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Kunststofflackierung

Kunststofflackierung: 16.11.2017

Reinigen als Grundvoraussetzung

Lackenthaftungen durch migrierfähige Kunststoffadditive aufklären

Kunststoffe auf Poly­propylen(PP)-Basis sind u.a. in der Automobilindustrie aus Gründen der Gewichtsreduktion weit verbreitet. Für dekorative Anwendungen werden PP-Anbauteile hochwertig beschichtet, wobei es trotz hoher Produktionsstandards immer wieder zu Haftungsproblemen kommt.

Lackaufbau auf Kunststoffsubstrat im Querschliff bestehend aus Primer, Basislack und Klarlack. Foto: Fraunhofer IPA

Lackaufbau auf Kunststoffsubstrat im Querschliff bestehend aus Primer, Basislack und Klarlack. Foto: Fraunhofer IPA

Es ist bekannt, dass die Effizienz der praxisüblichen Reinigungs- und Aktivierungsverfahren (Power­Wash, CO2-Schneestrahlen, Beflammen, Plasmabehandlung und Fluorierung) einen wesentlichen Einfluss auf die Lackhaftung hat. Der Einfluss von Kunststoffadditiven, die nach der Vorbehandlung teilweise an die Oberfläche nachmigrieren, ist hingegen wenig bis gar nicht erforscht. In der Kunststoffindustrie werden u. a. Stabilisatoren, Fließhilfsmittel und Formtrennmittel als Additive bezeichnet. Zusätzlich werden dem Kunststoff bei der Compoundierung Füllstoffe zugesetzt. Diese Additive und Füllstoffe sind in Werkstoffen aus Kunststoff notwendig, um die erforderlichen Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften sicherzustellen. Die Additive sind im Kunststoff möglichst homogen verteilt und daher auch an dessen Oberfläche vorhanden. Bei den im Kunststoff migrierfähigen Additiven handelt es sich um niedermolekulare, meist organische Stoffe. In aller Regel liegt ein Gemisch unterschiedlicher Stoffklassen (z. B. paraffinische Wachse, Fettsäureester, aromatische Verbindungen) vor. Als Füllstoff ist Talkum sehr verbreitet.

Additivanteil von 1%

Die Formteile werden im Spritzgussverfahren aus Kunststoffgranulaten hergestellt. Als PP-Werkstoffe werden Misch- oder Copolymerisate dieser Stoffklasse, z.B. PP-EPDM (Polypropylen-Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)-Blends und PP/PE-Copolymere verwendet. Der gesamte Additivanteil liegt in der Größenordnung von 1%. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit dem FILK Freiberg und dem IPF Dresden wird unter Federführung des Fraunhofer IPA der Einfluss von niedermolekularen Additiven auf die Lackhaftung detailliert untersucht (s. Kasten).

AKTUELLES FORSCHUNGSPROJEKT

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, von Seiten der Kunststoffadditive mögliche Zusammenhänge mit den partiellen Lackenthaftungen herauszuarbeiten und auf Basis dieser Daten Maßnahmen für die Praxis abzuleiten, mit denen partielle Lackenthaftungen durch Additive verhindert werden können. Die Teilziele sind:

  • Identifizierung von Früh­indikatoren für eine Haftschwächung aufgrund der Art und Menge der dem Werkstoff zugesetzten Additive
  • Ableiten von Steuerungsmöglichkeiten, wie die Additivmigration an die Werkstoffoberfläche reduziert werden kann
  • Anpassen und Optimieren des Reinigungs- und Aktivierungsprozesses zur besseren Reduktion der Additivauflage

Lackenthaftungen verhindern

Die komplette Herstellung erfolgt meist bei Zulieferern, welche montagefertige Module an den Automobilhersteller liefern. Nach dem Spritzguss werden die Teile für die Lackierung vorbereitet. Dazu erfolgt im ersten Schritt die Reinigung als Grundvoraussetzung für die Verankerung des später aufgebrachten Lacksystems. In der Praxis haben sich drei unterschiedliche Verfahren durchgesetzt: Die PowerWash-Reinigung, CO2-Schneestrahlreinigung sowie die Reinigung mit Hilfe von Schwertbürsten. Für alle Verfahren gilt, dass bisher nur Störfaktoren durch äußere Verunreinigungen wie Staub, Fingerabdrücke, Abrieb etc. für die Bewertung des jeweiligen Verfahrens eine Rolle gespielt haben. Der Einfluss und die Effektivität der Reinigung in Bezug auf innere Kontamination durch migrationsfähige Additive und Füllstoffe soll im Rahmen des laufenden Projekts für die PowerWash- und CO2-Reinigung ebenfalls näher untersucht werden. Im PowerWash-Verfahren kommen meist alkalische Reinigungsmedien zum Einsatz, eine spezielle Abstimmung auf die einzelnen PP-Formteile findet allerdings nicht statt. Um PP-Additive effizienter zu entfernen, müssten das Reinigungsmedium und der Prozess besser auf die jeweils verwendeten PP-Batches abgestimmt werden. Beim CO2-Schneestrahlen findet im Gegensatz zur PowerWash keine Erwärmung des Bauteils statt. Dennoch wurden in Untersuchungen unmittelbar nach einer industriellen Reinigung auch hier PP-Additive auf der Oberfläche nachgewiesen. Die Additive werden mit beiden Reinigungsverfahren entweder nicht vollständig entfernt oder migrieren innerhalb kürzester Zeit aus dem Bulk wieder an die Werkstoffoberfläche und erreichen dabei ähnliche Auflagemengen wie vor der Reinigung. Größere Auflagemengen an Additiven führten letztendlich zu den in der Praxis beanstandeten partiellen Lackenthaftungen. Die Qualität der Reinigung wird hauptsächlich im Hinblick auf die äußeren Verschmutzungen (Partikel, Entfettung) beschrieben. Das Entfernen der Additive von der Oberfläche wird zwar als Reinigungskriterium genannt, doch fehlen bisher systematische Untersuchungen zur Wirksamkeit der praxisüblichen Reinigungsverfahren bei den verschiedenen Additiven und speziell zur Migration nach unterschiedlichen Reinigungsprozessen. Beide Verfahren sollen daher unter dem Gesichtspunkt der Wirksamkeit der Reinigung unter Berücksichtigung der Additiv­menge bzw. -zusammensetzung an der Werkstoffoberfläche untersucht und miteinander verglichen werden.

Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970 3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de, Dr. Volker Wegmann, Tel. +49 711 970 3832, volker.wegmann@ipa.fraunhofer.de, Dr. Katharina Weber, Tel. +49 711 970 3831, katharina.weber@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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