Farbablösung: Ursachen und Abhilfemaßnahmen bei Haftungsfehlern in der industriellen Lackierung

Aus technischer Sicht kann sich das Phänomen in zwei Hauptformen manifestieren:

• Ablösung vom Untergrund, wenn sich der Lackfilm vollständig vom Untergrund löst (Haftungsverlust);
• Ablösung zwischen aufeinanderfolgend aufgetragenen Schichten, wenn der Haftungsverlust zwischen Grundierung, Basislack und Decklack in Mehrschichtsystemen auftritt (Zwischenschichtdelamination).

Delaminierung wird daher als „abblätternde Farbe“, „abblätternde Eisenfarbe“ oder „abspringende Farbe“ bezeichnet. In einigen Fällen kann sie mit Rissen oder Sprüngen in der Lackierung gleichgesetzt oder verwechselt werden, die jedoch einen anderen Ursprung haben und nicht immer einen Verlust der Haftung an der Grenzfläche bedeuten.

In der Fachsprache kann Delamination daher mit Oberflächendefekten assoziiert werden, die ähnliche Erscheinungsformen, aber unterschiedliche Grundmechanismen aufweisen. Hier sind einige Beispiele.

Um den Defekt der Delamination zu verstehen, das Phänomen mit Sicherheit zu identifizieren, Interventionsverfahren zu definieren und so die Ursachen des Problems zu lösen, ist es gut, drei Schlüsselkonzepte der industriellen Lackierung zu übernehmen.

• Adhäsion: Kraft, die den Film an das Substrat bindet.
• Kohäsion: innere Festigkeit des Farbfilms.
• Schnittstelle: Kontaktzone zwischen zwei Materialien (Substrat-Lack oder Farbe-Lack).

Die Delaminierung von Lacken tritt auf, wenn die Adhäsionskräfte an der Grenzfläche geringer sind als die mechanischen Spannungen, die Umweltbelastungen oder die inneren Spannungen, die im Film aufgrund von Inkonsistenzen oder Instabilitäten der Prozessparameter entstehen. Bei Mehrschichtsystemen oder Beschichtungen mit mehreren Schichtzyklen nimmt die Delamination eine noch komplexere, multifaktorielle Dimension an, die im Allgemeinen auf Prozessfehler zurückzuführen ist, wie z.B.:

• Anwendung außerhalb des Zeitfensters (Überstreichungszeit);
• Verwendung von ungeeigneten Produkten;
• schlechte chemische Kompatibilität zwischen Produkten;
• Kontamination zwischen den aufgetragenen Schichten;
• die fehlende Oberflächenaktivierung des vorherigen Films.

Die Haftung der Farbe auf dem Untergrund ist also das Ergebnis einer Reihe von Bedingungen, die im Vorfeld geschaffen wurden. Aus diesem Grund muss die Delamination als ein systemisches Problem betrachtet werden, als Ausdruck einer unsachgemäß vorbereiteten und schlecht kontrollierten Schnittstelle während des gesamten Lackierprozesses.

Dieses Phänomen kann sich auch in Form von Rissen im Lack oder lokalen Ablösungen äußern, die oft als Oberflächenfehler fehlinterpretiert werden.

Die Vorbehandlungsphase spielt eine entscheidende Rolle bei der Vorbeugung größerer Lackdefekte – wie bisher bei: Nadelstichen oder Nadellöchern, Tropfwasser, Lochfraß, Orangenhaut

Die Aufgabe der Vorbehandlung besteht darin, ein Rohmaterialsubstrat in eine funktionelle Oberfläche zu verwandeln, die für die Haftung von Beschichtungen geeignet ist. Dies geschieht durch die beiden wichtigsten Prinzipien oder Schritte der Substratvorbereitung, nämlich die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen und die anschließende chemische Stabilisierung der Oberfläche.

Unabhängig von der Art der Beschichtung, ob es sich um ein Pulver oder eine Flüssigkeit handelt, gehören zu den Risikofaktoren, die bei der Ausführung des Prozesses überwacht werden müssen:

Bei der Flüssigbeschichtung tritt die Delamination auf mikroskopischer Ebene auf, da sie eng mit der Chemie der Vorbehandlung und der richtigen Handhabung der Verdampfungs-, Applikations- und Vernetzungsphasen des Films verbunden ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Defekt damit zusammenhängt:

• Zyklusmanagement, d.h. Prozessschritte und Zeitplan, Reihenfolge und Art der Anwendungen;
• Systemchemie, d.h. Verwendung von Lösungsmitteln und Kompatibilität zwischen Produkten.

Bei der Pulverbeschichtung kann die Vorbehandlung entweder chemisch oder mechanisch (Sandstrahlen oder Kugelstrahlen) erfolgen, je nach Material und gewünschter Leistung. Die Filmbildung erfolgt durch Schmelzen und thermische Polymerisation; Masse, Geometrie und Rohmaterial haben einen entscheidenden Einfluss auf den Prozess.

