Fabio Carati – Surface Solutions
La divisione Surface Solutions di Merck possiede una pluriennale esperienza nel settore Automotive per quanto concerne la chimica dei pigmenti ad effetto speciale applicata alle finiture di rivestimenti per i diversi substrati di cui si compongono i veicoli. Questo articolo prende spunto da una relazione tecnica tenuta allo scorso Paint & Coatings Italy, in cui il team di Surface Solutions ha mostrato le peculiarità dei pigmenti ad effetto metallico, applicati alla tecnologia radar.
Il pigmento Iriodin® 9627 SW RDR Silver, per questa particolare applicazione del settore Automotive, combina un eccezionale potere coprente con una elevata trasparenza radar e un flop metallico chiaro e brillante. I raggi radar automobilistici viaggiano attraverso il pigmento senza cambiare direzione o intensità.
TECNOLOGIA
La tecnologia radar (radio detection and ranging) sfrutta le proprietà delle onde elettromagnetiche (EM) per acquisire informazioni sugli oggetti vicini. Lo fa emettendo onde EM a una data frequenza, rilevando i segnali secondari. Le auto moderne sono dotate di diversi tipi di sistemi di assistenza basati su radar, dalla tecnologia del cruise control adattivo (ACC) al rilevamento degli angoli ciechi (BSD) e all’avviso di pre-collisione (PCW). Questi sistemi uniscono i dati generati dai dispositivi radar con le informazioni fornite dai sensori (come gli ESP).
I moderni radar per auto operano a frequenze comprese tra 76 GHz e 81 GHz. Rispetto alla tecnologia dei sensori ottici (ad es. telecamere e lidar), il vantaggio del radar è che è molto meno sensibile alle condizioni meteorologiche avverse come nebbia, neve o pioggia. Un altro vantaggio dei sistemi radar, da non sottovalutare, è che i sensori radar possono essere nascosti.
In molti casi, possono essere installati senza influenzare o modificare il design del veicolo. Il radar a corto raggio (short-range radar, SRR) è solitamente montato dietro gli angoli dei paraurti delle auto, mentre i sensori utilizzati per i radar a lungo raggio (long-range radar, LRR) sono montati in posizione frontale dietro loghi, stemmi o finiture in plastica. Tali coperture protettive sono note come radome.
L’obiettivo nella progettazione del settore auto è integrare i radar senza modificare il design dell’auto stessa, rendendoli ‘invisibili’ mediante posizionamento dietro le parti in plastica rivestite. Tuttavia, per fare ciò è necessario che tutti i componenti del radome, compresa la vernice, siano il più possibile trasparenti al radar. Inoltre, i requisiti di post riparazione devono essere presi in considerazione quando si formulano nuove vernici OEM: è infatti necessario che i componenti rimangano trasparenti ai radar anche con rivestimenti molto più spessi. Poiché la maggior parte dei radome sono in plastica verniciata, le loro proprietà dielettriche svolgono un ruolo cruciale nei sistemi radar automobilistici.
La permittività elettrica relativa (o la costante dielettrica relativa εr ) descrive il comportamento di un materiale in presenza di un campo elettrico, rispetto al vuoto. Le plastiche e i rivestimenti hanno in genere una permittività più elevata rispetto all’aria. Quando i segnali radar vengono trasmessi attraverso materiali dielettrici, i segnali vengono parzialmente trasmessi, riflessi e assorbiti. È quindi fondamentale progettare le coperture radar per ottenere livelli di trasmissione sufficientemente elevati, non solo per soddisfare i requisiti di portata dei sensori, ma anche per ridurre al minimo la riflessione in modo che i segnali non disturbino le antenne riceventi. Se lo spessore e la permittività dei singoli strati sono noti, è possibile calcolare le proprietà di trasmissione dei radome.
TRASMISSIONE BIDIREZIONALE SIMULATA DI UN’ONDA EM SU PP/E TD30 NON VERNICIATO IN FUNZIONE DELLO SPESSORE DELLO STRATO A 76,5 GHZ A INCIDENZA VERTICALE
La Figura 1 mostra il coefficiente di trasmissione calcolato del PP/E TD30 non verniciato in funzione dello spessore del materiale. Se si sceglie lo spessore corretto, viene trasmesso il 98,5% del segnale, mentre nel peggiore dei casi si trasmette il 61,9%.
