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Industrielle Lackierung von Kunststoffen - Herausforderungen und Lösungen

Industrielle Lackierung von Kunststoffen - Herausforderungen und Lösungen
Autor:
Christoph Gruber
Veröffentlicht:
18. Juni 2024
June 7, 2024

Inhaltsverzeichnis

  1. Unterschiede zwischen Kunststoff- und Metallbeschichtungen
  2. Vorbereitung der Oberflächen
  3. Anwendungsmethoden
  4. Besondere Herausforderungen bei Kunststoffbeschichtungen
  5. Einfluss der Lackierung auf die mechanische Festigkeit
  6. Neuentwicklungen bei Lackierungen
  7. Nachhaltige Kunststoffbeschichtung
  8. Fazit

Kunststoffe sind aus nahezu allen Industrie-und Lebensbereichen nicht mehr wegzudenken. Ihre Vielseitigkeit und Leichtigkeit machen sie zu bevorzugten Materialien, jedoch stellen sie bei der Lackierung besondere Herausforderungen dar. In diesem Beitrag beleuchten wir die Hauptprobleme und Lösungen bei der Lackierung von Kunststoffoberflächen und geben Einblicke in innovative Technologien und Verfahren.

1. Unterschiede zwischen Kunststoff- und Metallbeschichtungen

Kunststoffe haben im Vergleich zu Metallen niedrigere Oberflächenenergien und Polaritäten, was zu größeren Haftungsproblemen führt. Während vorbehandelte Metalloberflächen in der Regel eine gute Basis für Beschichtungen bieten, müssen Kunststoffoberflächen sorgfältig vorbereitet werden, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Metalle verfügen über höhere Oberflächenenergien, die eine bessere Benetzung und Haftung von Lacken ermöglichen. Im Gegensatz dazu erfordern Kunststoffe spezielle Vorbehandlungstechniken wie Reinigung, Aufrauen oder chemische Modifikation, um die Haftung zu verbessern. Dies liegt daran, dass Kunststoffe oft weniger polare Gruppen aufweisen, die für eine starke Bindung notwendig sind.

2. Vorbereitung der Oberflächen

Ein entscheidender Schritt bei der Lackierung von Kunststoffen ist die Reinigung der Substrate. Der Beginn mit einer sauberen Oberfläche ist essentiell um eine gute Beschichtungshaftung zu gewährleisten. Oftmals enthalten Kunststoffe kleine Mengen an Formfreisetzungsmitteln, Ölen oder Schleifstaub, die entfernt werden müssen. Solche Verunreinigungen können das Endprodukt beeinträchtigen und müssen daher vor dem Grundieren entfernt werden. Die meisten Kunststoffe werden durch Wasch- und Lösungsmittelreinigung vorbereitet. Dieser Prozess muss jedoch sorgfältig überwacht werden, da Rückstände die Haftung und das Erscheinungsbild beeinträchtigen können. Adhäsion kann durch Waschmittelrückstände beeinträchtigt werden, was zu Wasserflecken und anderen Erscheinungsbildproblemen führen kann. Die Benetzbarkeitstestung kann hier helfen, die Wirksamkeit der Reinigung zu überprüfen. Die Medizintechnik ist ein hervorragendes Beispiel für die Wichtigkeit der ordnungsgemäßen Reinigung.

3. Anwendungsmethoden

Konventionelles Luftspray

Das konventionelle Luftspray-Verfahren verwendet Druckluft, um den Lack in feine Tröpfchen zu zerstäuben und gleichmäßig auf die Kunststoffoberfläche zu sprühen. Diese Methode ermöglicht eine präzise Steuerung des Lackauftrags und ist besonders für kleinere und komplex geformte Kunststoffteile geeignet. Ein Nachteil ist der höhere Farbverlust durch Overspray, was die Effizienz der Methode verringert.

Abbildung 1: Aufbringen des Lackes mit einer Druckluft-Lackierpistole

Luftloses Spritzen

Beim luftlosen Spritzen wird der Lack unter hohem Druck durch eine spezielle Düse gepresst, ohne dass zusätzliche Druckluft verwendet wird. Diese Technik erzeugt größere Tröpfchen und ermöglicht eine dickere und gleichmäßigere Lackschicht auf Kunststoffoberflächen. Luftloses Spritzen ist ideal für größere Kunststoffteile, da es weniger Overspray und eine höhere Auftragsrate bietet. Es erfordert jedoch spezielle Ausrüstung und kann für sehr feine Arbeiten weniger geeignet sein.

Elektrostatische Beschichtung

Die elektrostatische Beschichtung nutzt elektrische Ladung, um den Lack auf die Kunststoffoberfläche zu ziehen und haften zu lassen. Der Lack wird dabei elektrostatisch aufgeladen und haftet aufgrund der entgegengesetzten Ladung am Kunststoff. Diese Methode bietet eine sehr gleichmäßige Beschichtung und minimiert den Farbverlust durch Overspray. Elektrostatische Beschichtungen erfordern jedoch eine leitfähige Grundierung und spezielle Ausrüstung. Sie sind besonders effizient für großflächige und geometrisch komplexe Kunststoffteile.

