Come il vetro per fari automobilistici mantiene la trasparenza dopo i cicli termici

È la temperatura più elevata a cui sono sottoposti gli insiemi dei fari automobilistici all'interno di un'automobile. Le lenti dei fari possono quindi essere esposte, nella maggior parte dei casi, a temperature superiori a 100 °C rispetto alle temperature più basse dell'ambiente circostante, a causa delle elevate temperature generate dalle sorgenti luminose ad alta potenza. È importante ricordare che, nel caso del "vetro" in policarbonato, la trasparenza ottica deve essere mantenuta costante durante questi cicli termici. Solo quando il livello di scienza dei materiali è elevato, e sono presenti una corretta produzione e altri meccanismi di protezione, si può ottenere un risultato soddisfacente.

La minaccia: effetto termico di degradazione.

Il problema del ciclo termico rappresenta una preoccupazione significativa per la chiarezza della lente.

Degrado del materiale e ingiallimento: L'esposizione prolungata a temperature elevate può aumentare il tasso di degradazione termo-ossidativa del substrato in policarbonato e può essere intensificata dalla conversione interna del calore emesso da LED o lampadine DLC. Questo fenomeno ricorda il degrado indotto dai raggi UV, ma si tratta di un processo chimico che comporta la rottura delle catene polimeriche e, in alcuni casi, può causare una diminuzione permanente della trasmissione luminosa (ingiallimento termico) e una variazione del colore del fascio luminoso.

Guasto del sistema di rivestimento: Il materiale critico del rivestimento rigido della lente, con cui viene realizzata la superficie esterna della lente, presenta un coefficiente di espansione termica inferiore rispetto al materiale in policarbonato sottostante. Lo sforzo di taglio all'interfaccia può inoltre generarsi a causa delle continue espansioni e contrazioni termiche. Ciò può provocare microfessurazioni, delaminazione o craquelure del rivestimento, legame debole o rivestimento troppo rigido. Questi difetti diffondono la luce, generando opacità e appannamento permanenti.

Tensione interna e deformazione: Le tensioni presenti all'interno della lente possono rimanere intrappolate nella lente in caso di una stampa ad iniezione non corretta durante la fase di raffreddamento. Successivamente, tali tensioni potrebbero essere soggette a cicli termici non uniformi e il componente potrebbe non essere in grado di tornare alla sua forma originale, risultando così parzialmente curvato. Questa distorsione meccanica provoca effettivamente una modifica degli angoli esatti delle superfici ottiche, causando una distorsione del fascio luminoso e una perdita di messa a fuoco ottica, nonostante il materiale sia trasparente.

Soluzioni ingegneristiche per la stabilità.

I produttori hanno implementato una difesa multilivello per garantire che il componente resista efficacemente ai cicli termici:

Tabella 2. Formulazione polimerica termicamente stabile: il polimero policarbonato è il polimero di base del policarbonato ed è scelto e formulato per ottenere un’elevata Temperatura di Deflessione Termica (HDT) e un elevato livello di invecchiamento termico. Tra gli altri componenti aggiunti figurano additivi (ad es. stabilizzanti termici) per inibire la degradazione ossidativa della catena polimerica quando la temperatura risulta eccessivamente elevata. Ciò al fine di garantire che il substrato non subisca discolorazione o indurimento a causa delle temperature presenti sotto il cofano o durante il funzionamento.

Adesione e elasticità del rivestimento: L'obiettivo del sistema di rivestimento rigido non è semplicemente quello di essere rigido, bensì di garantire compatibilità termomeccanica. Le formulazioni dei rivestimenti avanzati sviluppati (ad esempio, specifici rivestimenti rigidi a base di silicone o una combinazione di rivestimenti) sono state progettate con un certo margine di flessibilità nello sviluppo, in modo che il coefficiente di espansione termica risulti comparabile a quello del substrato in policarbonato (PC). Ciò consente al rivestimento di deformarsi insieme al materiale sottostante durante i cicli termici, senza creparsi né staccarsi. Per ottenere un legame molecolare forte, in grado di resistere alle sollecitazioni interfaciali, la superficie della lente richiede un trattamento avanzato preliminare, ad esempio mediante plasma avanzato o trattamento chimico.

Produzione priva di tensioni: Anche la stampatura a iniezione è estremamente controllata. Ciò comprende:

Controllo della temperatura dello stampo: Va osservato che è necessario regolare accuratamente il raffreddamento per ridurre le tensioni presenti nel materiale solidificato.

Tecniche scientifiche di stampaggio: Si tratta di un processo controllato scientificamente in termini di pressione e temperatura, applicato per produrre componenti sottoposti a sollecitazione continua.

Ricottura termica post-stampaggio: Esistono specifici metodi ad alta precisione in cui le lenti vengono inserite in un forno e sottoposte a riscaldamento e raffreddamento graduale. Questo trattamento serve a fissare le tensioni interne, ottenendo una struttura stabile e particolarmente resistente alla deformazione durante i successivi cicli termici in campo.

Verifica mediante test intensivi.

La prova di durata accelerata è dimostrata tramite le prestazioni. Camere ambientali: le lenti vengono sottoposte a decine o centinaia di cicli tra temperature estremamente elevate (ad esempio +85 °C o +105 °C) ed estremamente basse (ad esempio -40 °C), nella maggior parte dei casi con umidità controllata. La valutazione deve essere effettuata in base al numero di cicli:

Test oftalmico: delaminazione, distorsione, opacità o crepe.

Controllo ottico: I valori di trasmittanza luminosa e i valori di opacità devono essere verificati per assicurare che non siano inferiori ai valori stringenti.

Prova di adesione: Il rivestimento viene sottoposto a test per esaminarne l’adesione mediante il metodo del nastro adesivo a griglia.

Schema di resistenza termica.

La capacità di mantenere la trasparenza dopo i cicli termici è la prova della qualità e del livello di ingegnerizzazione di una lente. Il policarbonato è un processo o una scelta progettuale che deve essere adottata in ingegneria, implicante un composto resistente al calore e un rivestimento per il corpo della lente che sia sia compatibile che elastico, oppure una sequenza produttiva suggerita per generare una tensione minima. I fornitori automobilistici e gli OEM richiedono specifiche per le lenti testate secondo tali criteri. Ciò consente successivamente di preservare nel tempo le prestazioni del faro, fondamentali per la sicurezza, per la corretta forma del fascio luminoso e per l’intensità complessiva della luce emessa, anche durante gli anni caratterizzati da caldo estivo, freddo invernale e sbalzi termici sia all’interno che all’esterno del traffico quotidiano.

Il nostro obiettivo per i fari è realizzato in modo da resistere alle condizioni climatiche di calore. Utilizziamo materiali in policarbonato stabilizzati termicamente e impieghiamo una tecnica di stampaggio ad iniezione di precisione e controllata dal punto di vista meccanico. Il sistema di rivestimento multistrato è di proprietà esclusiva ed è stato sviluppato con un’elevata adesività, nonché per essere utilizzato anche nei casi in cui sia richiesta un’elevata flessibilità in presenza di sollecitazioni termiche. Ogni singolo pezzo prodotto viene sottoposto rigorosamente a test di ciclaggio termico, garantendo che le nostre lenti mantengano una trasmissione luminosa superiore al 95% rispetto a quella originale, senza presentare alcun distacco degli strati della lente né alcuna distorsione ottica, neppure a temperature elevate. La garanzia di durabilità termica assicura che i nostri componenti offrano chiarezza duratura e prestazioni affidabili, ai massimi livelli richiesti dall’industria automobilistica in tutto il mondo.