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LACKIERUNG VON KUNSTSTOFFEN Gebrauchseigenschaften fur Kunststoffe gezielt optimieren Kunststofflackierung ist Werkstoffveredelung. Der folgende Beitrag gibt einen Oberblick tiber die unterschiedlichen Vorbehandlungsverfahren und beschreibt Prozesse anhand von Anwendungsbeispielen. THERMOPLASTE Polystyrol (PS) Verpackungen, Haushaltsartikel und Kunststoffgehause __ Kunststoffbeschichtung ist Werk- stoffveredelung. Kunststoffe unterschied- licher chemischer Struktur und fur ver- schiedene Anwendungszwecke - insbe- sondere bei AuBenanwendungen - unter- liegen den gleichen Alterungsprozessen wie Mehrstoffsysteme, zum Beispiel im Holz- oder Bautenschutz. DieAlterungs- prozesse resultieren aus der Freibewit- terung, mechanischer Beanspruchung und eventuell starker Verschmutzung, so dass eine Beschichtung der Kunst- stoffe aus dekorativen und technischen Grunden notwendig wird. Unter Freibewitterung versteht man die Belastung durch UV-Licht in Gegen- wart von Luftsauerstoff und Feuchtig- keit bei wechselnden Temperaturen. In Abhiingigkeit von der Bewitterungszeit unterliegt der Kunststoff Oxidationsre- aktionen. Hieraus kiinnen Kreidung, Vergilbung, Farbtoniinderung, Glanz- abfall und Verspriidung resultieren. Es kommt also zu den gleichen Verfallser- scheinungen wie bei anderen zu lackie- rend en Werkstoffen, wie zum Beispiel Holz oder Metall. Fur die mechanische Beanspruchung sowie Verschmutzung gibt es auch keine Unterschiede zwischen Kunststoffen und anderen zu lackierenden Werkstoffen. Der Zerfall geht immer von der Belastung an der Oberfliiche aus. Durch geeignete Beschichtungen kann der Kunststoff vor Alterung dauerhaft geschiitzt werden. Kunststoffe sind Werkstoffe aus orga- nischen Polymeren, die hinsichtlich ihrer molekularen Struktur in Thermo- plaste, Elastomere und Duromere unter- teilt werden. Die Molekiilzusammensetzung be- stimmt die charakteristischen Eigen- schaften fur die thermische und mecha- nische Belastbarkeit und die Liislichkeit. Die Beschichtung schiitzt die Kunststoff- oberfliiche vor Abbau, verbessert die Licht- und Wetterbestiindigkeit und erhoht die mechanische und chemische Bestiindig- keit. AuBerdem werden durch die Lackie- rung herstellungsbedingte Fehler und Unebenheiten der Oberfliichen iiberdeckt, Beigemeinsamer Verarbeitung von Metal- len und Kunststoffen kommt es durch die Beschichtung zur farblichen Anpassung. Polyethylen (PE) Folien, Haushaltsartikel und Kunst- stoffgebinde Polyamid (PA) Hltzebestandlgs Werkstoffe, zum Beispiel Aschenbecher Polyvinylchlorid (PVC) Dachrinnen und Regenrinnen; Laminate, Miibelindustrie und TOren Polyvinylchlorid weich Folien, unter anderem tur die Miibelindustrie und Bodenbelage; Automobilzulieferindustrie, Miibel- formteile und Isolierschaumstoffe Polyoximethylen (POM) Automobilindustrie Ethylen-Propylen-Terpolmer- Kautschuk (EPDM) Automobilindustrie DUROMERE Polystyrol (PS) Boote, Rohre und Sitzschalen Polyethylen (PE) Elektrozubehiir und Gehause Polyamid (PA) Laminate, Miibelindustrie und TOren 24 Mechanische Beanspru- chung einer Kunststoffober- flache vor (links) und nach der Lackierung (rechts) Polyamid glasfaser-verstarkt (PA/GF) Automobilzulieferindustrie (z.B. TOrgriffe, Gehauss, Verkleidungen) Die gebrauchllchsten Thermoplaste und Duromere und ihre Anwendungs- bereiche JOT 7.2006 NASSLACKIEREN

Gebrauchseigenschaften für Kunststoffe gezielt optimieren

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LACKIERUNG VON KUNSTSTOFFEN

Gebrauchseigenschaften furKunststoffe gezielt optimierenKunststofflackierung ist Werkstoffveredelung. Der folgendeBeitrag gibt einen Oberblick tiber die unterschiedlichenVorbehandlungsverfahren und beschreibt Prozesse anhandvon Anwendungsbeispielen.

