Pulverbeschichtung

Der Pulverbeschichtungsprozess umfasst drei grundlegende Schritte: die Teilevorbereitung bzw. die Vorbehandlung, den Pulverauftrag und die Aushärtung.

Teilevorbereitungsprozesse und -ausrüstung

Die Entfernung von Öl, Schmutz, Schmierfetten, Metalloxiden, Schweißzunder usw. ist vor dem Pulverbeschichtungsprozess unerlässlich. Sie kann durch verschiedene chemische und mechanische Methoden erfolgen. Die Auswahl der Methode hängt von der Größe und dem Material des zu pulverbeschichtenden Teils, der Art der zu entfernenden Verunreinigungen und den Leistungsanforderungen an das Endprodukt ab. Einige wärmeempfindliche Kunststoffe und Verbundwerkstoffe haben niedrige Oberflächenspannungen und eine Plasmabehandlung kann notwendig sein, um die Pulverhaftung zu verbessern.

Chemische Vorbehandlungen beinhalten den Einsatz von Phosphaten oder Chromaten im Tauch- oder Spritzverfahren. Diese erfolgen oft in mehreren Stufen und bestehen aus Entfetten, Ätzen, Entschlämmen, verschiedenen Spülungen und der abschließenden Phosphatierung oder Chromatierung des Substrats&. Der Vorbehandlungsprozess reinigt und verbessert gleichzeitig die Bindung des Pulvers an das Metall. In jüngster Zeit wurden zusätzliche Verfahren entwickelt, die den Einsatz von Chromaten vermeiden, da diese giftig für die Umwelt sein können. Titan-Zirkonium und Silane bieten eine ähnliche Leistung gegen Korrosion und Haftung des Pulvers.

In vielen High-End-Anwendungen wird das Teil nach dem Vorbehandlungsprozess und im Anschluss an die Pulverbeschichtung elektrobeschichtet. Dies hat sich besonders in der Automobilindustrie und anderen Anwendungen bewährt, die hohe Leistungsmerkmale erfordern.

Eine weitere Methode zur Vorbereitung der Oberfläche vor der Beschichtung ist das sogenannte Strahlen oder Sandstrahlen und Kugelstrahlen. Strahlmedien und Strahlmittel werden zur Oberflächenstrukturierung und -vorbereitung, zum Ätzen, Finishen und Entfetten von Produkten aus Holz, Kunststoff oder Glas eingesetzt. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Eigenschaften sind die chemische Zusammensetzung und Dichte, die Partikelform und -größe sowie die Schlagfestigkeit.

Siliziumkarbid-Strahlmittel ist spröde und scharf und eignet sich zum Schleifen von Metallen und nichtmetallischen Materialien mit geringer Zugfestigkeit. Kunststoff-Strahlmittel verwendet Kunststoff-Strahlmittel, die empfindlich gegenüber Substraten wie Aluminium sind, aber dennoch für die Entschichtung und Oberflächenbearbeitung geeignet sind. Sandstrahlmittel verwendet hochreine Kristalle, die einen geringen Metallanteil haben. Glasperlenstrahlmittel enthält Glasperlen in verschiedenen Größen.

Stahlgusskorn oder Stahlkorn wird zur Reinigung und Vorbereitung der Oberfläche vor dem Beschichten verwendet. Das Strahlen recycelt das Strahlmittel und ist umweltfreundlich. Diese Methode der Vorbereitung ist hocheffizient bei Stahlteilen wie I-Trägern, Winkeln, Rohren und großen Fertigteilen.

Die verschiedenen Anwendungen der Pulverbeschichtung können alternative Methoden der Vorbereitung wie das Strahlen vor der Beschichtung erfordern. Der Online-Verbrauchermarkt bietet in der Regel einen Strahlservice in Verbindung mit seinem Beschichtungsservice gegen zusätzliche Kosten an.

Eine neuere Entwicklung für die Pulverbeschichtungsindustrie ist die Verwendung von Plasmavorbehandlung für wärmeempfindliche Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Diese Materialien haben typischerweise niederenergetische Oberflächen, sind hydrophob und haben einen geringen Benetzungsgrad, was sich alles negativ auf die Haftung der Beschichtung auswirkt. Die Plasmabehandlung reinigt physikalisch, ätzt und schafft chemisch aktive Bindungsstellen, an denen sich Beschichtungen verankern können. Das Ergebnis ist eine hydrophile, benetzbare Oberfläche, die das Fließen und die Haftung der Beschichtung begünstigt.

PulverauftragsverfahrenBearbeiten

Die gängigste Art, die Pulverbeschichtung auf Metallobjekte aufzutragen, ist das Sprühen des Pulvers mit einer elektrostatischen Pistole oder einer Koronapistole. Die Pistole lädt das Pulver negativ auf, das dann durch mechanisches Sprühen oder Druckluft auf das geerdete Objekt gesprüht und durch die starke elektrostatische Aufladung auf das Werkstück beschleunigt wird. Es gibt eine Vielzahl von Sprühdüsen für den Einsatz in der elektrostatischen Beschichtung. Welcher Düsentyp verwendet wird, hängt von der Form des zu lackierenden Werkstücks und der Konsistenz des Lacks ab. Das Objekt wird dann erhitzt, wobei das Pulver zu einem gleichmäßigen Film schmilzt und anschließend abgekühlt wird, um eine harte Beschichtung zu bilden. Es ist auch üblich, das Metall zuerst zu erhitzen und dann das Pulver auf das heiße Substrat zu sprühen. Das Vorheizen kann helfen, ein gleichmäßigeres Ergebnis zu erzielen, kann aber auch andere Probleme verursachen, wie z. B. Verlaufen durch überschüssiges Pulver. Siehe den Artikel „Schmelzgebundene Epoxidbeschichtungen“

Eine andere Art von Pistole ist eine sogenannte Tribopistole, die das Pulver durch (triboelektrische) Reibung auflädt. In diesem Fall nimmt das Pulver eine positive Ladung auf, während es an der Wand eines Teflonrohrs im Inneren des Pistolenlaufs reibt. Diese geladenen Pulverpartikel haften dann auf dem geerdeten Substrat. Die Verwendung einer Tribo-Pistole erfordert eine andere Pulverrezeptur als die der üblichen Korona-Pistolen. Tribo-Pistolen unterliegen jedoch nicht einigen der Probleme, die mit Korona-Pistolen verbunden sind, wie z. B. Rückionisierung und der Faraday-Käfig-Effekt.

Pulver kann auch mit speziell angepassten elektrostatischen Scheiben aufgetragen werden.

Eine andere Methode des Auftragens von Pulverbeschichtung, die als Fließbett-Methode bezeichnet wird, besteht darin, das Substrat zu erhitzen und es dann in ein belüftetes, pulvergefülltes Bett zu tauchen. Das Pulver haftet und schmilzt an dem heißen Objekt. Eine weitere Erwärmung ist in der Regel erforderlich, um die Beschichtung fertig auszuhärten. Diese Methode wird im Allgemeinen verwendet, wenn die gewünschte Beschichtungsdicke 300 Mikrometer überschreiten soll. Auf diese Weise werden die meisten Geschirrspülmaschinengestelle beschichtet.

Elektrostatische Wirbelschichtbeschichtung

Die elektrostatische Wirbelschichtanwendung verwendet die gleiche Wirbelschichttechnik wie das herkömmliche Wirbelschichttauchverfahren, jedoch mit einer wesentlich größeren Pulvertiefe im Bett. Ein elektrostatisches Aufladungsmedium wird im Inneren des Bettes platziert, so dass das Pulvermaterial aufgeladen wird, wenn die Fluidisierungsluft es anhebt. Die aufgeladenen Pulverpartikel bewegen sich nach oben und bilden eine Wolke aus geladenem Pulver über dem Fließbett. Wenn ein geerdetes Teil durch die geladene Wolke geführt wird, werden die Partikel von seiner Oberfläche angezogen. Die Teile werden nicht wie beim konventionellen Wirbelschicht-Tauchverfahren vorgeheizt.

Elektrostatische Magnetbürsten-Beschichtung (EMB)

Ein Beschichtungsverfahren für flache Materialien, bei dem das Pulver mit einer Walze aufgetragen wird, was relativ hohe Geschwindigkeiten und genaue Schichtdicken zwischen 5 und 100 Mikrometern ermöglicht. Die Basis für dieses Verfahren ist die konventionelle Kopiertechnik. Es ist derzeit in einigen Beschichtungsanwendungen im Einsatz und sieht vielversprechend aus für die kommerzielle Pulverbeschichtung auf flachen Substraten (Stahl, Aluminium, MDF, Papier, Karton) sowie in Sheet-to-Sheet- und/oder Roll-to-Roll-Verfahren. Dieser Prozess kann potenziell in eine bestehende Beschichtungsanlage integriert werden.

AushärtungEdit

DuroplastEdit

Wenn ein duroplastisches Pulver einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird, beginnt es zu schmelzen, fließt aus und reagiert dann chemisch, um ein Polymer mit höherem Molekulargewicht in einer netzwerkartigen Struktur zu bilden. Dieser Aushärtungsprozess, der als Vernetzung bezeichnet wird, erfordert eine bestimmte Temperatur für eine bestimmte Zeitspanne, um die vollständige Aushärtung zu erreichen und die vollen Filmeigenschaften zu erzielen, für die das Material entwickelt wurde.

Die Architektur des Polyesterharzes und die Art des Härters haben einen großen Einfluss auf die Vernetzung.

Gängige Pulver härten bei 200 °C (390 °F)/Objekttemperatur für 10 Minuten aus, im europäischen und asiatischen Markt ist ein Aushärtungsschema von 180 °C (356 °F) für 10 Minuten seit Jahrzehnten Industriestandard, verschiebt sich aber heute hin zu einem Temperaturniveau von 160 °C (320 °F) bei gleicher Aushärtungszeit. Fortschrittliche Hybridsysteme für Innenanwendungen härten bei einem Temperaturniveau von 125-130 °C (257-266 °F) aus, vorzugsweise für Anwendungen auf mitteldichten Faserplatten (MDF); für den Außenbereich geeignete Pulver mit Triglycidylisocyanurat (TGIC) als Härter können bei einem ähnlichen Temperaturniveau arbeiten, während TGIC-freie Systeme mit β-Hydroxyalkylamiden als Härter auf ca. 160 °C (320 °F) liegen.

Der Low-Bake-Ansatz führt zu Energieeinsparungen, insbesondere dann, wenn die Beschichtung von massiven Teilen Aufgabe des Beschichtungsvorgangs ist. Die gesamte Ofenverweilzeit muss nur 18-19 min betragen, um das reaktive Pulver bei 180 °C vollständig auszuhärten.

Eine große Herausforderung für alle Low-Bake-Systeme ist es, gleichzeitig Reaktivität, Ausfließen (Aspekt des Pulverfilms) und Lagerstabilität zu optimieren. Pulver, die bei niedrigen Temperaturen aushärten, haben tendenziell eine geringere Farbstabilität als ihre Pendants mit Standardaushärtung, da sie Katalysatoren enthalten, die die beschleunigte Aushärtung unterstützen. HAA-Polyester neigen eher zum Überbacken als TGIC-Polyester.

Der Aushärtungszeitplan kann je nach den Spezifikationen des Herstellers variieren. Die Anwendung von Energie auf das zu härtende Produkt kann durch Konvektionshärteöfen, Infrarothärteöfen oder durch Laserhärteverfahren erreicht werden. Letzteres weist eine deutliche Verkürzung der Aushärtezeit auf.

UV CureEdit

Ultraviolett (UV)-gehärtete Pulverbeschichtungen sind seit den 1990er Jahren im kommerziellen Einsatz und wurden ursprünglich entwickelt, um wärmeempfindliche MDF-Möbelkomponenten zu veredeln. Diese Beschichtungstechnologie benötigt weniger Wärmeenergie und härtet deutlich schneller aus als thermisch gehärtete Pulverlacke. Typische Ofenverweilzeiten für UV-härtende Pulverlacke liegen bei 1-2 Minuten, wobei die Temperatur des Lacks 110-130°C erreicht. Die Verwendung von UV-LED-Härtungssystemen, die sehr energieeffizient sind und keine IR-Energie aus dem Lampenkopf erzeugen, machen UV-härtende Pulverlacke noch wünschenswerter für die Veredelung einer Vielzahl von wärmeempfindlichen Materialien und Baugruppen. Ein zusätzlicher Vorteil für UV-gehärtete Pulverbeschichtungen ist, dass der gesamte Prozesszyklus, von der Applikation bis zur Aushärtung, schneller ist als bei anderen Beschichtungsmethoden.