Der Delaminationsdefekt steht also im Zusammenhang mit:

• Substratbedingungen, d.h. Qualität und Wirksamkeit der mechanischen Vorbehandlung;
• thermischen Zyklus, d.h. Temperatur des Aushärteofens und Backparameter.

Aus technischer Sicht erfordert die Unterscheidung zwischen Delamination, Rissbildung und Schälen eine genaue Analyse der Sollbruchstelle der Folie (Grenzfläche vs. innere Kohäsion), die durch mechanische Tests und mikroskopische Beobachtungen unterstützt wird.

Die korrekte Identifizierung des Mechanismus, der dem Abblättern der Beschichtung zugrunde liegt, ist der erste Schritt zur Vermeidung struktureller Mängel. Um Delaminationen zu vermeiden, ist es außerdem eine gute Praxis, die Haftung der Beschichtung mit Hilfe von Adhäsionstests zu messen.

Dazu gehören:

• Cross-Cut-Test;
• Abzugstest;
• Aufpralltest;
• Biegetest.

Zur Prävention gehört daher die koordinierte Kontrolle der folgenden Variablen:

Lösungsmittelverdunstung und chemische Stabilität der Oberfläche

Eingeschlossene Lösungsmittel oder unkontrollierte Verdunstung verhindern die Bildung einer stabilen Grenzfläche zwischen Film und Substrat oder zwischen mehreren Schichten bei mehrschichtigen Anwendungen. Damit sich der Film vor den nächsten Schritten stabilisieren kann, ist es notwendig:

• die Abblendzeiten korrekt zu definieren;
• für eine ausreichende Belüftung der Kabine sorgen.

Reihenfolge der Anwendung und Überlackierung

Bei mehrschichtigen Zyklen ist die Haftung ein progressiver Aufbau und das richtige Management des Prozess-Timings ist entscheidend. Neben der Einhaltung der Spezifikationen für den Farbauftrag (Farbfenster) ist es notwendig:

• vermeiden Sie eine Kontamination zwischen den beiden Händen;
• bei Bedarf für Zwischenaktivierungen auf der Oberfläche sorgen.

Mischungssteuerung und Anwendungsparameter in 2K-Systemen

Um eine unvollständige Vernetzung und den Verlust von Kohäsion und Adhäsion der Beschichtung in Zweikomponentensystemen zu vermeiden, wird empfohlen, dass

• automatische und kontrollierte Dosiersysteme verwenden;
• Überprüfen Sie regelmäßig das Mischungsverhältnis;
• vermeiden Sie die Verwendung von nicht spezifizierten Produkten.

Kompatibilität zwischen Lackierzyklen bei mehrschichtigen Anwendungen

Die Verwendung von nicht kompatiblen Produkten oder von Zyklen, die nicht als System konzipiert sind, kann zu Ablösungen zwischen Grundierung und Finish führen. Als Vorbeugungsstrategien empfehlen wir:

• Zyklen als integrierte Systeme zu validieren;
• vermeiden Sie nicht-zertifizierte Kombinationen;
• Prüfung der Haftung während der Industrialisierungsphase des Prozesses.

Die zu überwachenden Variablen und Interventionsverfahren betreffen:

Elektrische Leitfähigkeit und Zustand der Substratoberfläche

Die Überprüfung der Leitfähigkeit und der Oberflächenbeschaffenheit ist ausschlaggebend für die Effizienz der Übertragung der Beschichtung auf das Substrat und eine Voraussetzung für die Vermeidung von Delaminationserscheinungen. Um die elektrostatische Abscheidung von Pulverpartikeln zu fördern, ist es notwendig:

• sorgen Sie mit einer effektiven Vorbehandlung für perfekt saubere Oberflächen;
• die Parameter der elektrostatischen Anwendung zu optimieren.

Temperaturkurve und Polymerisation

Ein falsches Temperatur- und Zeitmanagement kann zu folgenden Phänomenen führen: Untergaren mit der Bildung schwacher Filme; Übergaren mit thermischer Belastung der Oberfläche; Nichtentgasen mit heftiger und plötzlicher Freisetzung von Gas. Die zu kontrollierenden Parameter sind:

• Temperaturkurve des Ofens, die an der tatsächlichen Produktion validiert werden muss;
• thermische Gleichmäßigkeit des Garraums;
• Verweilzeit des Werkstücks bei der Zieltemperatur.

Um das Problem wirksam anzugehen, ist daher ein systemischer Ansatz erforderlich, der die Materialanalyse, die Gestaltung der Vorbehandlung, die Kontrolle der Anwendungsparameter und die Validierung der Prozesskurven umfasst.

In diesem Szenario spielt das Design des Systems eine entscheidende Rolle. Nur integrierte Systeme, die in der Lage sind, Stabilität, Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit der kritischen Parameter zu gewährleisten, ermöglichen es, Haftungsfehler strukturell zu verhindern. An dieser Fähigkeit, den Prozess als Ganzes zu steuern, misst sich der Wettbewerbsvorteil der Produktion.