THERMOPLASTE

Polystyrol (PS)Verpackungen, Haushaltsartikel undKunststoffgehause

__ Kunststoffbeschichtung ist Werk­

stoffveredelung. Kunststoffe unterschied­

licher chemischer Struktur und fur ver­

schiedene Anwendungszwecke - insbe­

sondere bei AuBenanwendungen - unter­

liegen den gleichen Alterungsprozessen

wie Mehrstoffsysteme, zum Beispiel im

Holz- oder Bautenschutz. Die Alterungs­

prozesse resultieren aus der Freibewit­

terung, mechanischer Beanspruchung

und eventuell starker Verschmutzung,

so dass eine Beschichtung der Kunst­

stoffe aus dekorativen und technischen

Grunden notwendig wird.

Unter Freibewitterung versteht man

die Belastung durch UV-Licht in Gegen­

wart von Luftsauerstoff und Feuchtig­

keit bei wechselnden Temperaturen. In

Abhiingigkeit von der Bewitterungszeit

unterliegt der Kunststoff Oxidationsre­

aktionen. Hieraus kiinnen Kreidung,

Vergilbung, Farbtoniinderung, Glanz­

abfall und Verspriidung resultieren. Es

kommt also zu den gleichen Verfallser­

scheinungen wie bei anderen zu lackie­

renden Werkstoffen, wie zum Beispiel

Holz oder Metall.

Fur die mechanische Beanspruchung

sowie Verschmutzung gibt es auch keine

Unterschiede zwischen Kunststoffen und

anderen zu lackierenden Werkstoffen. Der

Zerfall geht immer von der Belastung an

der Oberfliiche aus. Durch geeignete

Beschichtungen kann der Kunststoff vor

Alterung dauerhaft geschiitzt werden.

Kunststoffe sind Werkstoffe aus orga­

nischen Polymeren, die hinsichtlich

ihrer molekularen Struktur in Thermo­

plaste, Elastomere und Duromere unter­

teilt werden.

Die Molekiilzusammensetzung be­

stimmt die charakteristischen Eigen­

schaften fur die thermische und mecha­

nische Belastbarkeit und die Liislichkeit.

Die Beschichtung schiitzt die Kunststoff­

oberfliiche vor Abbau, verbessert die Licht­

und Wetterbestiindigkeit und erhoht die

mechanische und chemische Bestiindig­

keit. AuBerdem werden durch die Lackie­

rung herstellungsbedingte Fehler und

Unebenheiten der Oberfliichen iiberdeckt,

Beigemeinsamer Verarbeitung von Metal­

len und Kunststoffen kommt es durch die

Beschichtung zur farblichen Anpassung.

Polyethylen (PE)Folien, Haushaltsartikel und Kunst­stoffgebinde

Polyamid (PA)Hltzebestandlgs Werkstoffe, zumBeispiel Aschenbecher

Polyvinylchlorid (PVC)Dachrinnen und Regenrinnen;Laminate, Miibelindustrie und TOren

Polyvinylchlorid weichFolien, unter anderem tur dieMiibelindustrie und Bodenbelage;Automobilzulieferindustrie, Miibel­formteile und Isolierschaumstoffe

Polyoximethylen (POM)Automobilindustrie

Ethylen-Propylen-Terpolmer­Kautschuk (EPDM)Automobilindustrie

DUROMERE

Polystyrol (PS)Boote, Rohre und Sitzschalen

Polyethylen (PE)Elektrozubehiir und Gehause

Polyamid (PA)Laminate, Miibelindustrie und TOren

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Mechanische Beanspru­chung einer Kunststoffober­flache vor (links) und nachder Lackierung (rechts)

