Pulverlack- und Spezialbeschichtungen

Pulverlack- Beschichtung

Allgemeine Informationen

Prinzip

Schichtstärkenverteilung

Konstruktive Maßnahmen

Pulverlackarten

Allgemeine Information

Korrosionsschäden verursachen in jedem Jahr allein in Deutschland wirtschaftliche Verluste in zweistelliger Milliardenhöhe. Eine spürbare Begrenzung dieser Schäden lässt sich durch den Einsatz geeigneter Kunststoff-Beschichtungstechnologien erzielen.
Dieser passive Korrosionsschutz reduziert, verzögert oder verhindert gänzlich die zerstörerischen Fremdeinwirkungen umgebender Medien auf das Grundmetall.

Jedoch ist nicht nur die korrosionshemmende Funktion dieser Beschichtungen die alleinige Wirkung, sondern es können an sie auch Ansprüche wie dekoratives Erscheinungsbild, elektrische Isolation oder hygienische Auskleidung gestellt werden. In jedem Fall ist eine ungleich höhere Funktionssicherheit des betreffenden Bauelementes gewährleistet. Der Vorteil ist dabei, dass sich der Einsatz teurer Werkstoffe erübrigt.

Grundvoraussetzung einer erfolgreichen Beschichtung ist immer eine exzellent vorgereinigte und möglichst auch phosphatierte Oberfläche, welche durch eine auf das nachfolgende Beschichtungsverfahren abgestimmte und erprobte Vorbehandlung erzielt werden kann. Nur hierdurch ist es möglich, dass die gestellten Anforderungen hinsichtlich vorgeschriebener Beständigkeiten im Salzsprüh- oder Klimatest bestanden werden.


Prinzip

Die lösungsmittelfreie und deshalb äußerst umweltfreundliche, elektrostatische Pulverlack- Beschichtung beruht auf dem Prinzip, dass feinste, feste Lackpartikel elektrisch mit Spannungen von etwa 40.000 bis 120.000 Volt aufgeladen und (mit Druckluft) gegen das kalte, metallische Werkstück beschleunigt werden. Die Aufladung kann dabei durch eine sogenannte Korona- Sprühpistole erzeugt werden, welche die erforderliche (meist positive) Spannung an einer Elektrode bereithält (es gibt auch "Tribo- Pistolen", welche die Ladung durch Reibungselektrizität erzeugen, diese wie auch das Wirbelsinterverfahren werden hier jedoch nicht näher betrachtet, da sie in unserem Unternehmen nicht zum Einsatz kommen).

Die einzelnen Teilchen influenzieren im geerdeten Zielobjekt eine entgegengesetzt polarisierte Spiegelladung. Da Pulverlacke einen sehr hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen (sie sind Isolatoren), bleibt die Ladung der Partikel über sehr lange Zeit erhalten, so dass der Lack ausgezeichnet auf dem Werkstück haftet.
Damit sich der Pulverlack vom Vorratsbehälter zur Sprühvorrichtung fördern lässt, muss er zuvor durch Einblasen von Druckluft fluidisiert werden.

Abhängig von Zeitdauer des "Besprühens" und Einstellung der Sprühvorrichtung baut sich so nach und nach eine bestimmte Schichtstärke auf, welche jedoch eine gewisse Grenze nicht überschreiten kann, weil mit ansteigender Dicke der Pulverlackschicht eine immer höhere Feldstärke in der Schicht entsteht.

Skizze einer Sprühpistole

Skizze einer Sprühpistole für Pulverlacke

Ab einem bestimmten Zeitpunkt wird der elektrische Widerstand der zwischen den einzelnen Partikeln eingeschlossenen Luft überwunden, in dessen Folge eine Rückionisation einsetzt. Neue, ankommende Teilchen werden entladen oder gar umgeladen, weshalb sie nicht mehr auf dem Substrat abgeschieden werden können. Hier setzt das sogenannte Rücksprühen ein, wodurch in der Schicht kraterartige Störungen entstehen. Man muss deshalb darauf achten, dass die aufgebaute Schicht unterhalb des Sättigungswertes von etwa 200 µm (ausgehärteter Lack) endet. Durch die physikalischen Bedingungen endet an dieser Grenze auch die dekorative Wirkung der Beschichtung.
Für einen effektiven Korrosionsschutz und ansehnliche dekorative Oberflächen sind solche hohen Schichtstärken allerdings auch nicht erforderlich. In den meisten Fällen sind Schichtdicken im Bereich von ca. 60µm bis 150 µm völlig ausreichend, um porenfreie Schichten und damit eine lange Lebensdauer des Produktes zu gewährleisten.

Automatik- Pulversprühpistole im Einsatz

In einer sich an die Beschichtung anschließenden Wärmebehandlung ("Einbrennen") werden die noch nicht ausgehärteten Kunststoffpartikel bei Temperaturen von etwa 160 °C bis 220 °C während einer Reaktionszeit von ca. 10 bis 25 min aufgeschmolzen, wobei eine Vernetzung der Kunstharzmoleküle stattfindet (bei Duroplasten, Thermoplaste werden lediglich deshalb auf ihren Schmelzpunkt erwärmt, damit durch Verflüssigung eine Zusammenlagerung der einzelnen Partikel erfolgt).
Die Korngrößenverteilung von Pulverlacken liegt durchweg zwischen 0 und 150 µm, wobei der Feinstaubanteil nicht oder kaum nachweisbar ist.


