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22.02.2019

Kabinen-Anlagen-Technik

Kabinen-Anlagen-Technik: 07.02.2014

Neue Wege zur Steuerung der Lackschichteigenschaften

Die Zerstäubungstechnik beeinflusst mehr als bisher angenommen

Ein aktuelles Forschungsprojekt am Fraunhofer IPA zeigt, dass sich durch die Nutzung der Wechselwirkung zwischen der Lackmaterialzusammensetzung und der Zerstäubertechnik die elektrische  Leitfähigkeit von Lackschichten gezielt steuern lässt.

Die Grafik verdeutlicht den Unterschied beim Oberflächenwiderstand von Lacken mit Carbon Nanotubes bei der Applikation mit verschiedenen Zerstäubungstechniken.

Die Grafik verdeutlicht den Unterschied beim Oberflächenwiderstand von Lacken mit Carbon Nanotubes bei der Applikation mit verschiedenen Zerstäubungstechniken.

Für ein Projekt zur Erforschung der Potenziale von Carbon Nanotubes in Lackmaterialien wurden am Fraunhofer IPA die Kompetenzen im Bereich nanoskaliger Kohlenstoffe, Lackdispergierung und Lackzerstäubung gebündelt. Ziel war die Kombination der hohen Beständigkeit von aktuellen Lacksystemen mit neuen Eigenschaften wie elektrische Ableitfähigkeit, ohne dabei die Lichdurchlässigkeit zu verlieren. Der Fokus des Projekts lag dabei auf der Wechselwirkung der Zerstäubungstechnik mit dem Lackmaterial. Voraus gingen praxisnahe Tests, in denen die Verarbeitbarkeit des Lackmaterials in Anlagenkomponenten wie Ventilen, Leitungen und Pumpen hinsichtlich z.B. Spülbarkeit und Materialveränderung bewertet und die Verträglichkeit mit anderen Stoffen in der Lackieranlage geprüft wurde. Dass sich die Zerstäubung wesentlich auf die Eigenschaften des Lackfilms auswirkt, zeigen die Ergebnisse vieler vorangegangener Projekte am Fraunhofer IPA.

Zerstäubung beeinflusst die Schicht

Dabei wurden die Auswirkungen des Zerstäubungsvorgangs auf eine Vielzahl von Parametern bestimmt:

  • Zerstäubungsfeinheit bzw.  Tröpfchengrößenverteilung
  • Tröpfchengeschwindigkeit
  • Tröpfchenabdunstung und Feuchte im Lackfilm, über die Zerstäubungsfeinheit  und die Luftströmung
  • Lackierfehler wie Lufteinschlüsse
  • Auftragswirkungsgrad, über die  Zerstäubungsfeinheit und Luftströmungseffekte
  • Ausrichtung von Metallicpigmenten über die Zerstäubungsfeinheit und den Tröpfchenimpuls
  • Verschmutzung von Zerstäuber und Anlage

Diese Parameter wurden am IPA in praktischen Versuchen im produktionsnahen Lackiertechnikum und in Grundlagenuntersuchungen mittels numerischen Simulationen und Messmethoden wie Laserbeugung, Laserdoppler­anemometrie oder Hochgeschwindigkeitskameras betrachtet. Im aktuellen Projekt wurde am Modellsystem eines Lackmaterials mit dispergierten, elektrisch leitfähigen Carbon Nanotubes (CNT) untersucht, inwieweit sich die elektrische Leitfähigkeit als zentrale Eigenschaft der Schicht nicht nur durch die Qualität der verwendeten CNTs und der Dispergierung, sondern auch durch den Applikationsprozess steuern lässt. Dazu wurden vor allem die Schichtdicke und die Zerstäubungsfeinheit variiert. Dabei zeigte sich, dass insbesondere die Art des Zerstäubers eine wichtige Rolle spielt. Die unterschiedlichen Zerstäuber wurden so eingestellt, dass sie ein identisches Tröpfchengrößenspektrum erzeugen, nachgewiesen mittels Laserbeugung. Die dabei mit den verschiedenen Zerstäubern erzielten Unterschiede in der Leitfähigkeit der Lackschicht sind mutmaßlich auf die zerstäuberspezifische  Intensität der Scherung zu-rückführen, wobei die Scherung als eine Art Nachdispergierung betrachtet werden kann, die zu einer besseren Ausrichtung der Kohlenstoffnanoröhrchen führt. Die Grafik zeigt die Auswirkung dieses Phänomens auf den Oberflächenwiderstand. Der Einfluss der Zerstäubertechnik auf die Schichteigenschaften soll nun weiter untersucht werden, wobei gleichzeitig eine weitere Optimierung und Anpassung der Lackmaterialeigenschaften erfolgt. Durch die gleichzeitige Betrachtung der Lackchemie und der Zerstäubertechnik erwarten die Forscher am Fraunhofer IPA eine wesentlich bessere Nutzung des Verbesserungspotenzials hinsichtlich der gewünschten Schichteigenschaften. So konnten bereits lichtdurchlässige Schichten mit der in der Elektronikbranche geforderten Ableitfähigkeit erzeugt werden, wie an der vermiedenen triboelektrischen Aufladung in der Abbildung dokumentiert.

BL_2014_2_IPA1_preview
BL_2014_2_IPA2_preview
Die Beschichtung eines Demonstrators für Elektronikbauteile (blaue Box für Platinen): Links ist das Werkstück unbeschichtet und elektrostatisch aufgeladen. Dies wird anhand der Papierschnipsel demonstriert. Im rechten Bild ist der Demonstator beschichtet und elektrostatisch ableitfähig. Damit können sich keine elektronikstörenden Ladungen auf dem Bauteil ansammeln. Eine lichtdurchlässige Schicht erlaubt z.B. Dioden zur Statusanzeige. Quelle (zwei Fotos, Grafik): Fraunhofer IPA
 

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de; Dr. Oliver Tiedje, Tel. +49 711 970-1773, oliver.tiedje@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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