Abbildung 2: Hochglanz Lackierung von CFK Faserverbundteilen

Tauchbeschichtung

Bei der Tauchbeschichtung wird das gesamte Kunststoffteil in ein Tauchbad mit Lack getaucht. Diese Technik sorgt für eine vollständige und gleichmäßige Beschichtung, einschließlich schwer zugänglicher Bereiche. Sie ist besonders geeignet für kleine bis mittelgroße Kunststoffteile und kann sowohl für Grundierungen als auch für Decklacke verwendet werden. Die Tauchbeschichtung ist effizient und reduziert den Materialverlust, erfordert jedoch eine sorgfältige Kontrolle der Viskosität und der Zusammensetzung des Tauchbads.

4. Besondere Herausforderungen bei Kunststoffbeschichtungen

Kunststoffe stellen bei der Lackierung spezifische Herausforderungen dar. Neben allgemeinen Problemen wie Cratering (Kraterbildung), Crawling (Kraterlauf), Telegraphing (Telegraphie-Effekt) und Delamination (Ablösung) treten bei Industrielacken für Kunststoffe auch besondere Probleme auf. Dazu gehören Glasfaser-Durchscheinen (Fibre Read-Through), Bondline-Auslesung, Vergasung und Mikropopping. Diese Probleme erfordern spezielle Lösungen und Anpassungen im Beschichtungsprozess.

  • Glasfaser-Durchscheinen: Dies bezieht sich auf die Sichtbarkeit von Glasfasern durch die Lackierung.
  • Bondline-Auslesung: Dies bezieht sich auf die Sichtbarkeit von Verbindungsstellen.
  • Blasenbildung (Outgassing): Blasenbildung tritt auf, wenn während des Aushärtungsprozesses Gase aus dem Kunststoff freigesetzt werden. Diese Gase können aus dem Material selbst oder aus Resten von Lösungsmitteln und Additiven stammen.
  • Nadelstiche (Pinholes): Nadelstiche sind kleine Löcher oder Vertiefungen, die in der Beschichtung erscheinen. Diese können durch eingeschlossene Gase, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen entstehen.

Diese spezifischen Herausforderungen machen die Lackierung von Kunststoffen zu einer besonders anspruchsvollen Aufgabe, die eine sorgfältige Planung und Durchführung erfordert.

5. Einfluss der Lackierung auf die mechanische Festigkeit

Die Lackierung kann die mechanische Festigkeit von Kunststoffen auf drei Arten beeinflussen:

Chemische Einflüsse: Lösungsmittel in der Farbe können den Kunststoff angreifen, was die Haftung verbessert, aber auch zu chemischen Veränderungen oder Schäden an der Oberfläche führen kann.

Thermische Einflüsse: Hohe Temperaturen können die Lösungsmitteldiffusion fördern und lösemittelbezogene Effekte beschleunigen, Spannungen im Kunststoffteil entlasten und Schrumpfungen der Farbe während des Aushärtungsprozesses verursachen.

Mechanische Einflüsse: Die Festigkeit und Steifigkeit der Farbe unterscheiden sich von denen des Kunststoffs, was zu Rissen in der Farbe führen kann, die durch mechanische Belastungen entstehen.

6. Neuentwicklungen bei Lackierungen

Einschichtaufbauten

Eine der bedeutendsten Neuentwicklungen in der Lackierung von Kunststoffen ist der Einsatz von Einschichtaufbauten. Diese fortschrittlichen Lacke kombinieren die Funktionen von Grundierung, Zwischen- und Decklack in einer einzigen Schicht. Diese Innovation bringt mehrere Vorteile mit sich:

  • Reduzierte Prozesszeiten: Da nur eine Schicht aufgetragen werden muss, verkürzen sich die Lackierzeiten erheblich. Dies führt zu einer schnelleren Produktionsabwicklung und ermöglicht eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit.
  • Kosteneffizienz: Die Reduktion der benötigten Schichten bedeutet weniger Materialverbrauch und niedrigere Arbeitskosten. Dies macht den Prozess wirtschaftlicher und wettbewerbsfähiger.
  • Umweltfreundlichkeit: Durch den geringeren Materialverbrauch und weniger Emissionen wird die Umweltbelastung minimiert. Einschichtlacke enthalten oft weniger flüchtige organische Verbindungen (VOCs), was zu einer saubereren Produktion beiträgt.
  • Hervorragende Eigenschaften: Trotz der Vereinfachung des Lackierprozesses bieten Einschichtaufbauten eine hohe Beständigkeit gegen mechanische Belastungen, Chemikalien und Witterungseinflüsse. Sie zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Deckkraft und einen ansprechenden Glanz aus.

Diese Innovation ermöglicht es, die Effizienz der Lackierung zu steigern, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen.

Alternativen zum Galvanisieren mit Chrom VI

Das Galvanisieren mit Chrom VI wird zunehmend aufgrund seiner gesundheitsschädlichen und umweltschädlichen Eigenschaften ersetzt. Neue Lacksysteme bieten ähnliche Schutz- und Dekorationseigenschaften, sind jedoch sicherer und umweltfreundlicher.