Schichtstärkenstreuung

Eine überall gleichmäßige Dicke der aufgebrachten Schicht lässt sich mit der elektrostatischen Pulverlackbeschichtung nicht erzielen. Schwankungen der Übergangswiderstände der Aufhängevorrichtung und die Geometrie der Werkstücke bewirken eine gewisse Streuung der Abscheidung. Nachstehende Abbildung zeigt die Verteilung der Schichtstärke an einem in der Praxis gemessenen Beispiel:

Verteilung der Schichtdicke

Verteilung der Schichtstärke an einem typischen Werkstück

Insgesamt wurden hier an 13 gleichen Teilen 86 Messungen der Schichtdicke an verschiedenen Messpunkten vorgenommen. Die Balken zeigen die Häufigkeit der Messungen bei der jeweiligen Schichtstärke. Der Mittelwert liegt bei 67,5 µm (Scheitelpunkt der angedeuteten Gauß- Verteilung), vorgeschrieben war bei diesem Werkstück ein Bereich von min. 20 µm, max. 120 µm. An diesem Beispiel erkennt man, dass trotz aller physikalischen Einflüsse eine zufriedenstellende Gleichmäßigkeit der Schicht erreicht werden kann.


Konstruktive Maßnahmen

Grundsätzlich sollte das zu beschichtende Werkstück elektrisch leitfähig sein, und daher aus einem (beliebigen) Metall bestehen. Durch besondere Maßnahmen ist es allerdings auch möglich, nichtleitende Materialien, wie z.B. Holz, Glas, Keramik und selbst Kunststoffe mit Pulverlacken zu überziehen. Es ist lediglich die Bedingung zu stellen, dass das Substrat die zur Aushärtung des Pulverlacks notwendige Temperatur (in besonderen Fällen kann diese auf 120°C reduziert werden) ohne Verformung aushält.

Generell lässt sich jede beliebige geometrische Form mit dem geschilderten Verfahren beschichten. Jedoch sollte bei der Konstruktion darauf geachtet werden, dass möglichst keine tiefgelegenen Hohlräume entstehen, welche einen Faradayschen Käfig darstellen und sich daher der vollständigen Beschichtung entziehen können. Jedoch kann in gewissem Rahmen durch gezielte Maßnahmen während der Bepulverung, z.B. durch Einsatz geeigneter Sprühdüsen und manuelle Bearbeitung, eine ausreichende Beschichtung auch solcher Kavernen erzwungen werden.

Für einen erfolgreichen Korrosionsschutz ist weiterhin wichtig, dass scharfe Kanten vermieden werden. Die Materialstärke sollte 0,8 mm nicht unterschreiten, weil sonst selbst auf gerundeten Kanten eine nur unzureichende Lackschicht aufgebaut wird.

Kanteneffekt

Vorstehende Grafik verdeutlicht die Auswirkungen des Kanteneffektes. Große Beachtung sollte man auch Schweißverbindungen schenken. Diese sind möglichst als durchgehende Schweißungen auszuführen, damit keine Poren oder Hohlräume entstehen. Hierin eingeschlossene Luft oder Rückstände aus den Vorbehandlungen (solche Kavernen lassen sich nur sehr schlecht spülen ! ) dehnen sich während des Einbrennprozesses aus und haben Blasen oder gar Risse in der Beschichtung zur Folge.
(Druck-) Gussteile müssen aus gleichem Grund vor der Beschichtung durch Tempern entgast werden.


Pulverlackarten

Für die Pulverlackbeschichtung werden heute Systeme aus Epoxidharzen, Polyesterharzen und Mischungen beider Komponenten in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen, sowie Polyurethane und Acrylatharze verwendet. Wesentlich bei der Auswahl des Beschichtungssystems sind die zu erfüllenden Eigenschaften. Weitere Erläuterungen hierzu finden sich auf der Seite über Eigenschaften. Vor der Entscheidung für ein Beschichtungssystem müssen daher folgende Fragen beantwortet werden:

  • Kosten
  • Einsatz im Innen- oder Außenbereich
  • Witterungsbeständigkeit
  • Härte
  • Beständigkeit bei Korrosionsprüfungen
  • Temperatureinwirkung
  • Sonnenlichteinwirkung
  • Farbe und Glanzgrad Farben
  • Schichtstärke
  • Umgebende Medien
  • usw.

Neben den oben angedeuteten Systemen sind noch viele weitere, für spezielle Einsatzzwecke gedachte Kunststoffe als Pulverlack erhältlich, welche teilweise sehr spezifische Eigenschaften aufweisen. Über einige dieser Beschichtungen informieren wir Sie in Spezialbeschichtungen.

Um das für Ihren Anwendungsfall bestmögliche und kostengünstigste System zu finden, werden wir Sie gerne im Detail beraten und informieren.

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