I moderni sensori radar a corto raggio (SRR) richiedono livelli di trasmissione bidirezionali di almeno il 25% e i sensori radar a lungo raggio (LRR) di almeno il 50%, che in questo caso si otterrebbero indipendentemente dallo spessore.
TRASMISSIONE BIDIREZIONALE SIMULATA DI UN’ONDA EM SU PP/E TD30 VERNICIATO IN FUNZIONE DELLO SPESSORE DELLO STRATO DI SUBSTRATO A 76,5 GHZ E INCIDENZA VERTICALE
La Figura 2 mostra il risultato di un calcolo per un materiale verniciato composto da tre strati:
– Primer conduttivo (10 μm).
– Base coat variabile (20 μm).
– Clear coat (30 μm).
Per il modello, sono stati ipotizzati quattro diversi base coat con permittività calcolata εr di 3, 7, 20 e 50.
La simulazione mostra che le basi con una permittività di εr=20 hanno un’influenza non trascurabile sulle proprietà del radar. Con un valore di permittività ancora più elevato di εr=50, gli attuali valori limite per SRR possono essere raggiunti solo regolando di conseguenza lo spessore del paraurti.
PERMITTIVITÀ RADAR NEI COLORI SILVER
Le vernici metallizzate interferiscono con i segnali radar.
Questo perché utilizzano pigmenti metallici, che se da un lato hanno un pronunciato flop chiaro/scuro e una forte opacità, necessari per ottenere l’effetto metallizato soprattutto nelle tonalità argento chiaro, dall’altro hanno una forte riflettività.
Purtroppo, i pigmenti a base di alluminio riflettono anche le onde elettromagnetiche dei sensori, il che può comportare permittività di εr=50 o più se vengono utilizzati per rivestire i radome. In tali configurazioni, non è possibile garantire il funzionamento dei sistemi radar.
I pigmenti perlescenti tradizionali, d’altro canto, sono quasi completamente trasparenti ai segnali radar e possono essere utilizzati per fornire lucentezza metallica. Tuttavia, sono anche semi-trasparenti alla luce visibile e rappresentano una sfida per ottenere una luminosità, un flop metallico e, soprattutto, una coprenza ottimali.
UNA NUOVA GENERAZIONE DI PIGMENTI SILVER
Surface Solutions ha sviluppato una gamma tecnologica di pigmenti perlescenti ad effetto metallico con:
– Maggiore trasparenza al radar rispetto ai pigmenti metallici.
– Potere coprente migliorato rispetto ai pigmenti perlescenti tradizionali.
– Una dimensione delle particelle più fine per consentire texture più lisce e satinate.
– Un colore blue-silver per styling di alta classe dell’argento neutro-bluastro.
– Maggiore sostenibilità: i pigmenti a base di mica naturale comportano un minor consumo di acqua ed emissioni di CO2e rispetto ai pigmenti a base di mica sintetica (-20% CO2e / -25% aBWC/ -60% Aware vs syn.mica).
PERMITTIVITÀ RADAR DEL NUOVO IRIODIN® 9627 SW RDR SILVER
Grazie alle loro straordinarie caratteristiche visive e tecniche, i pigmenti Iriodin® sono utilizzati da decenni in un’ampia gamma di applicazioni di coating soprattutto nei settori automotive, architettonico e altri settori industriali. Questi pigmenti sono offerti anche con un ulteriore rivestimento, soprattutto per le applicazioni esterne. Resistono alle intemperie e sono conformi ai requisiti più elevati di riproducibilità e uniformità cromatica duratura.
Tra i nuovi pigmenti di Surface Solutions prodotti specificatamente per applicazioni radar nel settore Automotive troviamo Iriodin® 9627 SW RDR Silver, un pigmento brillante per ottenere un effetto metallico. L’elevata permittività del pigmento consente valori di trasmissione radar ottimali, non raggiungibili con i pigmenti metallici, ed è in grado di garantire una combinazione di eccezionale potere coprente e alta luminosità.
Iriodin® 9627 SW RDR Silver è un pigmento ideale per produrre finiture grigio argento satinate e lucide, coniugando il tipico effetto grigio metallizzato con l’elevata trasparenza alle onde radar, per soddisfare le ultime esigenze del settore Automotive.
