wodurch die Beschränkungen einiger haptischer und visueller Effekte, die nur von importierten Marken erzielt werden können, aufgehoben werden und hochwertige Dekorationsprodukte in mehr chinesische Haushalte Einzug halten.
