Industrielle Pulverbeschichtung : Grundlagen, Verfahren, Praxiseinsatz

Mit diesem Fachbuch liegt ein umfassendes Praxisnachschlagewerk auf dem Gebiet der Industriellen Pulverbeschichtung vor. Es bietet eine systematische und vollständige Beschreibung der Grundlagen, Anwendungen und Verfahren zur sicheren Beherrschung von Prozessen. In ausführlicher Form werden die Methoden zur Lackherstellung, Eigenschaften der Pulverlacktypen, Applikationstechnik und Mess- und Prüfmethoden anschaulich vorgestellt und behandelt. Die Vorbehandlung sowie das Trouble-Shooting bei Lackfehlern und deren Vermeidung bilden Schwerpunkte dieses Buches. Darüber hinaus werden die Umwelt- und Energieaspekte bei der Herstellung und Anwendung von Pulverlacken berücksichtigt. Die vorliegende Auflage wurde überarbeitet und aktualisiert und das Kapitel "Fehler in der Beschichtung" wurde neu gestaltet. Vorwort Inhaltsverzeichnis Geschichte der Pulverlackierung 1 Pulverlacke 1.1 Verschiedene Pulverlacktypen 1.1.1 Filmbildner/Bindemittel 1.1.2 Thermoplast-Bindemittel 1.1.3 Duroplast-Bindemittel 1.1.4 Epoxide 1.1.5 Hybrides 1.1.6 Polyester/TGIC 1.1.7 Polyester/Hydroxyalkylamid 1.1.8 Aromatische Glycidylester 1.1.9 Polyurethane 1.1.10 Acrylate 1.1.11 Methyl-substituiertes TGIC 1.1.12 Additive 1.1.13 Pigmente 1.1.14 Füllstoffe 1.2 NT- und strahlenhärtende Systeme 1.2.1 NT-Pulverlacke 1.2.2 NIR-Pulverlacke 1.2.3 UV-Pulverlacke 1.3 Effektlacke 1.3.1 Extrusion 1.3.2 Trockenmischung – Dry-Blend 1.3.3 Bonding-Verfahren 1.3.4 Sicherheit beim Umgang mit Aluminiumpigmentpulvern 1.4 Pulver-Slurry 1.5 Filmbildung bei Pulverlacken 1.5.1 Schmelzviskosität und Oberflächenspannung 1.6 Pulverlackherstellung 1.7 Lagerung von Pulverlacken 1.8 Mess- und Prüftechnik bei Pulverlacken 1.8.1 Rieselfähigkeit (Fließverhalten) 1.8.2 Wirbelfähigkeit (Fluidisierung) 1.8.3 Tribofähigkeit 1.8.4 Korngrößenverteilung 1.8.5 Einbrennverlust bei Pulverlacken 1.9 Wirtschaftliche Bedeutung von Pulverlacken 1.9.1 Potenziale und zukünftige Entwicklungen Literatur 2 Applikation 2.1 Einführung 2.2 Elektrostatische Oberflächenbeschichtung 2.3 Physikalische Grundlagen der Beschichtungsverfahren 2.3.1 Auflademechanismen 2.3.2 Triboelektrische Aufladung 2.3.2.1 Einfluss der Anlagenparameter 2.3.3 Ionisationsaufladung (Koronaaufladung) 2.3.3.1 Einfluss der Pulvereigenschaften 2.3.3.2 Einfluss der Anlagenparameter 2.3.4 Flugverhalten elektrisch aufgeladener Partikel 2.3.5 Verhältnis von Feld- und Schwerkraft 2.3.6 Abscheideverhalten 2.3.7 Bildung der Pulverschicht 2.3.7.1 Elektrische Haftkraft 2.3.7.2 Schichtbegrenzungseffekt 2.3.7.3 Schichtbildungsphase 2.3.7.4 Begrenzungsphase 2.3.7.5 Sättigungsphase und Rücksprüheffekte 2.3.8 Technologischer Vergleich der Sprühgeräte 2.3.8.1 Beschichtungswirkungsgrad 2.3.8.2 Umgriff 2.3.8.3 Eindringvermögen 2.4 Die Aufladesysteme in der Praxis 2.4.1 Die Korona-Aufladung 2.4.1.1 Ionenarme Aufladung 2.4.1.2 Die Pulverglocke 2.4.1.3 Die Innenaufladung 2.4.2 Tribo-Aufladung 2.4.3 Vergleich der Ladungssysteme 2.4.3.1 Tribo oder Korona? 