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Artikel und Hintergründe zum Thema

Lacke
(Lack)
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Werkstoffe

Auf die Lackierung kommt es an

Ob Optik, Haptik oder Schutzfunktion - die Zahl der Kunststoffprodukte, denen eine Lackierung spezifische Eigenschaften verleiht, nimmt unaufhörlich zu. Dabei wachsen auch die Ansprüche an die Qualität, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit der Beschichtung. Die Unternehmen aus der industriellen Lackiertechnik beantworten die immer höher werdenden Anforderungen mit innovativen Entwicklungen.
Werkstoffe: Auf die Lackierung kommt es anBilder
Gehäuse und Deckel von Staubsaugern werden in diesem UV-Kettenlackierautomaten mit Hydrolack und UV-Klarlack beschichtet. Die Teile durchlaufen die Anlage in einer Taktzeit von 35 bis 45 Sekunden.

In zahlreichen Branchen eröffnen Kunststoffe die Möglichkeit, Bauteile kostengünstiger, leichter und/oder funktionsintegriert herzustellen. Nicht selten weisen die Werkstoffe beispielsweise dank ihrer nahezu unbegrenzten Designfreiheit auch den Weg zu völlig neuen Produkten. Für eine attraktive Optik und angenehme Haptik sorgt meist eine Lackierung. Entsprechend dem Einsatz des Produktes geht es darum, das Substrat vor mechanischen, chemischen und physikalischen Einwirkungen wie Abrieb, Kratzer, Steinschlag, Umwelt- und Haushaltschemikalien, Verwitterung sowie UV-Strahlung zu schützen. Außerdem lassen sich herstellungsbedingte Fehler und Unebenheiten überdecken. Eine weitere Forderung an die Lackierung lautet, dass sie wirtschaftlich, qualitativ hochwertig und umweltgerecht erfolgt.

Kunststoffteile effektiv vorbehandeln

Je nach Herstellungsverfahren weisen Kunststoffteile Trennmittel oder andere Verunreinigung auf, die eine Vorbehandlung erforderlich machen. Denn die Eigenschaften der Kunststoffoberfläche wie beispielsweise Sauberkeit, Benetzbarkeit, Lackhaftung, Anlösbarkeit durch Lacklösemittel spielen für die Lackierung eine wesentliche Rolle. Die Reinigung erfolgt üblicherweise in so genannten Powerwash-Systemen, die mit wässrigen Reinigungsmedien arbeiten. Eine Alternative dazu stellt die CO2-Schneestrahlreinigung dar. Das Verfahren verwendet flüssiges Kohlendioxid als Reinigungsmedium, das durch eine Düse entspannt und mit Druckluft auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Durch die Kombination mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften entfernt der CO2-Schnee beim Auftreffen auf die Oberfläche teilchenförmige und filmische Verunreinigungen trocken und rückstandsfrei von nahezu allen Materialien. Die gute Inlinefähigkeit und der geringe Platzbedarf des Verfahrens ermöglichen die direkte Kopplung der Reinigung mit dem Lackierprozess, so dass eine erneute Kontamination des Bauteils beispielsweise durch Transport oder Lagerung ausgeschlossen werden kann. Trotz guter Reinigung kann es bei der Lackierung zu Haftungsproblemen kommen, beispielsweise bei unpolaren Kunststoffen, die nur eine sehr geringe Oberflächenspannung besitzen. Erhöhen lässt sich die Polarität der Oberfläche durch verschiedene Verfahren, wie beispielsweise: Bei der Beflammung wird die Kunststoffoberfläche kurze Zeit einer Gasflamme mit Sauerstoffüberschuss ausgesetzt. In der Oberfläche des Substrats werden dadurch Molekülbindungen aufgebrochen in der Flamme vorhandene, freie aktive Ionen eingebunden. Dies führt dazu, dass im ursprünglich unpolaren Werkstoff polare Gruppen entstehen, die eine gute Anbindung des Lackes ermöglichen. Die Korona-Behandlung erfolgt mittels einer Wechselspannungselektrode, wobei durch Koronaentladung Luftsauerstoff ionisiert wird, der die Kunststoffoberfläche oxidiert. Die Plasmabehandlung eignet sich zur Behandlung von Einzelteilen und Schüttgütern, wobei die die Oberfläche gleichzeitig gereinigt und aktiviert wird. Diese Doppelfunktion beruht auf einer physikalischen und chemischen Reaktion des Verfahrens: Die im Plasma frei gewordenen Atome "bombardieren" die Oberfläche des zu reinigenden Bauteils, was wie Mikrostandstrahlen im Nanometerbereich wirkt. Anhaftende organische Verschmutzungen wie Öle und Fette werden entfernt. Außerdem setzen sich freie Ionen und Elektronen auf der Oberfläche ab und gehen mit dieser eine chemische Bindung ein, die Oberflächenspannung des Kunststoffs wird dadurch auf einen für den Lackierprozess optimalen Wert gebracht.

