Industrielle Pulverbeschichtung: Grundlagen, Anwendungen, Verfahren

510 Pages·2003·22.65 MB·German

by  Judith Pietschmann (auth.)

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Judith Pietschmann
Industrielle
Pulverbeschichtung
Aus dem Programm _____________ _
Fertigungstechnik
Spanlose Fertigung: Stanzen
von W. Hellwig
Fertigungsautomatisierung
von S. Hesse
Werkzeugmaschinen Grundlagen
von A. Hirsch
Praxis der Zerspantechnik
von H. Tschätsch
Praxis der Umformtechnik
von H. Tschätsch
Praktische Oberflächentechnik
von K.-P. Müller
Industrielle Pulverbeschichtung
von J. Pietschmann
Kleben - erfolgreich und fehlerfrei
von G. Habenicht
Zerspantechnik
von E. Paucksch
Praxiswissen Schweißtechnik
von H. J. Fahrenwaldt und V. Schuler
vieweg _________________ ______
Judith Pietschmann
I nd ustrielle
Pulverbeschichtung
Grundlagen, Anwendungen, Verfahren
2., überarbeitete und erweiterte Auflage
Mit 228 Abbildungen und 68 Tabellen
~
JOT-Fachbuch vleweg
Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet tiber <http://dnb.ddb.de> abrufbar.
1. Auflage Oktober 2002
2., tiberarbeitete und erweiterte Auflage Oktober 2003
Aile Rechte vorbehaiten
© Friedr. Vieweg & Sohn VerlaglGWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2003
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 2003
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Satz, Druck und buchbinderische Verarbeitung: Lengericher Handelsdruckerei, Lengerich
Gedruckt auf siiurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
ISBN 978-3-322-99544-5 ISBN 978-3-322-99543-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-99543-8
v
Vorwort
Anstoß für die Entwicklung und Anwendung von Pulverlacken waren wie so oft ökologische
und ökonomische Erfordernisse der Gesellschaft. In den USA waren es die Rules 66, die erst
mals eine Beachtung der Umweltaspekte bei der Lackierung forderten. Später sind ähnliche
Regelungen in vielen Industrieländem eingeführt worden.
Erste Entwicklungen von Pulverlacken wurden in den 50er Jahren vorgenommen. Nach an
fänglicher Zurückhaltung in der industriellen Anwendung folgte kurze Zeit später ein wahrer
Siegeszug. Auch heute, mehr als 40 Jahre danach, ist die Pulverlackierung eine interessante
und zukunftweisende Technologie, die sich noch immer neue Märkte erschließt.
Die wichtigsten Anwendungsbereiche der Pulverlackiertechnik sind die Automobil- und Zulie
fererindustrie, das Bauwesen, der Maschienenbau, die Möbelindustrie und der riesige Markt
der Hausgeräteindustrie bzw. "Weißer Ware". Gegenwärtig hat die elektrostatische Pulverlak
kierung in Europa einen Marktanteil von ca. 10 % erreicht - mit steigender Tendenz. Antrei
bende Faktoren sind sowohl Umweltschutzbestimmungen wie die EU-VOC-Richtlinie, als
auch die Forderung der Industrie nach Kostensenkungen und Abfallreduzierung, sowie die
Verbesserung der computergestützten Prozessautomatisierung.
Weltweit wird der Zuwachs des Pulververbrauchs von heute 295.000 Tonnen auf 350.000
Tonnen im Jahre 2007 geschätzt. Neue Entwicklungen bei den Pulverlacken konzentrieren sich
auf die strahlenhärtenden Systeme, Dünnschichtpulver und eine deutliche Reduzierung der
Einbrenntemperaturen sowie die Entwicklung von speziellen Systemen für einzelne Anwen
dungsfälle.
Aus dem englischsprachigen Bereich sind schon früher Publikationen zum Thema Pulverlack
bekannt. Mit diesem Buch wird jedoch erstmals in deutscher Sprache die Pulverlackiertechnik
umfassend in ihren Grundlagen und Anwendungen behandelt. Darüber hinaus enthält es viele
neue und praxisnahe Informationen.
Die Themen des Buches umfassen das Lackmaterial, dessen Herstellung und die verschiedenen
Einsatzgebiete für die Lackmaterialien. Weitere Schwerpunkte sind die Applikationstechnik
mit Praxistipps bei Anlagenstörungen, die Gehänge und Fördertechnik, das Einbrennen bzw.
Härten der Lacke, die Reinigung und Vorbehandlung von verschiedenen Metallen und Kunst