2.4.3.2 Verarbeitungsrichtlinien zur Tribo-Beschichtung 2.4.4 Die Düsensysteme 2.4.4.1 Die Prallplatte 2.4.4.2 Die Flachstrahldüse 2.4.4.3 Die Dralldüse 2.4.4.4 Die Metallicdüse 2.5 Pulvertransport und Förderung 2.5.1 Mechanische Eigenschaften des Pulvers 2.5.2 Anforderungen an das Fördersystem 2.5.3 Die Pulverfördersysteme 2.5.3.1 Pulverförderung zur Pistole – Präzisionsförderung 2.5.3.2 Förderung des Pulvers zur Kabine/Pulverzentrum – Massenförderung 2.5.3.3 Die Pulverpumpe 2.5.3.4 Dichtstromfördersysteme für die Massenförderung (Zwischenförderung) 2.5.4 Trennung des Pulver-Luft-Gemischs 2.5.5 Die Pulveraufbereitung 2.5.5.1 Das Ultraschallsieb 2.5.5.2 Die Wahl der Maschenweiten 2.5.6 Pulveraufbereitung im Behälter 2.5.7 Die Schlauchführung 2.5.7.1 Leitfähiger Schlauch 2.6 Anlagenplanung und Auslegung 2.6.1 Anlagenkonzepte 2.6.1.1 Zwei Rückgewinnungsanlagen 2.6.1.2 Verfahrbare Kabinen 2.6.1.3 Kabinen mit getrennten Fördererlinien 2.6.1.4 Verfahrbare Kabinen mit zwei Fördererlinien 2.6.2 Beschichtungskabine 2.6.3 Die Wahl des Kabinentyps 2.6.3.1 Kunststoffkabinen im Vergleich 2.6.3.2 Die Bedeutung pulverabstoßender Wände 2.6.3.3 Schnellfarbwechselkabinen 2.6.3.4 Kabine mit automatischer Bodenreinigung 2.6.4 Die Rückgewinnungssysteme 2.6.4.1 Monozyklon 2.6.4.2 Rückgewinnung bei Schnellwechselkabinen 2.6.4.3 Der Wirkungsgrad von Pulverrückgewinnungsanlagen 2.6.5 Die Dimensionierung der Anlage 2.6.6 Die Beschichtungsgeräte – Pistolen 2.6.6.1 Anordnung von Applikationsgeräten und Bestimmung der Pistolenzahl 2.6.6.2 Kenngrößen für die Beschichtung mit mehreren starr oder auf Bewegungsautomaten angeordneten Pistolen 2.7 Das Pulverzentrum 2.7.1 Pulverzentrum mit Injektortechnik 2.7.2 Pulverzentrum mit Pumpentechnik 2.7.3 Integriertes Pulverzentrum 2.8 Die Anlagensteuerung und Automatisierung 2.8.1 Automatisierungsstufe 1 – Lückenerkennung 2.8.2 Automatisierungsstufe 2 – Höhenerkennung 2.8.3 Automatisierungsstufe 3 – Breitenerkennung 2.8.4 Automatisierungsstufe 4 – vertikale Pistolenanordung 2.8.5 Automatisierungsstufe 5 – Dynamische Konturerkennung 2.8.6 Robotertechnik 2.8.7 Die Hubgeräte 2.8.8 Hubautomaten oder Beschichtungsroboter 2.8.9 Kabinensysteme für die automatische Beschichtung 2.9 Rohrleitung von der Kabine zum Zyklon 2.10 Die Anlagentechnik für die