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Produktivität erhöhen, Kosten senken

Ein Trend, der sich bei der Lackierung von Automobilanbauteilen wie etwa Stoßfänger immer mehr durchsetzt, ist die primerlose Lackierung. Bei diesen wasserbasierenden Lacksystemen ist die haftvermittelnde Funktion des Primers in den Basecoat integriert. Ziel dabei ist, den Lackierprozess zu beschleunigen und die Produktivität zu erhöhen. Bei vielen Kunststoff-Komponenten, die bedruckt oder lackiert werden, lässt sich die Produktionsgeschwindigkeit durch den Einsatz einer Infrarot-Trocknung erhöhen. Sie bietet häufig auch den Vorteil, dass sie energiesparender arbeitet als ein Heißluftofen. Denn der Infrarot-Strahler braucht nur dann angeschaltet werden, wenn gerade Wärme benötigt wird. Darüber hinaus gibt es auch bei der Beschichtung von Kunststoffteilen Tendenzen, alternativ zu Nasslacken Pulverlacksysteme einzusetzen. Gründe sind hier die hohe Umweltfreundlichkeit der Pulverlacke und eine mögliche Kostenreduzierung. So bieten Aussteller der PaintExpo beispielsweise Pulverlacksysteme, die bereits ab 120 bis 130 Grad Celsius vernetzen. Dadurch lassen sich heute Kunststoffmaterialien und Composites pulverbeschichten, die vor wenigen Jahren noch nasslackiert werden mussten.

Kunststoffe effizient mit UV-Lack beschichten

Stehen kurze Taktzeiten und eine hochwertige Optik ganz oben auf der Prioritätenliste, bietet sich die Beschichtung mit UV-Lack an. Diese lösemittelfreien Lacke zeichnen sich durch eine besonders schnelle Trocknung aus, wodurch sich hohe Produktionsgeschwindigkeiten realisieren lassen. Gleichzeitig wird durch die geringe Aufheizung der Werkstücke sowie die nicht oder nur minimale Abkühlung vergleichsweise wenig Energie verbraucht. Werden die Kunststoffteile zuerst mit farbigem Wasserlack und anschließend mit UV-Klarlack beschichtet, entsteht eine glänzende, kratz- und verschleißfeste Oberfläche. Zum Einsatz kommt diese Technologie bei der Beschichtung von Kunststoffteilen beispielsweise für Kosmetikerzeugnisse, hochwertige Pflanzgefäße oder als Gehäuse und Deckel für Staubsauger.

Qualität und Wirtschaftlichkeit beim Lackauftrag erhöhen

Die Senkung des Lackverbrauchs bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität - dieses Ziel kunststofflackierender Unternehmen lässt sich teilweise durch einen punktuellen Umbau schnell erreichen. Ansätze hierfür bietet die Applikationstechnik durch Lackierpistolen und Zerstäuber, die einen deutlich erhöhten Auftragswirkungsgrad sowie die Anpassung der Spritzstrahlausbildung an die Werkstückgeometrie ermöglichen. Auf dem Markt sind hier Lösungen, die Wirkungsgrade von mehr als 65 Prozent erreichen, wodurch sich einerseits signifikante Einsparungen beim Lackverbrauch realisieren lassen. Anderseits leisten diese Applikationssysteme damit auch einen beachtlichen Beitrag zur Reduzierung der VOC-Emissionen bei der Verarbeitung lösemittelhaltiger Lacke. Einsparpotenziale können auch durch einen erhöhten Automatisierungsgrad ausgeschöpft werden. So führt der Einsatz von Lackierrobotern zu einer höheren Reproduzierbarkeit des Lackierergebnisses, einer Verringerung von Ausschuss und einer insgesamt verbesserten Qualität. Neue Entwicklungen bei Lackierrobotern und Software ermöglichen dabei eine schnelle und einfache Programmierung, so dass sich die Investition auch bei einem schnell beziehungsweise häufig wechselnden Teilespektrum lohnt. Ein weiterer Ansatzpunkt zur Senkung des Materialverbrauchs ist eine intelligente Lacklogistik mit flexiblen Lackversorgungssystemen. Die Molchtechnik ermöglicht die Rückgewinnung von nicht benutztem Lack aus der Leitung beziehungsweise können bestimmte Lackmengen zur Applikationstechnik gefördert werden.

Lacksysteme mit maßgeschneiderten Eigenschaften

Immer stärker im Kommen sind Lacksysteme mit bedarfsgerecht angepassten Eigenschaften. Dazu zählen Funktionen wie beispielsweise antibakterielle Ausstattung und easy-to-clean oder optimierte Kratzfestigkeit. Bei der Entwicklung neuer Lacksysteme spielt auch die Nanotechnologie eine immer wichtigere Rolle.

In-Mould-Coating - Werkstückherstellung und Beschichtung in einem Arbeitsgang

Beim In-Mould-Coating (IMC) erfolgt die Lackierung des Kunststoff-Formteils bereits im Werkzeug. Dazu wird zunächst ein geeignetes Nass- oder Pulverlacksystem in die Form eingebracht und anschließend das Trägermaterial. Nach der Reaktionszeit kann das Bauteil bereits fertig lackiert aus dem Werkzeug entnommen werden. Das Oberflächenfinish ist je nach Formbeschaffenheit hochglänzend bis matt und strukturiert. Eingesetzt wird das IMC-Verfahren zum Beispiel bei der Herstellung von Armaturentafeln, Armlehnen und Türverkleidungen aus Polyurethan. Die Technologie ermöglicht dabei den Einsatz einer kostengünstigen, nicht lichtbeständigen Polyurethanvariante. Denn die erforderliche UV-Beständigkeit erhalten die Bauteile durch die Lackierung. Das IMC-Werkstück wird anschließend weiterverarbeitet, die Armaturentafel beispielsweise geschäumt. Hergestellt in der IMC-Technik werden auch pulverlackierte Roofshelfs für LKW-Fahrerhäuser aus glasfaserverstärktem Kunststoff (SMC). Neben einer höheren Designfreiheit in der Formgebung ermöglicht das IMC-Verfahren durch den Wegfall beziehungsweise die Verkürzung einzelner Prozessschritte Kosteneinsparungen. Nach der Aushärtung kann die IMC-Schicht im Schadensfall repariert und auch überlackiert werden. lg

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