Tutto quello che c’è da sapere sulle lampade di polimerizzazione

Quando si tratta di incollare componenti in modo rapido ed efficiente, gli adesivi a polimerizzazione UV rappresentano, molto spesso, la scelta migliore. Infatti, grazie a un tempo di polimerizzazione di pochi secondi, consentono di velocizzare i tempi ciclo nelle produzioni in serie. Le lampade di polimerizzazione svolgono un ruolo decisivo per garantire processi di incollaggio ottimali, specialmente in settori quali automotive o elettronica di consumo.

di Robert Saller

L’uso di adesivi a polimerizzazione UV è ormai consolidato nel settore dell’elettronica di consumo. E non c’è da stupirsi, visto che la velocità è fondamentale in questo settore: nel giro di pochi secondi è necessario incollare altoparlanti in miniatura, sigillare display o incapsulare microinterruttori. Ma anche nel settore automobilistico l’utilizzo di adesivi a polimerizzazione UV consente processi di incollaggio rapidi, ad esempio nei motori elettrici, dove lo statore viene incollato alla carcassa.
Ciò che rende questi adesivi così speciali è il loro meccanismo di polimerizzazione. Gli adesivi contengono un cosiddetto fotoiniziatore, un composto chimico che si decompone in gruppi funzionali attraverso l’assorbimento di luce UV, dando inizio alla polimerizzazione. Nella reazione di polimerizzazione i monomeri nell’adesivo si combinano per formare un polimero, creando così una struttura reticolare complessa. Potrebbe essere sufficiente anche un impulso di luce con una durata inferiore a un secondo per polimerizzare completamente l’adesivo e incollare in modo permanente i componenti.

Il ruolo delle lampade LED ad alte prestazioni
Oggi, per polimerizzare adesivi UV, vengono principalmente utilizzate lampade LED ad alte prestazioni. Queste lampade sono altamente efficienti e a basso consumo, e vengono ormai impiegate anche in diversi altri settori dell’illuminazione. La durata di vita tipica di una lampada di polimerizzazione LED supera molto spesso le 20.000 ore, 20 volte in più rispetto alle lampade convenzionali.
Inoltre, mentre le lampade a scarica possono impiegare fino a 20 minuti per riscaldarsi, i LED raggiungono la loro massima luminosità nel giro di frazioni di secondo. Lo stretto spettro di emissione dei diodi a emissione di luce e le loro intensità garantiscono una combinazione ottimale tra l’adesivo e la lampada di polimerizzazione. Tuttavia, per beneficiare pienamente dei vantaggi degli adesivi a polimerizzazione UV e delle lampade LED ad alte prestazioni, devono essere considerati alcuni fattori importanti.

La lampada deve essere adatta all’adesivo e al componente
Un criterio chiave per ottenere la reazione di fotopolimerizzazione è che lo spettro della lunghezza d’onda della lampada di polimerizzazione si sovrapponga allo spettro di assorbimento del fotoiniziatore.
I fotoiniziatori hanno uno spettro di assorbimento tipico che, a seconda della composizione chimica, termina a un valore compreso tra 370 e 480 nm. Per prevenire un processo di polimerizzazione incontrollato, gli spettri di assorbimento vengono solitamente selezionati in modo che la luce ambiente non possa polimerizzare l’adesivo o possa farlo soltanto molto lentamente. Analogamente agli spettri di assorbimento degli adesivi, le lampade di polimerizzazione LED emettono luce a 365, 400 o 460 nm.
Per far sì che un processo di incollaggio per fotopolimerizzazione possa aver luogo, è importante che venga soddisfatta una seconda condizione: almeno uno dei componenti da incollare deve essere traslucido nell’intervallo di assorbimento dell’adesivo.
Per selezionare la lampada LED ideale è necessario conoscere anche lo spettro di trasmissione del componente. Lo spettro può essere determinato utilizzando strumenti di misura adatti.