Verarbeitung von Effektpulverlacken 2.10.1 Rückgewinnungsprobleme 2.10.2 Aufladungsprobleme 2.10.3 Sprühbildveränderungen 2.10.4 Einfluss der Düsensysteme 2.10.4.1 Die Flachstrahldüse 2.10.4.2 Die Rundstrahldüse 2.10.5 Kurzschlussbildung zwischen Pistole und Düse 2.10.6 Kurzschlussbildung durch Schichtbildung im Pulverrohr oder Pulverschlauch 2.11 Sonderverfahren der Pulverbeschichtung 2.11.1 Pulverbeschichten ohne Pistolen – rein elektrostatisches Wirbelbadverfahren 2.11.2 Coil-Coating mit Pulverlack 2.11.2.1 Anlagentechnik 2.11.2.2 Neue Verfahrensentwicklungen 2.11.3 Wirbelsintern 2.11.4 Rundsprühsysteme in der Omega-Schleife 2.12 Wirkungsgradverbesserung bei elektrostatischen Sprühverfahren 2.12.1 Geforderte Sicherheitseinrichtungen 2.13 Häufige Fehler in der Pulverbeschichtung und Lösungsmöglichkeiten 2.13.1 Das Einmaleins der Pulverbeschichtung [31] Literatur 3 Gehänge und Fördertechnik 3.1 Gehänge, Warenträger 3.2 Fördertechnik 3.2.1 Anforderungen und Kriterien 3.2.2 Fördergut 3.3 Die Fördersysteme im Einzelnen 3.3.1 Handschiebebahnen 3.3.1.1 Technik 3.3.1.2 Fördergut 3.3.2 Kreisförderer 3.3.2.1 Technik 3.3.2.2 Fördergut 3.3.3 Verzweigungsfähige Kreisförderer 3.3.3.1 Technik 3.3.3.2 Fördergut 3.3.4 Power&Free-Systeme 3.3.4.1 Technik 3.3.4.2 Fördergut 3.3.5 Elektrohängebahn 3.3.6 Bodenförderer 3.3.6.1 Technik 3.3.6.2 Fördergut 3.3.7 Skid-Anlagen 3.3.7.1 Technik 3.3.7.2 Fördergut 3.3.8 Tauchanlagen 3.3.8.1 Technik 3.3.8.2 Fördergut 3.3.9 Beschickungsautomaten 3.3.10 Tischkreisförderer 3.3.11 Querstabförderer 3.3.12 Bänder 3.3.13 Rollenbahnen 3.3.14 Stapelautomaten Literatur 4 Einbrennen von Pulverlacken 4.1 Bauformen von Trocknern 4.1.1 Kammertrockner 4.1.2 Durchlauftrockner 4.1.2.1 A-Ofen für Skidfördersysteme 4.1.3 Sonderformen 4.1.3.1 Trogtrockner 4.1.3.2 Kombi- oder Blocktrockner 4.2 Trocknungsverfahren 4.2.1 Konvektions- oder Umlufttrocknung 4.2.2 IR-Strahlungstrocknung 4.2.3 Sonderverfahren 4.2.3.1 Trocknen mit „nahem Infra-Rot“ – NIR 4.2.3.2 Induktives Erwärmen 4.2.3.3 Mikrowellentrocknung 4.2.3.4 Thermoreaktionstrocknung 4.2.4 Bewertung verschiedener Aushärteverfahren 4.3 Optimierung von Lacktrocknern 4.4 Messen der Einbrenntemperatur 4.4.1 Grundlagen der Temperaturmessung 4.4.1.1 Aufbau von Oberflächenfühlern 4.4.1.2 Thermoelement 4.4.1.3 Widerstandselement PT-100 4.4.1.4 Ofenmessung 4.4.2 Anwendung der Temperaturmessung 4.4.2.1 Einbrennbedingungen 4.4.3 Prozessoptimierung mithilfe der Temperaturmessung 4.4.4 Optimierungsmöglichkeiten im Bereich Einbrennofen Literatur 5 Oberflächenvorbehandlung von Metallen 5.1 Reinigung und Vorbehandlung 5.2 Anforderungen an den Oberflächenzustand 5.2.1 Reinheitsgrad 