Voll im Trend: Hochglanzschwarz

Um die enorm hohen Ausschussquote bei schwarzen Oberflächen in Hochglanzoptik zu senken, führt das Kunststoff-Institut Lüdenscheid derzeit ein umfangreiches Projekt durch. Jetzt liegen erste Teilergebnisse vor.

Die Forscher führten mehrstufige Messungen in verschiedenen Prozessbereichen durch. Quelle: Kunststoffinstitut Lüdenscheid -

Hochglänzende, schwarze Oberflächen liegen bei Verbrauchern im Trend: Kaffeemaschinen, Automobilteile oder Fernsehgehäuse in „Piano Black“-Optik sind schwer gefragt. Doch Lackierexperten wissen, wie aufwändig und kompliziert die fehlerfreie Lackierung solcher Oberflächen ist. „Hochglanzschwarz verzeiht keinen Fehler und keinen Makel – jeder noch so kleine Krater und jede noch so kleine Pickelbildung durch Staubkörner oder andere Schmutzpartikel führen unweigerlich zu Ausschuss“, erklärt Jörg Günther, Bereichsleiter Oberflächentechnik am Kunststoff-Institut Lüdenscheid. Die Ausschussquote liegt bei durchschnittlich 50 bis 70%. Viele Bauteile werden nach der fehlerhaften Lackierung direkt entsorgt, weil sich eine Nachbearbeitung selten lohnt. Unter anderem, um Fehlerquellen aufzuspüren und die Ausschussquote bei der Hochglanzlackierung in schwarz zu minimieren, läuft am Kunststoff-Institut Lüdenscheid seit 2009 ein Projekt mit dem Titel „Science-to-business“ (S2B), das im Rahmen des Landesprogramms „Chek.NRW“ gefördert wird. Am Institut wurden umfangreiche Versuchsreihen durchgeführt, um die Hauptfehlerquellen für die Pickelbildung durch Staubanhaftung zu identifizieren.

Auf Druckluft achten

Die bisherigen Testreihen unter Federführung von Jörg Günther haben sich mit der Hauptursache, der Schmutz- und Staubpartikelanhaftung während des Produktionsprozesses, beschäftigt. „In der ersten Testphase haben wir die

AUSBLICK

Der abschließende Untersuchungsschritt soll in Kürze erfolgen. Dann werden konkrete Beschichtungsversuche gemacht, zum einen mit einem herkömmlichen Lacksystem auf Lösemittelbasis, zum anderen mit einem UV-Monocure-System. Hierdurch soll untersucht werden, ob die mittels der Partikelmessung theoretisch ermittelten Ergebnisse mit der Praxis vollständig korrelieren und die Nutzung  von UV-Lacken Vorteile gegenüber konventionellen Lacken aufzeigt. Bis Ende des Jahres sollen sämtliche Ergebnisse in Sachen Piano-Lack-Optik vorliegen. In 2012 wird das Institut interessierten Unternehmen anbieten, ihre Erfahrungen in die Lackierpraxis einfließen zu lassen.  Das „Piano-Black“-Projekt erhält eine Zuwendung des Landes Nordhein-Westfalen im Rahmen der Förderrichtlinie Forschung, Innovation und Technologie (FIT) bzw. eine Zuwendung im Rahmen des „Ziel 2-Programms Regionale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung 2007-2013 (EFRE)“.

Umgebungsluft in unterschiedlichen Bereichen überprüft, und zwar von der Bauteilerstellung bis zum fertigen Lackierteil, also beim Spritzguss, bei der Warenentnahme und -aufgabe, beim Lackieren, in der Lackierkabine selbst, an der Luftzuführung für den Sprühstrahl sowie bei der Ofentrocknung. Zusätzlich wurden Auf- und Entnahme der Bauteile unter Reinraumbedingungen untersucht“, beschreibt Ralf Zahradnik, Leiter Lackiertechnik das Vorgehen. Mit der ersten Untersuchungsphase konnte nachgewiesen werden, dass in der untersuchten Konstellation die Druckluft für die Erzeugung des Lackierstrahls auffällig hohe Partikelkonzentrationen zeigte. „In der Luftzuführung waren im Verhältnis zur Kabinenluft sehr viele Partikel vorhanden, die für ein schlechtes Beschichtungsergebnis sorgen können.“ Da das Ergebnis als exemplarisch für den Lackieralltag betrachtet werden kann, empfiehlt der Bereichsleiter Betrieben einen Adsorptionstrockner und feine Mikrofilter bis 0,01 µm für die Druckluft zu installieren. Für die Untersuchungen wurde der Bereich der Werkstückaufnahme und der Bereich bis zur Trocknung und Entnahme komplett unter Reinraumbedingungen gestellt. Mehrstufige Messungen wurden mit und ohne Aktivierung des Reinraums durchgeführt. Wie von den Forschern erwartet, war die Umgebungsluft durch die Filterung erheblich  sauberer als in der Lackierpraxis üblich. Doch Reinraumbedingungen sind für Lackierbetriebe je nach Anlagenkonzept nur aufwändig umsetzbar.

Abblasen ohne Wirkung

Während der nächsten Testreihe nahmen die Kunststoffexperten Partikelmessungen auf den Bauteilen mit einem speziellen Messsystem vor. Ein weiteres Teilergebnis des „Science-to-business“-Projekts konnten die Wissenschaftler direkt bei der Teileentnahme nach dem Spritzguss herausarbeiten. Hier war die Staub- und Schmutzpartikelmenge kurz nach der Entnahme aus dem Werkzeug „explosionsartig hoch“, wie Günther es formuliert. Das typische und gern angewandte Abblasen mit ionisierter Luft hatte in Sachen Staubminimierung jedoch kaum Einfluss. Einzig nachweisbarer Vorteil der Ionisierung bestand darin, dass sich die Werkstücke nicht elektrisch aufgeladen hätten. „Deshalb haben wir als Ergebnis abgeleitet, dass es wirksamer ist, die Teile direkt nach der Spritzgussmaschine zu entladen und nicht erst kurz vor der Lackierung. Wichtig ist dann natürlich, dass sich die Bauteile nicht durch Transport und Reibung bis zur Lackierung wieder aufladen.“ Zudem wurden in dieser Testphase auch Reinigungsschritte zwischengeschaltet – u.a. das PowerWash-Verfahren, CO 2-Strahlen mit Pellets und eine manuelle Reinigung mit Isopropanol (IPA). Letzteres Verfahren hat sich als effektiv herausgestellt, weil sich die Partikelmenge drastisch reduzierte und es auch im Lackieralltag gut anwendbar ist.

Kunststoff-Institut Lüdenscheid, Lüdenscheid, Jörg Günther, Tel. +49 2351 1064-130, guenther@kunststoff-institut.de, www.kunststoff-institut.de

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