Polyamid glasfaser-verstarkt(PA/GF)Automobilzulieferindustrie (z.B.TOrgriffe, Gehauss, Verkleidungen)

Die gebrauchllchsten Thermoplasteund Duromere und ihre Anwendungs­bereiche

JOT 7.2006

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Die Kunststoffe unterscheiden sich in

ihrer Giiteklasse nach ihrem Herstel­

lungsverfahren. Sie konnen zum Beispiel

extrudiert, gegossen oder heiB gepresst

werden. Ie nach Verfahren verbleiben

silikonhaltige Trennmittel oder andere

Verunreinigungen, die eine mehr oder

weniger aufwandige Vorbehandlung vor

einer Beschichtung notwendig machen.

Fiir die Kunststofflackierung sind also in

erster Linie die Eigenschaften der Kunst­

stoffoberflache relevant, wie zum Bei­

spiel Reinheit, Benetzbarkeit, Affinitat

zum Lack (Haftung zum Untergrund) und

Anliisbarkeit durch Lackliisemittel. Ohne

Vorbehandlung der entsprechenden

Kunststoffuntergriinde wird meist keine

ausreichende Haftung erreicht.

Vorbehandlungsverfahren

Eventuell im Kunststoff herstellbedingt

vorliegende Oberflachendefekte wie

Poren, Lunker, Blasen und Fliefsnahte

sind zunachst zu glatten durch Schlei­

fen, Strahlen oder Spachteln. Durch

schonendes Schleifen und Strahlen

erhalt die Oberflache zusatzlich eine

definierte Aufrauung, was sich positiv

auf die Lackeigenschaften auswirkt.

Die Reinigung von Kunststoffoberfla­

chen erfolgt mit wassrigen Reinigerlii­

sungen. AnschlieBend wird mit Wasser

gespiilt, der letzte Spiilvorgang mit VE­

Wasser und zuletzt trocken geblasen.

SoUten durch Formtrennmittel noch

Restverschmutzungen vorliegen, so ist

eine Nachreinigung mit Liisemitteln

durch Wischen, Spritzen, Tauchen

und/oder Dampfentfetten erforderlich.

Gereinigte und getrocknete Kunst­

stoffteile neigen dazu, wahrend der

Lagerung vor dem Lackierprozess Staub

anzuziehen. Dieser ist vor der Lackie­

rung mittels ionisierter Luft abzubla­

sen. Alternativ kann nach dem wassri­

gen Reinigen auch eine Antistatikfliis­

sigkeit auf den Kunststoff aufgebracht

werden, wodurch eine elektrostatische

Aufladung verhindert werden kann.

Trotz guter Reinigung der Kunststof­

fe treten immer wieder Haftungs­

schwierigkeiten auf. Entscheidend fiir

die Lackhaftung ist die Oberflachen-

JOT 7.2006

spannung beziehungsweise Polaritat

der Kunststoffoberf'lache. Unpolare

Kunststoffe besitzen eine sehr geringe

Oberflachenspannung. Zur Haftungs­

verbesserung muss die Kunststoffober­

flache polarisiert werden. Zur Erhiihung

der Polaritat wird die Kunststoffober­

flache durch verschiedene Verfahren

oxidiert oder auch fluoriert, wodurch

unpolare C-H-Bindungen in polare C-O­

Bindungen beziehungsweise C-F-Bin­

dungen iibergehen. Nachfolgend sind

die wichtigsten Verfahren kurz cha­

rakterisiert:

Beflammen

Die Beflammung ist das gebrauchlichste

Verfahren. Dabei wird eine blau bren­

nende Flamme (Sauerstoffiiberschuss)

meist 1 Sekunde lang iiber die Kunst­

stoffoberflache gefiihrt. Es darf nur

oberflachlich oxidiert werden, um eine

Polarisierung zu erreichen.