  • Gesundheit und Sicherheit: Im Vergleich zu Chrom VI sind diese Alternativen weniger toxisch und reduzieren das Risiko von Gesundheitsproblemen bei den Arbeitern sowie Umweltbelastungen.
  • Vielfalt und Anpassungsfähigkeit: Diese Lacksysteme bieten eine größere Vielfalt an Farben und Glanzgraden, was mehr Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet. Sie sind anpassungsfähig an verschiedene industrielle Anforderungen und können für viele Anwendungen eingesetzt werden.
  • Effizienz und Schnelligkeit: Die neuen Lacke sind einfacher und schneller aufzutragen, was die Effizienz des Lackierprozesses erhöht und gleichzeitig die Kosten reduziert.

7. Nachhaltige Kunststoffbeschichtung

Nachhaltigkeit gewinnt in der Lackierbranche zunehmend an Bedeutung. Auch unser Unternehmen setzt auf umweltfreundliche und ressourcenschonende Verfahren, um eine hohe Qualität der Kunststoffbeschichtung zu gewährleisten.

Optimierte Lackierverfahren

Unser Unternehmen nutzt innovative Lackierverfahren, die nicht nur die Qualität, sondern auch die Nachhaltigkeit verbessern:

  • Wasserbasierte Lacke: Diese Lacke enthalten weniger flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und sind daher umweltfreundlicher als traditionelle lösemittelbasierte Lacke. Sie reduzieren die Emission von schädlichen Chemikalien und verbessern die Luftqualität in der Lackierumgebung.
  • 2K PU-Lacke: Bewährt haben sich vor allem 2-Komponenten-Polyurethan-Lacke (2K PU-Lacke). Diese Lacke bieten eine ausgezeichnete Haftung und sind beständig gegen Abrieb, Chemikalien und Witterungseinflüsse. Sie sind ideal für die Beschichtung von Kunststoffteilen und tragen zur Verlängerung der Lebensdauer der Produkte bei.

Materialeffizienz und Abfallreduktion

Die präzise Anwendung und Kontrolle der Lackierprozesse trägt zur Materialeffizienz bei:

  • Genaue Lackdosierung: Durch den Einsatz moderner Spritztechnologien wird die Menge des aufgetragenen Lacks genau dosiert, was den Materialverbrauch reduziert und Überschuss vermeidet.
  • Minimierung von Abfällen: Die Verwendung von effizienten Lackierkabinen und Filtersystemen sorgt dafür, dass Overspray und Abfallprodukte auf ein Minimum reduziert werden. Dies trägt zu einer sauberen und umweltfreundlichen Produktion bei.

Hochwertige Beschichtungen und Beständigkeit

Unsere Beschichtungsverfahren verbessern nicht nur die Optik, sondern auch die Funktionalität der Kunststoffteile:

  • Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse: Die lackierten Oberflächen sind widerstandsfähig gegen UV-Strahlung, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen. Dies erhöht die Lebensdauer der Produkte und reduziert die Notwendigkeit für häufige Nachbearbeitungen.
  • Chemische Beständigkeit: Die Lacke schützen die Oberflächen vor chemischen Einflüssen wie Ölen, Fetten und Lösungsmitteln, was besonders in industriellen Anwendungen von Vorteil ist.

Umweltfreundliche Technologien

Neben den verwendeten Materialien setzen wir auf Technologien, die den Energieverbrauch und die Umweltbelastung minimieren:

  • UV-härtende Lacke: Diese Lacke härten unter UV-Licht schnell aus und reduzieren den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Trocknungsverfahren. Sie sind besonders effizient und tragen zur Nachhaltigkeit des Lackierprozesses bei.
  • Mehrschichtaufbauten: Durch den Einsatz von Einschicht- und Mehrschichtlacken können wir die Anzahl der erforderlichen Lackierdurchgänge reduzieren. Dies spart Zeit und Ressourcen, ohne die Qualität der Beschichtungen zu beeinträchtigen.

Abbildung 3: Resultat einer hochwertigen Lackierung für die Medizintechnik

8. Fazit

Die Lackierung von Kunststoffoberflächen stellt eine komplexe und herausfordernde Aufgabe dar, die spezielle Vorbehandlungstechniken und innovative Anwendungsmethoden erfordert. Unterschiede zwischen Kunststoff- und Metallbeschichtungen sowie spezifische Probleme wie Haftungs- und Erscheinungsbildprobleme machen eine sorgfältige Planung und Ausführung unverzichtbar. Fortschritte in der Lackiertechnologie, wie die Einführung von Einschichtaufbauten und Alternativen zu Chrom VI, bieten erhebliche Vorteile hinsichtlich Effizienz, Kosten und Umweltfreundlichkeit. Nachhaltige Verfahren und Materialien, wie wasserbasierte Lacke und UV-härtende Beschichtungen, tragen zudem zu einer umweltfreundlicheren Produktion bei, ohne die Qualität und Beständigkeit der Beschichtungen zu beeinträchtigen. Diese Entwicklungen zeigen, dass es möglich ist, die Herausforderungen der Kunststofflackierung erfolgreich zu meistern und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren.