Oberflächentechnik Wie beeinflusst die Blechtopografie das Lackierergebnis?

Autor / Redakteur: Christian Hager, Matthias Schneider und Oliver Tiedje, Fraunhofer IPA / Stéphane Itasse

Neben den funktionalen Eigenschaften einer Lackierung spielen die dekorativen Eigenschaften eine immer wichtigere Rolle. Sie werden vor allem durch Farbe, Glanz, Abbildungsschärfe, Effekt sowie Oberflächenstruktur der Lackschicht geprägt. Letztere wird von den Materialeigenschaften des Lacks, den Applikations- und Prozessbedingungen sowie der Rauigkeit des Substrats bestimmt.

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Bild 1: Vor allem in der Automobilindustrie kommt dem Erscheinungsbild der Lackoberfläche eine immer größere Bedeutung zu.
Bild 1: Vor allem in der Automobilindustrie kommt dem Erscheinungsbild der Lackoberfläche eine immer größere Bedeutung zu.
(Bild: Eisenmann)

Wegen der Bedeutung der Lackoberfläche vor allem in der Automobilindustrie kann ein ungenügendes, uneinheitliches Erscheinungsbild der Lackierung die Umsetzung von Innovationen behindern, zum Beispiel im Leichtbau oder bei der füllerlosen Beschichtung. Im Leichtbau besteht die Herausforderung darin, auf Multisubstraten einen Flickenteppich im Erscheinungsbild (Appearance) zu vermeiden.

Ressourceneffizienz und Lackqualität sollen zugleich erreicht werden

Bei der füllerlosen Beschichtung besteht ein Zielkonflikt zwischen Ressourceneffizienz und Lackfilmverlauf. Einerseits können bei Wegfall der Füllerschicht über 10 % an Primärenergie eingespart werden. Andererseits findet jedoch aufgrund der niedrigeren Gesamtschichtdicke eine stärkere Abbildung (Telegraphing) der Untergrundstruktur auf die Decklackoberfläche statt.

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Bei der Entstehung der Oberflächenstrukturen auf Lackfilmen muss zwischen zwei Hauptursachen unterschieden werden, dem Lack-Eigenverlauf beziehungsweise der -struktur sowie der mehr oder weniger starken Abbildung der Untergrundstruktur auf die Oberfläche der applizierten Lackschicht. Bei genauerer Betrachtung ergibt sich eine Untergliederung in die folgenden Einzelentstehungsmechanismen [1-2]:

  • Strukturbildung durch Lacktröpfchenüberlagerung auf dem Substrat („Ausgangsgebirge“, Bild 2),
  • oberflächenspannungsgetriebener Filmverlauf (Orchard-Verlauf [3]),
  • Einfluss der Schwerkraft bei waagrechter beziehungsweise senkrechter Lage,
  • fließinduzierte Strukturentstehung auf welligem Untergrund bei senkrechter Lage (Bild 3) und
  • teilweise Abbildung des Substratprofils auf die Lackoberfläche aufgrund der durch die Verdunstung des Lösemittels hervorgerufenen Filmschrumpfung (Schrumpfungsabbildung, Bild 4).

Durch Oberflächenspannungskräfte werden Ausgleichsströmungen in Gang gesetzt, die eine teilweise Einebnung des Ausgangsgebirges bewirken (Lackfilmverlauf). Durch den Viskositätsanstieg aufgrund der Lösemittelverdunstung kommen die Verlaufsvorgänge jedoch nach und nach zum Stillstand. Dieser durch den Spritzvorgang auf einem glatten Substrat erzeugte Anteil der Orangenhautstruktur wird als Eigenstruktur bezeichnet.

Beschichtungsuntergrund entscheidend für Struktur des Decklacks

Besitzt der Beschichtungsuntergrund ein Profil mit nicht verschwindender Profiltiefe, so findet über zwei voneinander zu unterscheidende Mechanismen eine Abbildung des Untergrundprofils auf die Oberfläche des applizierten Lackfilms statt. In der Automobillackierung zum Beispiel kann die Untergrundabbildung einen überwiegenden Anteil an der Orangenhautstruktur der Decklackschicht ausmachen, besonders wenn die Lacke einen guten Eigenverlauf besitzen.

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