_ Vorteile: Kontinuierlich, einfach

und wirksam

_ Nachteile: Der Kunststoffwird ther­

misch belastet und es entstehen

Abgase

Korona-Behandlung

Mittels einer Wechselspannungselek­

trode wird durch Korona-Entladung Luft­

sauerstoff ionisiert, der die Kunststoff­

oberflache oxidiert.

_ Vorteile: Kontinuierlich und keine

thermische Belastung des Kunst­

stoffes

_ Nachteile: Die Wirkung ist nur ober­

flachlich und kurzzeitig und die

Durchfiihrung nur an flachen Teilen

miiglich.

Plasma-Behandlung

In einer Vakuumkammer wird mittels

Plasma eines Sauerstoffgases unter

einer Einwirkzeit von 1 bis 5 Minuten

die Kunststoffoberflache oxidiert.

_ Vorteile: Wirksamer als Korona-

Behandlung und tiefer wirkend,

zugleich feinreinigend und auch an

nicht flachen Teilen miiglich

_ Nachteile: Technisch sehr aufwan­

dig; TeilegriiBe ist begrenzt

Fluorierung

Unter Vakuum werden Kunststoffteile

einige Minuten lang einem Fluorstick­

stoffgemisch ausgesetzt.

_ Vorteile: Hochwirksam (dauerhaft

erhohte Oberflachenspannung] und

beliebig geformte Teile konnen

gleichmafsig behandelt werden.

_ Nachteile: Technisch sehr aufwandig

Haftvermittler

Durch den Einsatz von Haftvermittlern

(im Beschichtungssystem) oder den Ein­

satz von Haftprimern kann gegebenen­

falls in Kombination mit Anschleifen

oder Aufrauen der Kunststoffoberflache

die Lackhaftung so weit verbessert wer­

den, dass auf eine oxidative Vorbe­

handlung verzichtet werden kann. Dies

ist besonders dann wichtig, wenn eine

industrielle Reinigung von Kunststoff­

teilen (Bauhandwerk) nicht miiglich ist.

Bei der Wahl des Vorbehandlungsver­

fahrens und des Lackmaterials sind der

Einsatz des Kunststoffteils und die dar­

auf abgestimmten Priifkriterien aus­

schlaggebend. Zur Verdeutlichung nach­

folgend einige Anwendungsbeispiele.

Pkw-Tiirschweller

Fiir Pkws werden elastische Tiirschwel­

ler auf Basis von PP-EPDM mit einem Ein­

schichtlacksystem lackiert. Um bei me­

chanischer Beanspruchung Rissbildung

und Haftungsverlust zu vermeiden, wur­

de eine sehr elastische 2-K-Beschichtung

(Hakuflex R40) als Decklack (schwarz,

matt) ausgewahlt, Vorab werden die Tei­

le mit Isopropanol entfettet, beflammt

und mit einem chlorierten Polyolefin

geprimert. Ferner miissen die Anforde­

rungen aus den Spezifikationen der Auto­

mobilindustrie beriicksichtigt werden.

Folgende Priifkriterien miissen erfullt

werden:

_ Multi-Steinschlagpriifung

_ Uv-Bestandigkeit (> 1000 h)

_ Kondenswasser-Test (240 h nach

DIN 50017)

_ Haftfestigkeit mittels Gitterschnitt

vor und nach der Kondenswasser­

belastung

_ Dampfstrahltest

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Der Autor:Ralf Tacke, Betriebs-/Laborleiter

Werk Oberhausen,

Chemische Werke Kluthe GmbH,

Oberhausen, Tel. 0208 9948-134,[email protected], www.kluthe.com

Pkw-Anbauteile fllr auBen

Fiir Pkw-Dachreling und -Dachgepiick­

halter kommen hiiufig ABS-Kunststoffe

zum Einsatz. Die Reinigung mittelsPower-Wash oder Isopropanol ist auch

hier Standard. Nach der Trocknungerfolgt die Einschicht-Lackierung in

schwarz oder silber (Hakuflex RW40).

