Kunststoffteile effizient lackieren

In zahlreichen Branchen ermöglichen Kunststoffe, Bauteile mit geringerem Gewicht kostengünstiger und/oder funktionsintegriert herzustellen. Geht es darum, das Produkt mit einer attraktiven Optik, hoher Widerstandsfähigkeit gegen mechanische, chemische und physikalische Angriffe oder auch speziellen funktionalen Merkmalen wie beispielsweise einer angenehmer Haptik und Cremebeständigkeit auszustatten, kommt die Lackierung ins Spiel. Dabei sind die Anforderungen an die Qualität der Beschichtung in den letzten Jahren enorm gestiegen. Gleichzeitig machen der globale Wettbewerb und schärfere Umweltvorschriften immer effizientere und nachhaltigere Lackierprozesse erforderlich. Die Erhöhung der Flexibilität ist ein weiteres Thema, das lackierende Unternehmen beschäftigt.

Effektivität in der Vorbehandlung erhöhen
Die geringe Oberflächenenergie von Kunststoffen stellt bei deren Lackierung eine wesentliche Herausforderung dar. Rückstände aus der Bauteilherstellung, beispielsweise Trennmittel, Wachse, Additive sowie Verunreinigungen durch Transport und Lagerung wie etwa Staub, können die Beschichtungsqualität ebenfalls beeinträchtigen. Darüber hinaus stellt der Trend zu wasserbasierenden Lacken und Prozess reduzierten Beschichtungen höhere Anforderungen an die Substratoberflächen. Dies macht eine zuverlässige Reinigung beziehungsweise Vorbehandlung der Substratoberfläche unverzichtbar. Klassischerweise kommt für die Reinigung ein mit wässrigen Medien arbeitendes Powerwash-System mit nachgeschaltetem Haftwassertrockner zum Einsatz. Immer häufiger wird dieser jedoch durch eine CO2-Schneestrahlreinigung ersetzt. Dies liegt einerseits an den Einsparungen von bis zu 50% bei den Investitions-, bis zu 20% bei den Betriebskosten und bis zu 80% beim Flächenbedarf. Andererseits lassen sich die schlanken Systeme einfach in die Lackierlinie integrieren und Reinigungsprozesse automatisieren, wobei Verunreinigungen auch aus sehr filigranen Bauräumen zuverlässig entfernt werden. Ein weiterer Vorteil des trockenen Verfahrens ist eine erhöhte Designfreiheit für die Bauteilkonstruktion. Denn es muss nicht mehr darauf geachtet werden, dass die Teile keine wasserschöpfenden Geometrien aufweisen.
Dies trifft auch auf Plasmaverfahren zu, mit denen sich vor allem dünne organische Verunreinigungen entfernen lassen. Dafür stehen zwei unterschiedliche Techniken zur Verfügung: Beim Niederdruckplasma erfolgt die Behandlung in geschlossenen Kammern unter Vakuum. Dies ermöglicht es, Werkstücke mit komplizierter Geometrie als Schüttgut oder Einzelteile zu behandeln, und es ist der Einsatz unterschiedlichster Prozessgase möglich. Unter Umgebungsdruck arbeiten die direkte und indirekte Corona-Entladung (dielektrische Barrierenentladung). Bei der ersten Variante trifft die Entladung (Plasma) direkt auf das Werkstück. Beim indirekten Atmosphärendruckplasma, bei dem so genannte Plasmaköpfe (Düsen) eingesetzt werden, erfolgt die Entladung am Plasmakopf und wird mit Druckluft auf die zu bearbeitende Oberfläche geleitet.
Während der Plasmabehandlung erfolgt eine gleichzeitige Reinigung und Aktivierung der Oberfläche. Diese Doppelfunktion basiert auf den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Verfahrens: Im Niederdruckplasma «bombardieren» frei gewordene Atome die Oberfläche des zu reinigenden Bauteils. Dies wirkt wie ein Mikrosandstrahlen im Nanometerbereich, wodurch anhaftende organische Verschmutzungen wie Öle und Fette und zum Teil auch anorganische entfernt werden. Gleichzeitig reagieren freie Ionen und Elektronen mit der Oberfläche und bilden so polare Gruppen. Dies führt dazu, dass die Oberflächenspannung auf einen für den nachfolgenden Lackierprozess optimalen Wert gebracht wird. Die Oberfläche wird also sehr gut benetzbar, was beim Einsatz von wasserbasierenden Lacken auf Metallen und der Beschichtung schwer lackierbarer Kunststoffe für einen optimalen Lackverlauf sorgt und dazu beiträgt, Ausschuss zu verringern.

Mit weniger Prozessschritten zur optimalen Oberfläche
Füllerlose Lacksysteme sind bei der Fahrzeuglackierung global auf dem Vormarsch. Die Funktion des Füllers übernimmt dabei üblicherweise ein Wasserbasis-Lacksystem. Im Vergleich zu herkömmlichen Lackierprozessen lassen sich damit durch den Wegfall der Zwischentrocknung 15 bis 20% der erforderlichen Energie einsparen. Zudem verkürzt sich die Prozesszeit entsprechend. Gleichzeitig reduziert der füllerlose Prozess die Lösemittelemissionen und macht den Füller-Anlagenbereich überflüssig. Diese ökonomischen und ökologischen Vorteile haben zwischenzeitlich einen Trend ausgelöst, bei der Beschichtung von Kunststoffteilen auf eine Zweischichtlackierung ohne Primer umzustellen. Im Serieneinsatz sind hier für Spritzgussteile mit hochglänzender Oberfläche bereits auch Lösungen für einen nur einschichtigen Lackaufbau.
UV-Lacke auf dem Vormarsch
Grundsätzlich erfordert eine hochwertige und effiziente Kunststofflackierung ein optimal auf das Substrat, die Anlagentechnik und Anforderungen abgestimmtes Lacksystem. Nicht selten führt dies dazu, dass Lacke speziell entwickelt werden. Meistens erfolgen eine individuelle Einstellung von Farbton und Glanzgrad sowie die Anpassung für die Nass-in-Nass-Lackierung.
Deutlich an Bedeutung gewonnen – speziell bei der Lackierung flächiger Substrate – hat die UV-Technologie. Dies liegt sowohl an der realisierbaren Kostenoptimierung durch die sehr kurze Trocknungszeit ohne Aufheiz- und Abkühlprozesse als auch an der zu erreichenden Qualitätsverbesserung. Hier ist vor allem die grosse erreichbare Härte der UV-Lacke zu nennen, und dies bei deutlich reduzierten oder überhaupt keinen VOC-Emissionen. Geht es um die Beschichtung grösserer und komplexerer Werkstücke, eröffnen sich durch die UV-Härtung unter Inertgas-Atmosphäre neue Möglichkeiten. Die Gasfüllung bewirkt eine höhere Strahlungsintensität, wodurch man die Strahler weiter entfernt anordnen kann und beispielsweise auch Teile mit Hinterschneidungen gleichmässig aushärten. Um die UV-Technologie auch bei bestehenden Lackieranlagen einzusetzen, ist eine entsprechende Umrüstung beziehungsweise Ergänzung mit UV-Einrichtungen erforderlich.