5.2.2 Porosität und Lunker 5.2.3 Kontaminationen – Schmutz auf der Oberfläche 5.2.3.1 Korrosionsschutzöle, Wachse und Schmierstoffe 5.2.3.2 Partikel 5.3 Mechanische Vorbehandlung 5.3.1 Schleifen und Bürsten 5.3.1.1 Schleifen 5.3.1.2 Bürsten 5.3.2 Strahlen 5.3.2.1 Grundlagen 5.4 Flüssige Reinigungsverfahren 5.4.1 Parameter der Reinigung 5.4.1.1 Chemie 5.4.1.2 Mechanik 5.4.1.3 Temperatur 5.4.1.4 Zeit 5.4.2 Reinigungsmechanismus in wässrigen Lösungen 5.4.2.1 Aufbau wässriger Reiniger 5.4.2.2 Builder und Komplexbildner 5.4.3 Reinigertypen 5.4.4 Beizen 5.4.5 Dekapierung 5.4.6 Spülen 5.4.7 Wasserqualität 5.4.8 Badpflege 5.5 Phosphatierverfahren 5.5.1 Schichtbildende Phosphatierung 5.5.1.1 Reaktionen bei der Schichtbildung 5.5.1.2 Aktivierung der Schichtbildung 5.5.1.3 Passivierende Nachbehandlung des Zinkphosphatüberzuges 5.5.2 Eisen-Phosphatierung 5.5.2.1 Reaktion an der Oberfläche 5.5.2.2 Zusammensetzung der Alkaliphosphatelektrolyte 5.5.3 Eisen-Dickschichtphosphatierung 5.5.4 Methoden zur Charakterisierung von Phosphatschichten 5.5.4.1 Gleichmäßigkeit der Phosphatschicht/Bedeckung der Metalloberfläche 5.5.4.2 Die flächenbezogene Masse (Schichtgewicht) 5.5.4.3 Kristallinität, Kristallgröße und Phasenbestand 5.5.4.4 Kohlenstoffanreicherungen in der Stahloberfläche 5.5.4.5 Anwendungstechnische Prüfungen 5.5.5 Fehler und Fehlervermeidung beim Phosphatieren 5.5.5.1 Anforderungen an die Metalloberfläche vor der Phosphatierung 5.5.5.2 Verfahrensablauf der Phosphatierung 5.5.5.3 Alkalische Reinigung 5.5.5.4 Spülen 5.5.5.5 Aktivierung 5.5.5.6 Phosphatierung 5.5.5.7 Behandlungstemperatur 5.5.5.8 Passivierende Nachspülung 5.5.5.9 Nachspülen mit vollentsalztem Wasser 5.5.5.10 Kontrolle der Phosphatschichten 5.6 Chromatierung 5.6.1 Grünchromatierung – CrIII 5.6.2 Gelbchromatierschichten – CrVI 5.7 Vorbehandlung von Eisenwerkstoffen 5.8 Zink und verzinkte Oberflächen 5.9 Aluminiumlegierungen 5.9.1 Eigenschaften des Werkstoffs Aluminium 5.9.2 Vorbehandlung von Aluminiumlegierungen 5.9.2.1 Die Reinigung (Entfetten) 5.9.2.2 Das Beizen 5.9.2.3 Das Dekapieren 5.9.2.4 Die Konversionsbehandlung 5.9.2.5 Das Trocknen 5.9.3 Vorbehandlung von Aluminiumgusslegierungen 5.9.3.1 Entfetten 5.9.3.2 Beizen und Dekapieren 5.9.3.3 Konversionsschichten 5.9.4 Konversionsschichten für Aluminiumoberflächen 5.9.4.1 Gelbchromatierung 5.9.4.2 Grünchromatierung 5.9.4.3 Chrom (III)-Passivierung 5.9.5 Chromfreie Verfahren 5.9.5.1 Titan-/Zirkonverfahren 5.9.5.2 Trikation-Zinkphosphatierung 5.9.5.3 Das SAM-Verfahren 5.9.5.4 Die Silan-Technologie 5.9.5.5 Voranodisation 5.9.5.6 Bildung und Aufbau der Oxidschicht 5.9.5.7 Nano-Keramik-Schichten 5.10 Magnesiumwerkstoffe 5.10.1 