Electrolube’s conformal coatings and resins departments describe how electro-chemicals have evolved to cater for an extraordinarily fast-growing industry.
Vernis de protection et résines : leur rôle dans la protection des luminaires à LED
Les lecteurs fidèles de notre blog ont assurément conscience de la croissance phénoménale du marché des LED, sous l’impulsion de nouvelles conceptions architecturales audacieuses, de la recherche universelle d’économies d’énergie et de l’évolution vers des systèmes d’éclairage plus efficaces, fiables et longue durée. Avec la liberté de conception et les applications désormais rendues possibles grâce à la technologie, on prévoit que, d’ici deux ans, les LED prendront une part du marché de l’éclairage proche de 75 % pour devenir la technologie la plus viable commercialisée sur le marché.
Le marché de l’éclairage extérieur est un secteur représentatif où les LED ont ouvert la voie vers de nouvelles opportunités de conception architecturale dans une multitude d’applications, notamment l’éclairage encastré au sol dans les zones de trafic intense et les illuminations sous-marines originales, que nous allons examiner de plus près dans cet article. Ce sont des environnements particulièrement exigeants pour l’éclairage LED, mais la longue durée de vie et la compacité des matrices LED, qui les rendent idéales pour les endroits difficiles d’accès, font qu’elles constituent de loin l’alternative la plus convaincante par rapport à d’autres formes d’éclairage plus gourmandes en énergie.
Cependant, à l’instar de tous les ensembles électriques et électroniques, une protection adéquate des luminaires LED s’impose dans ces environnements potentiellement exigeants et peu pardonnables. Les luminaires LED modernes sont composés d’une multitude de puces à LED discrètes à montage en surface, qui sont soudées sur une structure support, soit rigide, soit souple. Au sein de cet assemblage, elles coexistent probablement avec des circuits électroniques associés, tels que des alimentations et circuits de commande qu’il convient aussi de protéger. Comme c’est le cas dans l’électronique, les vernis de protection et les résines d’encapsulation sont les deux méthodes de protection les plus courantes.
Le vernis de protection joue le même rôle dans l’allongement de la durée de vie d’un luminaire LED que dans la protection d’un circuit imprimé standard – il doit résister à des conditions environnementales hostiles et empêcher la corrosion ou la fuite de signal en présence de forte humidité ou de brouillard salin. La seule véritable différence réside dans le fait que le revêtement doit offrir une qualité optique suffisante et conserver cette clarté sur toute la durée de vie de l’éclairage, pour empêcher que la qualité de la lumière LED ne se détériore, surtout sa couleur et son intensité. Si le luminaire est destiné à l’extérieur, le revêtement doit également fournir une très haute stabilité et résistance aux UV.
Les vernis de protection acryliques pour LED offrent à la fois la clarté et la stabilité de couleur, qui se combinent à une excellente protection contre l’humidité et le brouillard salin. Les fluides porteurs de ces vernis peuvent être à base de solvant ou d’eau, selon les exigences de production imposées par le fabricant de luminaires.
Quand le vernis est appliqué sur une lentille LED, un changement de la température de couleur intervient : en général, d’une couleur « chaude » à une couleur « froide », mais cela varie selon les différents types de LED et de bandes de températures de couleur. Les vernis de protection sont généralement appliqués en couche fine, la minceur du film contribuant à minimiser le changement problématique de la température de couleur.
Par contre, les vernis de protection ont l’inconvénient de ne pas protéger efficacement le luminaire LED s’il est fréquemment plongé dans l’eau, éclaboussé par des produits chimiques ou en contact avec des gaz corrosifs. Il vaut mieux, dans ce cas, envisager d’utiliser une résine d’encapsulation – disponible sous forme de produits chimiques époxy, polyuréthane ou silicone – qui fournira un niveau de protection bien supérieur.
Néanmoins, Electrolube a mis au point une nouvelle série de vernis de protection à deux composants, sans solvant, qui fonctionne comme une résine tout en bénéficiant de la facilité d’application du vernis de protection. Les vernis de la gamme 2K, notamment le vernis 2K850 à durcissement aux UV ultra-rapide, sont tous des revêtements hydrophobes garantissant une excellente protection contre l’eau, l’humidité et la condensation, ainsi que le brouillard salin. Le vernis 2K850, en particulier, polymérise intégralement en 24 heures – contre 8-14 jours pour un temps de polymérisation conventionnel – ce qui fait une énorme différence en termes de rendement.
En ce qui concerne le choix entre la résine d’encapsulation et le vernis de tropicalisation, dans certaines applications où une formule de résine à deux composants aurait été la seule solution pour la protection d’électronique, il est donc intéressant d’envisager si un vernis de protection à deux composants serait éventuellement préférable, pour ses propriétés mécaniques supérieures par rapport aux vernis traditionnels à un composant. La gamme 2K repose sur un produit chimique à deux composants semblable aux résines, mais qui est appliqué à l’aide d’un équipement de revêtement sélectif dans la plage de 200-400 microns, en combinant bien des avantages des deux technologies tout en minimisant les nombreux inconvénients de chacune. De plus, en utilisant un vernis de protection à la place d’une résine, cela permet d’éviter l’inconvénient de cette dernière, à savoir son poids, qui peut s’avérer décisif dans certaines applications.