Dabei miissen folgende Priifkriterien

erfiillt werden:_ Multi-Steinschlagpriifung

_ UV-Bestiindigkeit (> 1000 h)

_ Kondenswasser-Test (240 h nach

DIN 50017)_ Haftfestigkeit mittels Gitterschnitt

vor und nach der Kondenswasser­

belastung_ Dampfstrahltest

_ Chemikalienbestiindigkeit gegen

Getriebeiil, Motorol, Bremsfliissig­

keit und Superkraftstoff_ Florida- und Arizona-Test

Die Beschichtung muss folgende Spezi­

fikationen erfiillen:_ Speziell geforderte optische bezie­

hungsweise haptische Eigenschaf­

ten

_ UV-Bestiindigkeit (> 1000 h)

_ Kondenswasser-Test (240 h nach

DIN 50017)_ Haftfestigkeit mittels Gitterschnitt

und Tesaband-Abriss

_ Kratzbestiindigkeit (Erichsen-Harte-

priifstab Typ 318)_ Hydrolysebestiindigkeit

_ Cremebestiindigkeit

_ Temperaturbestiindigkeit (Klima­

wechseltest)

_ Abriebfestigkeit

_ Reinigungsmittel- und SchweiB­

bestiindigkeit_ Crockmetertest

(24 Monate)

.... FOrdie Lackierung vonPkw-Innenraum-Einbau­teilen steht eine breitePalette an Lacken in einerVielzahl von Farbtonsn undFarbeffekten sowie mitspeziellen Oberflachen­eigenschaften zur VerfOgung

.... Dachreling und -Dachgepack­halter werden meist aus ABS­Kunststoffen gefertigt undschwarz oder silberfarben lackiert

_ Dampfstrahltest

_ Chemikalienbestiindigkeit gegen

Getriebeiil, Motorol, Bremsfliissig­

keit und Superkraftstoff_ Elastizitiitspriifung bei -40°C

_ Florida- und Arizona-Test (24 Monate)

Pkw-Einbauteile filr innen

Beschichtet werden Einbauteile ausABSjPC, Polycarbonat (PC) und Poly­

amid fiir den Pkw-Innenraum. Die

Reinigung erfolgt mittels Power-Wash

oder Isopropanol. Danach werden die

Teile mit Warmluft getrocknet und

anschlieBend beschichtet. Kluthe bietetdafiir je nach Kundenforderung ver­

schiedene Produkte an, die im Regelfall

einschichtig aufgetragen werden:_ Softlack (Hakuflex RW41 und R 41)

in verschiedenen Farbtiinen_ Decklack (Hakuflex RW41) in ver­

schiedenen Farbtonen_ Decklack (Hakuflex R 50) in verschie­

denen Farbtiinen und Effektfarben_ Decklack (Hakuflex RW60 in

Chromeffekt oder verschiedenen

Farbtiinen)

..--

...... ~.,'III" ~,

Folgende Priifkriterien miissen erfiillt

werden:_ Multi-Steinschlagpriifung

_ UV-Bestiindigkeit (> 1000 h)

_ Kondenswasser-Test (240 h nach

DIN 50017)_ Haftfestigkeit mittels Gitterschnitt

vor und nach der Kondenswasserbe­

lastung

_ Chemikalienbestiindigkeit gegen

Getriebeiil, Motorol, Bremsfliissig­

keit und Superkraftstoff_ Elastizitiitspriifung bei -40°C

_ Florida- und Arizona-Test (24 Monate)

'" Die TOrschwelier werden mit einem beson- '" Pkw-TOrgriffe aus glasfaserver-ders elastischen 2-K-Decklack beschichtet starktern Polyamid

Pkw-TGrgriffe fllr auBen

Die Tiirgriffe aus glasfaserverstiirktem

Polyamid 6 Kunststoff (PA6jGF40) wer­

den mittels Isopropanol oder im Power­

Wash-Verfahrengereinigt. AnschlieBend

erfolgtdie Trocknung durch Abblasen mit

Warmluft. Fiir die Beschichtung werden

zwei Produkte alternativ eingesetzt

(Hakuflex R40, Decklack, UV-Schutz,

schwarz oder Hakuflex RW40 Decklack,UV-Schutz, schwarz).

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26 JOT 7.2006

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