Vorbehandlung von Magnesiumlegierungen 5.10.2 Konversions- bzw. Passivierungsverfahren für Magnesium 5.11 Maßnahmen zur Qualitätssicherung 5.12 Automatische Badanalyse und Chemikalienergänzung 5.13 Vorbeugende Anlagenwartung 5.14 Wahl der passenden Vorbehandlung Literatur 6 Moderne industrielle Anwendungen 6.1 Pulverbeschichtung von Holz und Holzwerkstoffen 6.1.1 Anforderungen an den Werkstoff 6.1.1.1 Massivholz 6.1.1.2 Holzwerkstoffe 6.1.2 Applikationstechniken 6.1.3 Pulverlacke 6.2 In-Mould-Coating 6.3 Pulver-in-Pulver-Technologie 6.3.1 Durchmischungseffekte minimieren 6.3.2 Abstoßung durch hohe Aufladung 6.3.3 Kantenabdeckung für besseren Korrosionsschutz 6.3.4 Applikation 6.3.5 Unterschiedliche Lacktechnologien am Markt 6.3.6 Probleme beim Schichtaufbau 6.4 Berührungslose Schichtdickenmessung vor dem Einbrennen [13] 6.4.1 Möglichkeiten der Schichtdickenmessung 6.5 Maßgeschneidertes Anlagenlayout in der Räderlackierung Literatur 7 Mess- und Prüftechnik 7.1 Aufgaben der Prüftechnik 7.1.1 Prüfung von Beschichtungsstoffen 7.1.2 Prüfung des Untergrundes 7.1.3 Prüfung der Applikation und Trocknung (Einbrennvorgang) 7.1.4 Prüfung der Beschichtung 7.2 Appearance 7.2.1 Glanzmessung 7.2.2 Glanzschleier – Haze 7.2.3 Welligkeit – Orange Peel 7.2.4 Bildschärfe – Distinctness of Image (DIO) 7.2.5 Farbe 7.2.5.1 Lichtquelle 7.2.5.2 Beobachter 7.2.5.3 Objekt 7.2.5.4 Farbsysteme 7.2.6 Farbmessung von Metallic-Lacken 7.2.7 Beurteilung von Farbunterschieden 7.3 Haftfestigkeit 7.3.1 Abreißversuch 7.3.2 Dornbiegeprüfung mit konischem Dorn 7.3.3 Dornbiegeprüfung mit zylindrischem Dorn 7.3.4 Gitterschnitt 7.3.5 Kreuzschnitt mit Klebebandabriss 7.3.6 Kugelschlagprüfung/Prüfung durch ein fallendes Gewichtsstück 7.3.7 Kugelstrahlversuch 7.3.8 Steinschlagprüfung, Einzelschlagprüfung 7.3.9 Steinschlagprüfung, Multischlagprüfung 7.3.10 Tiefungsprüfung 7.3.11 Sternschnitt mit Tiefung nach Randel 7.3.12 Kratzprobe 7.3.13 Radierprobe 7.3.14 Ritzhärteprüfung 7.3.15 Dampfstrahlprüfung 7.3.16 Kochtest 7.4 Elastizität/Biegsamkeit 7.5 Härte 7.5.1 Pendelhärte 7.5.2 Buchholz-Eindruckprüfung 7.5.3 Universalhärtemessung nach dem Kraft-Eindringtiefe-Verfahren 7.6 Schichtdicke 7.6.1 Magnetinduktive Methode 7.6.2 Wirbelstrom-Methode 7.6.3 Messung der Pulverschichtdicke vor dem Einbrennen/Vernetzen 7.6.4 Zerstörende Schichtdickenmessung – Querschliffverfahren 7.7 Korrosionsprüfungen 7.7.1 Korrosionsprüfmethoden 7.7.2 Kondenswasser-Prüfklimate DIN EN ISO 6270 7.7.3 Beanspruchung im Kondenswasser-Wechselklima mit schwefeldioxidhaltiger Atmosphäre DIN EN ISO 3231 7.7.4 Salzsprühnebelprüfung mit verschiedenen Natriumchloridlösungen DIN EN ISO 9227 7.7.5 Prüfung