En ce qui concerne les résines d’encapsulation, les époxy offrent certes une solidité mécanique mais peuvent être inflexibles, ce qui entraîne parfois des soucis lors de la réalisation des cycles thermiques. En outre, les systèmes époxy standards n’offrent pas la transparence long-terme et la stabilité de couleur d’autres systèmes. Les résines silicone, quant à elles, ont une excellente transparence et résistent bien aux températures extrêmes, tandis que les résines polyuréthane combinent la flexibilité, la transparence et un niveau élevé de protection dans les environnements hostiles.
Pour répondre à la demande grandissante des fabricants de LED, nous avons notamment mis au point une série de résines Polyuréthane de qualité optique et résistance aux éléments extérieurs exceptionnelles. Cette catégorie de résines semi-rigide à deux composants polymérise en une couverture souple, protectrice et de très bonne qualité esthétique sur les éléments de luminaire. La nature chimique de la résine polymérisée est naturellement résistante aux effets de jaunissement aux UV, propriété très utile pour diverses applications extérieures et intérieures. Elle est aussi résistante aux rayures et offre une grande résistance aux intempéries, aux acides et aux bases, à l’eau comme à la prolifération de moisissures.
Les résines ont été utilisées avec efficacité dans diverses applications LED intéressantes. Par exemple, pour un client en Inde, il a fallu trouver un moyen approprié d’attacher des lentilles individuelles aux éléments de multiples matrices LED. La fonction de ces lentilles est de disperser ou concentrer la lumière provenant des matrices, selon les besoins. Certaines sont retenues par des fixations, mais la plupart sont maintenues en place par un mécanisme de verrouillage. Ce mécanisme est tout à fait adéquat lorsque le luminaire est placé in situ, mais a tendance à se desserrer pendant le transport, ce qui fait que les lentilles se détachent et endommagent la matrice. Après une analyse des besoins du client, le choix de l’équipe technique d’Electrolube Inde s’est porté sur l’UR5634, une résine polyuréthane semi-rigide à deux composants d’Electrolube, qui répondait amplement aux exigences de cette application, en particulier du fait de son temps de polymérisation exceptionnellement rapide ; par ailleurs, sa qualité optique stable et sa transparence en font la résine de prédilection pour les luminaires LED décoratifs à caractère esthétique, comme ceux nécessitant une protection efficace en présence de conditions environnementales difficiles.
Un second exemple est celui d’un projet pour un client australien, qui rencontrait plusieurs problèmes en matière d’encapsulation par résine d’un appareil d’éclairage LED étudié pour éclairer les piscines. Il fallait que l’appareil d’éclairage soit étanche à l’eau douce, mais aussi à l’eau de mer – les piscines d’eau de mer sont particulièrement répandues en Australie. Outre la nécessité de tolérer une plage de température de 5 à 40 °C, tout en étant ignifuge, un autre point important de ce projet était la couleur de la résine ; en effet, pour des raisons esthétiques, une teinte bleu clair était privilégiée.
Auparavant, le client avait utilisé une résine époxy, mais du fait de la réaction extrêmement exothermique de l’époxy, il se produisait une légère déformation de l’appareil de base suite aux hautes températures générées pendant la polymérisation de la résine. Le choix s’est donc porté sur le polyuréthane – en l’occurrence, la résine d’encapsulation UR5097 d’Electrolube. Le polyuréthane polymérisé se caractérise par une large plage de températures d’utilisation, une bonne conductivité thermique et il est aussi ignifuge à la classification UL94 VO. C’est le taux extrêmement faible d’absorption de l’eau qui a été jugé comme la propriété clé pour cette application. Habituellement de couleur noire, la résine a été reformulée pour obtenir la teinte souhaitée par le client, qui a été vérifiée par rapport à un nuancier RAL avant l’expédition.
Comment choisir l’approche optimale pour une application donnée ? Il est clair que, dans certaines applications, le choix de la technologie s’impose immédiatement ; par exemple, un environnement particulièrement humide exige un degré supérieur de protection. Dans ce cas, l’encapsulation avec une résine offre la protection long terme nécessaire à condition bien évidemment de sélectionner la bonne résine pour son application, de la tester afin qu’elle soit homologuée pour les conditions environnementales existantes.
Si vous rencontrez des difficultés pour choisir entre différentes méthodes de protection pour votre électronique, souvenez-vous que les experts d’Electrolube sont là pour vous aider. Il est toujours utile de prendre le temps de tester des méthodes alternatives de protection, de préférence au stade du prototype, avant de prendre une décision finale ; là aussi, les experts Electrolube peuvent vous épauler.
