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Lackierhilfsmittel

Lackierhilfsmittel: 26.02.2018

Polierpasten gezielt wählen

Charakterisierung der Eigenschaften optimiert Pastenauswahl

Der Poliervorgang stellt vielfach den letzten Veredelungsschritt für Oberflächen  dar. Sehr oft müssen gerade lackierte Oberflächen zum Erzielen der Endqualität mit möglichst wenig Abtrag zumindest teilweise nachpoliert werden. Davon zu unterscheiden ist der Reparaturbereich, bei dem ein stärkerer Abtrag gefordert wird. Das Polierergebnis ist dabei stark vom Bearbeiter, von der Art des Beschichtungsmaterials und natürlich von der verwendeten Polierpaste in Kombination mit dem verwendeten Polierpad abhängig. Seit einigen Jahren befasst sich das Fraunhofer IPA mit der Material- / Eigenschaftsbeziehung bei Polierpasten und wie sie das Polierergebnis beeinflusst.

Viskositätsverläufe für fünf unterschiedliche Polierpasten Grafik: Fraunhofer IPA

Viskositätsverläufe für fünf unterschiedliche Polierpasten Grafik: Fraunhofer IPA

Vielfalt der Anwendung bedingt Vielfalt der Produkte

Vom Endanwender werden zunehmend möglichst universell einsetzbare Polierpasten gefordert, was sich jedoch in der Praxis als äußerst schwierig realisierbar erweist. Die Vielfalt an etablierten Beschichtungssystemen, wie sie z.B. durch 2K-Klarlacke für den Automobilbereich und durch 1K-Decklacke für die Industrie­lackierung repräsentiert werden, verdeutlicht das unterschiedliche Eigenschaftsprofil. Allein diese beiden explizit erwähnten Beschichtungen zeigen für das Polierergebnis relevante unterschiedliche Eigenschaften, wie  unterschiedliche Härte, Elastizität und insbesondere ein anderes Reflow-Verhalten im Falle einer Verletzung. Hinzu kommen letztlich ein stark vom Bearbeiter abhängiges Polier­ergebnis sowie ein oftmals unterschiedlicher Alterungszustand der zu polierenden Beschichtung. Es ist deshalb bei der Auswahl und Optimierung von Polierpasten wichtig, diese für eine zugrunde liegende Anwendung hinreichend zu charakterisieren.

Pastencharakterisierung

Eine Polierpaste lässt sich generell umso besser einordnen und charakterisieren, je mehr das Eigenschaftsprofil direkt messbaren Materialgrößen zugeordnet werden kann. Neben einer guten Benetzung sind die Härte und Größe der in der Paste enthaltenen Partikel für die Abrasivität, d.h. für den Abtrag verantwortlich. Einige auf dem Markt erhältliche Polierpasten führen sogar zum oberflächlichen Anlösen oder zu einer Plastifizierung der Beschichtung, wodurch nach dem Poliervorgang zwar hochglänzende, jedoch weniger beständige Beschichtungsoberflächen erhalten werden. Eine nach dem Poliervorgang deutlich verringerte Schutzwirkung lässt sich am einfachsten durch eine Beständigkeitsprüfung gegenüber Säuren und Laugen abklären. Eine zweite Eigenschaft, welche für die Energiekopplung zwischen Poliermaschine über Polierpad und Paste in die Beschichtung verantwortlich ist, ist vor allem die Viskosität der Polierpaste. Ist sie zu groß, wird viel Wärme erzeugt, die Flüssigkeit in der Polierpaste verdunstet stark und der Poliervorgang verkürzt sich oder muss frühzeitig abgebrochen werden. Ist die Viskosität hingegen zu gering, so wird nur ein geringer Polier­effekt erzielt.

In der Abbildung sind beispielhafte Viskositätsverläufe für typische Polierpasten des Reparaturbereichs gezeigt. Für die Viskositätsverläufe haben sich insbesondere Untersuchungen bei einer konstanten Scherrate von ca. 10.000 1/sek als hilfreich erwiesen. Um diese Untersuchungen systematisch durchführen zu können, wurde zunächst jeweils nach gleichem Messregime in den ersten 100 sek das Schergefälle linear auf die Scherrate von 10.000 1/sek erhöht und danach so lange bei 10.000 1/sek konstant gehalten, bis ein deutlicher Abfall der Viskosität auftrat.

Wie in der Abbildung gezeigt ist, lassen sich mit dieser Untersuchung nicht nur vergleichende Aussagen über die Viskosität, sondern insbesondere auch über den Zeitrahmen treffen, in welchem eine Polierpaste noch ausreichend  Flüssigkeit für ein gutes Polier­ergebnis bereitstellt.

Flüssigkeitsverlust

Die Messkurven in der Abbildung lassen sich nun so interpretieren, dass nach einer bestimmten Messdauer viel Flüssigkeit verloren geht, welche jedoch für einen homogenen Poliervorgang benötigt wird. Dieser Zustand wird in den Viskositätsmessungen ab einer Prüfdauer größer 100 sek, bei der dann vorherrschenden konstanten Scherrate 10.000 1/sek, durch einen steilen Abfall der Viskosität η sichtbar. Die Erfahrung zeigt nun, dass umso länger eine höhere Viskosität in diesem konstanten Scherbereich auftritt, auch umso mehr Energie beim nachträglich durchgeführten Praxisversuch in den Polierprozess eingebracht werden kann. So können allein durch Viskositätsmessungen erste Rückschlüsse über das spätere Verhalten einer Paste bei einem realen Poliervorgang gezogen werden. Bei den in der Abbildung dargestellten Viskositätsuntersuchungen lassen sich nun folgende praxisrelevante Eigenschaften ableiten.

So erzeugt beispielsweise die Polierpaste 2 im Vergleich  einen eher mittelmäßigen Energieeintrag, jedoch bleibt diese Paste relativ lange für einen homogenen Ablauf des Polierprozesses erhalten, d.h. sie behält die Flüssigkeit über eine längere Dauer als beispielsweise Polierpaste 3, welche einen sehr frühen Abfall an Viskosität zeigt.

Die Polierpasten 1 und 5 sind sich hingegen sehr ähnlich und bringen beide über eine gewisse Zeitspanne relativ viel Energie in den Polierprozess. Bei gleichzeitiger Verwendung von harten Partikeln mit idealer Partikelgröße können die Polierpasten 1 und 5 infolge des höheren Energieeintrags deshalb relativ einfach abrasiv bzw. stark abtragend aufgebaut werden. Die Polierpaste 4 lässt sich im für den Polierprozess relevanten Beanspruchungsbereich, d.h. vor dem Abfall der Viskosität, im Eigenschaftsprofil zwischen Polierpaste 3 und Polierpaste 5 bzw. Polierpaste 1 einordnen.

Experiment ist entscheidend

Wie erläutert, kann eine geeignete Pastencharakterisierung bei der Optimierung und Auswahl einer Polierpaste eine große Hilfe darstellen.  Am Schluss muss natürlich das Experiment über die Eignung einer Paste für eine bestimmte Polieraufgabe entscheiden.

Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. + 49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de, Dr. Marc Entenmann, Tel. + 49 711 970-3854, marc.entenmann@ipa.fraunhofer.de, Heinz Greisiger, Tel. + 49 711 970-3849, heinz.greisiger@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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