der Beständigkeit gegen Filiformkorrosion 7.8 Prüfung der Vernetzung 7.9 Wetterbeständigkeit – Freibewitterung und Kurzzeitprüfungen 7.9.1 Freibewitterung 7.9.2 Kurzbewitterung Literatur 8 Fehler in der Beschichtung 8.1 Fehlerursachen 8.1.1 Fehler bei der Herstellung des Lackes 8.1.2 Materialfehler 8.1.3 Fehler im Beschichtungsbetrieb 8.1.4 Transport- und Lagerungsfehler 8.2 Fehler im Lackfilm 8.2.1 Benetzungsstörungen/Karater 8.2.1.1 Beispiele aus der Praxis 8.2.2 Blasen im Lackfilm 8.2.3 Nadelstiche 8.2.4 Schmutzeinschlüsse –Pickel oder Stippen 8.2.4.1 Beispiele aus der Praxis 8.2.5 Pigment-Verschmutzungen/Pulverlackverunreinigungen 8.2.6 Gelteilchen 8.2.7 Fleckenbildung durch äußere Einflüsse 8.2.8 Farbschwankungen – durchscheinender Untergrund 8.2.9 Haftungsverlust 8.2.10 Kreiden der Lackoberfläche/Wetterbeständigkeit 8.2.11 Glanzunterschiede 8.3 Korrosion der Metalloberfläche 8.3.1 Beschreibung der verschiedenen Korrosionsarten 8.3.1.1 Korrosionsarten ohne mechanische Beanspruchung 8.3.1.2 Korrosionsarten bei gleichzeitiger Wirkung von Korrosion und mechanischer Beanspruchung [4, 5] 8.3.2 Korrosion durch äussere Einflüsse 8.3.2.1 Filiformkorrosion 8.3.2.2 Punktförmige Korrosionserscheinungen an der Lackoberfläche 8.3.3 Korrosion des Grundmetalls durch äußere Einflüsse 8.3.3.1 Unterrostung 8.3.4 Korrosion des Grundmetalls durch „innere“ Einflüsse 8.3.4.1 Korrosion ausgelöst durch Vorkorrosion des Grundmetalls 8.3.5 Korrosion verursacht durch biologische Rückstände aus der Vorbehandlung 8.3.6 Fehler durch Verschmutzungen 8.3.7 Fehlende Pulverhaftung am Werkstück vor dem Einbrennen 8.3.8 Kantenflucht 8.4 Troubleshooting: Diagramme und Tabellen Literatur 9 Entlacken 9.1 Chemische Entlackung 9.1.1 Entlackungsmittel 9.1.2 Verfahrenstechniken bei der Entlackung 9.2 Strahlen mit Trockeneis 9.2.1 Wirkungsweise des Verfahrens 9.3 Hochdruckwasserstrahltechnik 9.4 Entlackung mit Laserstrahl 9.5 Entlackung mit Plasma 9.6 Induktives Entlacken/Wirbelstromentlacken 9.7 Wahl des Entlackungsverfahrens Literatur 10 Umwelt- und Energieaspekte 10.1 Emissionen aus dem Einbrennprozess [1] 10.2 Ökobilanz eines Pulverlackes 10.2.1 Applikationsparameter und ihr Einfluss 10.2.2 Beschichtungsstoff und Abfall 10.2.3 Harze 10.2.4 Vorbehandlung 10.2.5 Idee der Ökobilanz und wesentliche Merkmale 10.3 Verwertung von Pulverlacken [6] 10.4 Energiemanagement in der Lackieranlage 10.4.1 Analyse der Prozesse und Optimierung 10.4.2 Energie einsparen durch Anlagenkomponenten und Steuerungstechnik 10.4.3 Wärmeverluste minimieren – Wärmerückgewinnung 10.4.4 Energetischer Vergleich einer Flüssig- und Pulverlackieranlage [9] Literatur Stichwortverzeichnis