Unique photoinitiator combinations for UV curing composites

A cura por UV e UV LED tornou-se uma alternativa viável aos métodos tradicionais de cura a frio e térmica à base de peróxido na fabricação de compósitos, oferecendo reduções significativas no tempo de processamento, emissões e consumo de energia. Nos últimos 12 meses, a IGM investigou os mecanismos de cura, bem como os efeitos de diferentes combinações de fotoiniciadores no desempenho mecânico e na aplicabilidade industrial. Os resultados mostram que, com sistemas de fotoiniciadores otimizados, a cura por UV e UV LED pode fornecer propriedades de materiais equivalentes em uma fração do tempo de ciclo — tornando-se não apenas adequada, mas também economicamente viável para uma ampla gama de métodos de produção de compósitos.

Introdução

A cura por radiação ultravioleta (UV) está rapidamente se tornando uma alternativa eficaz aos métodos tradicionais de cura a frio e térmica na produção de compósitos poliméricos reforçados com fibras. Ao substituir a cura com peróxidos pela fotopolimerização iniciada por UV, os fabricantes podem reduzir significativamente o tempo de processamento, controlar com precisão o momento da cura e — onde a cura térmica é usada — diminuir o consumo de energia e as emissões, mantendo o desempenho mecânico das peças acabadas.

Vantagens da cura UV em aplicações de compósitos

A cura UV envolve iniciar uma reação de polimerização em um sistema de resina por meio de exposição à radiação ultravioleta. Esse processo pode ser integrado em várias técnicas de fabricação de compósitos, incluindo:

• Laminação úmida
• Infusão a vácuo com membranas transparentes a UV
• Enrolamento filamentar
• Processamento de pré-impregnados
• Pultrusão
• Laminação manual e processos de molde aberto
• Cured-in-Place Pipe (CIPP)

Um requisito crítico é que a radiação UV alcance a resina — diretamente ou através de uma barreira transparente. Fontes comuns de UV incluem lâmpadas de arco de mercúrio e matrizes de LED. Devido ao comprimento de onda mais longo, as lâmpadas LED são particularmente adequadas para curar camadas espessas de compósitos reforçados.

Objetivo e metodologia

Os sistemas curáveis por UV dependem de foto-iniciadores que absorvem a luz UV e produzem espécies reativas para iniciar a polimerização. Os dois principais mecanismos de cura são:

• Polimerização radicalar (ex.: sistemas à base de vinil éster/acrilato, poliéster insaturado + estireno)
• Polimerização catiônica (ex.: epóxis)

Os desafios comuns na cura UV de compósitos por polimerização radicalar são:

1. Cura completa em laminados reforçados espessos
2. Desempenho mecânico idêntico ao dos compósitos curados com peróxidos
3. Inibição por oxigênio na superfície
4. Distribuição da luz em formas tridimensionais

O objetivo do estudo da IGM foi utilizar a expertise em Impressão & Embalagem e Revestimentos Industriais para explorar os efeitos do uso de diferentes combinações de foto-iniciadores na cura em profundidade, no desempenho mecânico e na inibição por oxigênio em sistemas curados por radicais.

As resinas selecionadas como referência industrial para os testes foram:

• Resina ISO NPG
• Resina viniléster
• Resina VE sem estireno

Os testes realizados foram:

• Peças moldadas de resina pura (4mm) para confirmação das propriedades mecânicas e dureza Barcol
• Laminado (aprox. 4 mm produzido por infusão a vácuo) para determinar os valores de ILSS
• Testes de profundidade de cura até 15mm

Resultados & conclusões

Desde que energia luminosa suficiente atinja a superfície, é possível substituir peróxidos como MEKP ou BPO por (uma combinação de) foto-iniciadores e alcançar propriedades mecânicas com cura por UV LED equivalentes às de compósitos curados com peróxido.

Também foi confirmado que a cura híbrida (ou seja, uma combinação de cura UV com cura a quente ou a frio) é viável e atinge propriedades mecânicas semelhantes às obtidas apenas com cura por peróxido. A adição de foto-iniciadores, peróxidos e aceleradores na formulação deve ser cuidadosamente testada previamente, pois alguns aceleradores podem interferir no desempenho dos foto-iniciadores.

A IGM pode apoiá-lo na seleção dos foto-iniciadores adequados para o seu sistema de resina e processo de aplicação, por meio de nossos serviços laboratoriais especializados.

Benefícios confirmados da cura por UV LED:

• Velocidade de cura (resina pura aprox. 40 segundos vs 20 minutos)
• Cura sob demanda, possibilitando um processo produtivo flexível e controlado
• A cura UV é compatível com diversas resinas de poliéster insaturado (UP)
• Desempenho mecânico comparável aos sistemas curados com peróxidos, com a seleção correta de foto-iniciadores e fonte de luz

IGM Resins: Impulsionando a inovação em cura UV

Como especialista líder em tecnologias de cura UV, a IGM Resins possui uma equipe dedicada e capacidades laboratoriais focadas em aplicações de compósitos. Nossas equipes estão comprometidas em otimizar os sistemas de foto-iniciadores para garantir cura em profundidade e desempenho mecânico — permitindo que os fabricantes aproveitem a velocidade e a eficiência da cura UV sem comprometer o desempenho mecânico.

Com uma forte rede global de suporte e um compromisso contínuo com a inovação, a IGM está avançando com soluções de cura por energia de última geração, desenvolvidas para atender às necessidades em evolução da indústria de compósitos.

Quer saber mais? Baixe nosso folheto de compósitos e explore em detalhe os benefícios das tecnologias de cura UV.