Materialsparend lackieren
Nicht nur die durch höhere Rohstoffpreise deutlich gestiegenen Lackkosten sondern auch Umweltaspekte fordern dazu auf, Einsparpotenziale im Lackierprozess zu realisieren. Ein Ansatz dabei ist, mögliche Verlustquellen wie beispielsweise Zerstäuber-Overspray, Lackwechselverluste bei der Applikation und in der Lackversorgung auszuschalten. Häufig lässt sich dies durch punktuelles Umbauen schnell und zielführend realisieren. Eine Möglichkeit besteht in der Erhöhung des Auftragswirkungsgrades durch eine an die Werkstückgeometrie angepasste Spritzstrahlausbildung sowie den Einsatz elektrostatisch unterstützter Lackierpistolen und Hochrationszerstäuber. Mit Letzteren werden Auftragswirkungsgrade von über 90% erreicht. Dazu tragen beim Einsatz von Hydrolacken auch neue, direkt am Roboterarm platzierte Potenzialtrennsysteme bei. Sie sorgen zudem für einen minimierten Spülmitteleinsatz und verkürzte Farbwechselzeiten. Zudem eröffnen die feinen Zerstäubungsbilder, die mit elektrostatischen Hochrotationszerstäubern erzielt werden, auch die Möglichkeit, die Luftsinkgeschwindigkeit in der Kabine zu verringern und damit Energieeinsparungen zu realisieren.
Die Erhöhung des Automatisierungsgrades durch Roboter führt ebenfalls zu einem geringeren Lackverbrauch. Weitere Vorteile dabei sind die höhere Reproduzierbarkeit des Lackierergebnisses und verringerter Ausschuss. Ein anderer positiver Nebeneffekt des Einsatzes von Lackierrobotern besteht darin, dass man für die Konditionierung der Lackierkabine einfacher von Frisch-Abluft-Systemen auf Umluftsysteme umstellen kann. Dadurch können sich Energieeinsparungen in einer Grössenordnung von 60 bis 70% ergeben.
Eine «intelligente» Lacklogistik führt ebenfalls zu einem verringerten Materialverbrauch. Die Molchtechnik beispielsweise ermöglicht es, nicht verarbeiteten Lack aus den Leitungen zurückzugewinnen oder für Sonderlackierung genau definierte Lackmengen zur Applikationstechnik zu fördern. Dies gewährleistet auch bei der Lackierung kleiner Losgrössen einen ausgesprochen sparsamen Umgang mit dem Lack.

 

Durch eine an die Werkstückgeometrie angepasste Spritzstrahlausbildung sowie den Einsatz elektrostatisch unterstützter Lackierpistolen und Hochrationszerstäuber lässt sich der Auftragswirkungsgrad signifikant erhöhen. (Bild: Wagner)

Neben höherer Reproduzierbarkeit und verringertem Ausschuss reduziert ein erhöhter Automatisierungsgrad durch Roboter auch den Lackverbrauch. (Bild: Reiter)

Deutliche Einsparungen bei den Investitions- und Betriebskosten, ein wesentlich geringerer Flächenverbrauch sowie die einfache Automatisierbarkeit und Integration der Reinigung in den Lackierprozess sind die Gründe für den Trend zur CO2-Schneestrahlreinigung. (Bild: Venjakob)

Beim elektrostatischen Auftrag eines wasserlöslichen Basislacks auf Spiegelgehäuse sorgt der in Lackierroboter integrierbare «VarioCharger» neben einer zuverlässigen Potenzialtrennung auch für minimale Lackverluste und Farbwechselzeiten. (Bild: Eisenmann)

 

 

PaintExpo Die internationale Leitmesse für industrielle Lackiertechnik «PaintExpo», die vom 17. bis 20. April 2012 auf dem Messegelände Karlsruhe (D) stattfindet, deckt die gesamte Prozesskette der Lackiertechnik ab und bietet einen umfassenden Überblick über die neusten Entwicklungen für das Nasslackieren, Pulverbeschichten und Coil Coating von der Vorbehandlung bis zur Qualitätskontrolle. Das Ausstellungsspektrum umfasst Anlagen- und Applikationstechnik, Lacke, Trocknungs- und Vernetzungssysteme, Transportsysteme, Automatisierungslösungen und Lackierroboter, Vorbehandlung, Test- und Messtechnik, Qualitätskontrolle, Umwelt- und Filtrationstechnik, Zubehör, Verbrauchsmaterialien, Dienstleistungen, Entlacken und Fachliteratur. Es nehmen nahezu alle führenden Anbieter teil. Das umfassende und repräsentative Angebot ermöglicht die gezielte und detaillierte Information sowie den direkten Vergleich unterschiedlicher Systeme und Verfahren an einem Ort. FairFair GmbH Max-Eyth-Strasse 19 – D-72644 Oberboihingen Tel. +49 7022 602 55 10 – Fax +49 7022 602 55 77 info@paintexpo.de – www.paintexpo.de