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Alternative zum Lackieren von Carbon-Composite Bauteilen

by Martin Hintsteiner

Aufgrund der vielen Vorteile der Pulverbeschichtung ist es leicht zu verstehen, warum man dieses Verfahren auf jedem Material anwenden möchte. Leider ist einer der wenigen Nachteile der Pulverbeschichtung, dass sie in einem heißen Ofen ausgehärtet werden muss, um eine ordnungsgemäße Vernetzung sicherzustellen. Dies bedeutet, dass das Material auf welchem die Beschichtung aufgetragen wird in der Lage sein muss, dieser Hitze standzuhalten.

Carbon-PulverbeschichtenAbbildung 1: Carbon Pulverlack

Kunststoffe sind temperaturempfindliche elektrisch isolierende Werkstoffe und nur bedingt für die elektrostatische Pulverbeschichtung geeignet. Die Pulverbeschichtung ist vor allem bei Metallen bekannt, da diese elektrisch leitfähig sind. Das Aufbringen einer Beschichtung ist im Vergleich zu Alternativen, wie der Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung, oft sehr kostengünstig. Die Verwendung von unlegiertem Stahl in Verbindung mit einer Duplex Beschichtung verhindert eine Korrosion und kann kostengünstiger sein, als die Verwendung von Edelstahl. Aus diesem Grund sind Beschichtungen sehr verbreitet, wobei eine der beliebtesten Methoden die Pulverbeschichtung ist.

Inhaltsverzeichnis:
1. Was ist Pulverbeschichten?
2. Wie funktioniert die Beschichtung?
3. Pulverbeschichten von Faserverbund-Werkstoffen (Carbon)
4. Was sind die Vorteile von pulverbeschichteten Oberflächen
5. Anwendungsbereiche
6. Fazit

Was ist Pulverbeschichten?

Diese Art der Oberflächenbeschichtung ist funktionell, dekorativ und in nahezu allen Farben erhältlich. Die Pulverbeschichtung bildet eine Schutzschicht, welche das Material vor Korrosion schützt und das Werkstück optisch aufwertet. Im Gegensatz zu anderen Beschichtungsverfahren handelt es sich bei der Pulverbeschichtung um ein Trockenbeschichtungsverfahren.

Carbon-Oberfläche

Abbildung 2: Pulver auf Basis von Polyesterharz

Wie funktioniert die Beschichtung?

Das Kunststoffpulver wird nach chemischer  oder mechanischer Vorbehandlung elektrostatisch auf das zu beschichtete Bauteil mittels einer speziell dafür vorgesehenen Sprühpistole aufgetragen. Durch eine integrierte Hochspannungskaskade in der Sprühpistole entsteht eine Negativspannung, welche die einzelnen Partikel von der Düse bis zum Werkstück negativ auflädt. Dadurch wird eine feine gleichmäßige Sprühwolke erzeugt, welche auf dem geerdeten Werkstück haftet. Anschließend wird das beschichtete Teil in einen Härteofen bei ca.  +160° erwärmt. Das aufgetragene Pulver reagiert durch die Temperatur und bildet eine dauerhafte, dekorative Oberflächenschicht.

Pulverbeschichten-Carbon

Abbildung 3: Elektrostatische Aufbringung eines Lack-Pulvers

Pulverbeschichten von Faserverbund-Werkstoffen (Carbon)

Die Nachfrage nach energieeffizienten Fahrzeugen beschleunigt den Einsatz von Leichtbauwerkstoffen.  Carbon Kohlefaser und Faserverbund sind die Zukunftsmaterialien welche leichter, fester und korrosionsbeständiger sind als Metalle. Im Moment gehört lackieren zu den gängigsten Veredelungsmöglichkeiten dieser Werkstoffe. Pulverbeschichten hat gegenüber sonstigen flüssigen Beschichtungen den Vorteil, dass die Schichtdicke um ein vielfaches höher ist. Kunststoffe haben jedoch in Bezug auf dieses Verfahren den Nachteil eines relativ niedrigen Schmelzpunktes, wodurch das Einbrennen des herkömmlichen Materials nicht möglich ist. Es gibt jedoch die Möglichkeit einen Niedertemperatur-Binder zu wählen der es ermöglicht die Aushärtetemperatur stark zu reduzieren. Somit werden im Bereich der Leichtbau-Werkstoffe neue Möglichkeiten hervorgerufen. 