Come influisce l’intensità luminosa sul processo di polimerizzazione
Il processo di polimerizzazione è influenzato anche dall’intensità della lampada. Le lampade LED per la polimerizzazione di adesivi disponibili in commercio, come ad esempio quelle di DELO, forniscono un’intensità fino a 12.000 mW/cm².
Il vantaggio principale di queste intensità elevate è che contribuiscono a ridurre i tempi di processo, anche per operazioni di incollaggio particolarmente complicate, come nel caso di distanze elevate tra la sorgente luminosa e i componenti da incollare, necessarie per motivi costruttivi, oppure se occorre incollare molto velocemente strati di adesivo piuttosto spessi. Esse consentono anche la polimerizzazione di strati di adesivo tra componenti solo parzialmente trasparenti, i quali spesso lasciano passare solo una frazione del valore di intensità iniziale.
Ma questo non rappresenta l’unico vantaggio delle lampade ad alta intensità. La durata della vita della lampada può aumentare oltre le specifiche del produttore se non è necessario utilizzare i LED a piena intensità (per esempio, 2.000 mW/cm²) e se la polimerizzazione avviene a intensità più basse. Preimpostando la potenza, l’intensità delle lampade LED può essere regolata in continuo tra 0 e 100%.
È estremamente importante tenere in considerazione l’intero processo per garantire una selezione corretta del livello di intensità. Infatti, non sempre è vantaggioso utilizzare intensità troppo elevate in quanto, in alcuni casi, possono portare a una polimerizzazione non corretta.
Il controllo dell’intero processo include la distanza di lavoro, la trasmittanza dei componenti e lo spessore dello strato di adesivo. Ad esempio, l’intensità che raggiunge il componente da incollare dipende dalla distanza tra la sorgente luminosa e il componente. Minore è la distanza di lavoro, più stretto è il profilo di intensità luminosa o maggiore è l’intensità. Questo effetto è ancora più significativo per le lampade a spot rispetto alle lampade ad area, in quanto in questo caso anche solo pochi mm di differenza possono influire sul risultato finale. In generale, se la distanza di lavoro raddoppia, l’intensità diminuisce di quattro volte.

Scegliere la lampada in base all’applicazione
Nel settore industriale si distingue tra due tipi di lampada: lampade a spot e lampade ad area. Le prime sono utilizzate per l’incollaggio puntiforme o lineare, come nel caso della produzione di dispositivi per la microelettronica. Se devono essere esposte superfici ampie, come ad esempio display, o un numero elevato di componenti contemporaneamente (per esempio, la sigillazione di microinterruttori) in un processo batch, si ricorre alle lampade ad area.
Quindi, la lampada più adatta da impiegare differisce a seconda dell’applicazione.

Polimerizzazione omogenea di superfici
Le lampade ad area consentono l’esposizione simultanea di superfici ampie o l’esposizione continua in linee di produzione lunghe. In fase di configurazione delle linee di produzione, si consiglia di utilizzare lampade ad area che possono essere disposte in maniera modulare senza creare zone d’ombra, come a volte avviene se la carcassa della lampada non è opportunamente dimensionata. Le lampade DELOLUX 20 e DELOLUX 202, per esempio, con un’area rispettivamente di 100 x 100 mm² e 200 x 50 mm² soddisfano pienamente questo requisito, grazie ai bordi della carcassa particolarmente ridotti.
L’obiettivo dovrebbe sempre essere quello di esporre l’intera superficie da incollare a un’intensità luminosa costante. Se vengono esposte aree ampie, è importante anche garantire una polimerizzazione dell’adesivo senza tensioni, in modo da prevenire deformazioni. Soltanto un’esposizione omogenea è in grado di assicurare che l’adesivo polimerizzi in modo uniforme e completo in tutte le zone e che vengano raggiunte le proprietà richieste per l’applicazione.
Le lampade di bassa qualità hanno spesso un profilo di emissione non omogeneo, a causa di ottiche e LED economici: al centro della lampada l’intensità è elevata, ma diminuisce drasticamente sui bordi. Le conseguenze possono essere proprietà adesive scarse o anche la rottura del componente.

Polimerizzazione con precisione millimetrica
Normalmente si ricorre alle lampade a spot quando è necessario sottoporre a esposizione in modo affidabile superfici minuscole di soli pochi mm2. La maggior parte delle lampade a spot utilizzano ottiche di focalizzazione intercambiabili, tra cui l’utente può scegliere in modo flessibile, come ad esempio per la lampada di polimerizzazione DELOLUX 50.
In questo modo è possibile raggiungere dimensioni dello spot con un diametro compreso tra 1 e 10 mm e intensità di fino a 12.000 mW/cm², a seconda di quale è l’intensità più adatta richiesta dall’applicazione. Le lampade a spot vengono solitamente raffreddate in modo passivo; ciò non vale però per la lampada a spot DELOLUX 80 (area di esposizione con diametro di 23 mm) poiché in questo caso i LED vengono raffreddati con un liquido di raffreddamento apposito, a circuito chiuso.

In conclusione
Gli adesivi a polimerizzazione UV, in combinazione con lampade ad alta potenza, consentono processi di polimerizzazione rapidi, a condizione che tutti i parametri siano stati regolati correttamente. Per garantire processi ottimali, è sempre necessario tenere in considerazione l’intero sistema composto da adesivo, lampada di polimerizzazione (lunghezza d’onda, intensità e tipo), componenti e la stessa linea di produzione. Inoltre, è consigliabile scegliere un tipo di lampada che consenta di gestire le linee di produzione come si desidera, in modo da poterle configurare con la massima flessibilità. n

(Robert Saller è Direttore Generale di DELO Industrial Adhesives)