Buntes-Carbon

Abbildung 4: Leichtbau-Gehäuse aus Carbon beim Beschichtungsvorgang

Was sind die Vorteile von pulverbeschichteten Oberflächen?

Aufgrund des Gewichtsvorteils und der Designfreiheit von Kunststoffbauteilen verdrängen diese immer mehr Metalle vom Markt. Dies ist auch der Grund dafür, dass die Anforderungen immer höher werden und Standardoberflächen nicht mehr ausreichend sind.  Ob es die Hygienevorschriften in einem Krankenhaus sind oder die rauen Umweltbedingungen auf hoher See. Das Beschichten mit Pulver erfordert im Gegensatz zu allen anderen Beschichtungstechniken keine Lösemittel. Dadurch wird die Witterungsbeständigkeit und auch die Chemikalien-Beständigkeit um ein vielfaches höher.

  • nachträgliches Bearbeiten (Bohren, Schleifen) verursacht kein Abblättern der Oberfläche
  • Oberfläche ist mechanisch belastbar und es entstehen keine Risse
  • Extrem Witterungsbeständig
  • Sehr Robust und Schlagfest
  • Chemikalienbeständig
  • UV-Beständigkeit
  • Große Farbauswahl und unterschiedliche Texturen
  • Antibakteriell für hohe Hygieneanforderungen
  • Lebensmittelecht

Anwendungsgebiete

Neben der Automobilindustrie kommt das Pulverlackverfahren auch vermehrt in Nischenindustrien zum Einsatz.

Im Militärischen Bereich werden beispielsweise extreme Anforderungen an Material und Oberfläche gestellt. Der Leichtbau von taktischen Fahrzeugen stellt einen der wichtigsten Faktoren für die Zukunft dar. CFK Faserverbund wurde nach jahrelanger Erprobung und unzähligen Qualitätsprüfungen als Werkstoff der Zukunft in die Liste der zu verwendeten Materialen aufgenommen. Der Oberflächenschutz ist daher ein wichtiger Faktor! Die Bauteile werden ständig massiven Umweltbelastungen ausgesetzt und müssen für eine Dekontamination geeignet sein.

AMPV-RheinmetallAbbildung 5: Umweltbedingungen für Kunststoff-Formteile nach STANAG Richtlinien (© Rheinmetall) 

In der Medizin- und Pharmaindustrie müssen alle verwendeten Produkte einen besonderen Oberflächenschutz aufweisen. Hochreine bzw. nicht magnetische Oberflächen sind das oberste Gebot in der Medizintechnik. Durch die steigenden Hygieneanforderungen müssen alle noch so kleinen Spalten und Schnittstellen gegen das Eindringen von Schmutz und Bakterien versiegelt werden. Hierfür ist die Pulverbeschichtung ein ideales Verfahren.

Carbon-LebensmittelechtAbbildung 6: Biokompatible Oberfläche für die Medizintechnik

Fazit

Wer seine Produkte pulverbeschichten lässt, steigert einerseits die Widerstandsfähigkeit und erhält andererseits eine hochwertige Optik. Die gleichmäßige und geschlossene Oberfläche verhindert das Eindringen von Schmutz und Chemikalien. Im Kunststoffbereich ersetzt das Pulverbeschichten sicherlich nicht das flüssige Lackierverfahren, jedoch wird in Zukunft mehr und mehr auf die „trockene Technik“ umgestellt, um die umweltbelasteten Lösungsmittel zu reduzieren.  

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Martin Hintsteiner

Geschäftsführer HINTSTEINER GROUP Experte Carbontechnik & Kunststofftechnik

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Carbon CFK Autoklaventechnik Herstellung.jpg

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