stoffen, Anwendungsbeispiele aus der Praxis, die Mess- und Prüft echnik sowie ausführliche
Informationen, Beschreibungen und Lösungsmöglichkeiten zu Fehlern im Pulverlackfilm. Neu
hinzugekommen sind in dieser zweiten Auflage die Anwendung von Pulverlacken im Auto
mobilbereich, bei der Beschichtung von Holz und Holzwerkstoffen und im Bereich der Band
beschichtung.
Das Buch wendet sich an Entscheider oder Mitarbeiter in Beschichtungsbetrieben, Anlagen
bauer, Vorbehandlungshersteller oder Studenten verschiedenster Fachrichtungen mit der Ver
tiefung im Bereich der Oberflächentechnik. Es sind aber auch an all diejenigen angesprochen,
die sich "nur" über die Technik der Pulverbeschichtung informieren möchten.
VI Vorwort
Nichts und niemand ist vollkommen und so werden sich trotz aller Sorgfalt auch bei diesem
Werk noch Verbesserungen und aktuellere Informationen finden lassen. Anregungen und An
merkungen, inhaltlicher und formaler Natur, aus der Leserschaft begrüßt die Autorin deshalb
ausdrücklich.
Ohne einzelne Namen hervorzuheben, möchte ich mich hier bei allen Informanten, Helfern
und Firmen bedanken, die in mannigfaltiger Weise zum Enstehen dieses Buches beigetragen
haben. Ebenso möchte ich dem Verlag Vieweg für die jederzeit konstruktive Zusammenarbeit
und nicht zuletzt meinem Arbeitgeber, dem Forschungsinstitut für Edelmetalle in Schwäbisch
Gmünd, für die Unterstützung bei der Bearbeitung danken.
Aalen, im September 2003 ludith Pietschmann
VII
Inhaltsverzeichnis
Geschichte der Pulverlackierung .....................................................................................
1 Pulverlacke ................................................................................................................... 5
1.1 Verschiedene Pulverlacktypen........................ ... ... ..... ....... ........ .... ........ ............. .... 5
1.1.1 FilmbildnerIBindemittel............. ........... ... ............ ........ .... .................. ........ 5
1.1.2 Thermoplast-BindemitteL.......................................................................... 6
1.1.3 Duroplast-Bindemittel................................................................................ 7
1.1.4 Epoxide ...................................................................................................... 9
1.1.5 Hybrides..................................................................................................... 10
1.1.6 PolyesterffGIC........................................................................................... 10
1.1.7 PolyesterlHydroxyalkylamid...................................................................... 12
1.1.8 Aromatische Glycidylester ......................................................................... 12
1.1.9 Polyurethane............................................................................................... 13
1.1.10 Aliphatische Oxirane ........ ......... ......... ... ... ........ .... .... .... .... .... ........ ....... ....... 15
1.1.11 Acrylate...................................................................................................... 15
1.1.12 Methyl-substituiertes TGIC........................................................................ 16
1.1.13 Additive...................................................................................................... 18
1.1.14 Pigmente..................................................................................................... 18
1.1.15 Füllstoffe.................................................................................................... 19
1.2 Strahlenhärtende Systeme........ ....... .................... ... .... .... ....... ......... ............ ............ 19
l.2.1 Technologische Unterschiede in den Verfahren NIR®-, UV-und
NT-Härtung ................................................................................................ 20
1.2.2 Vergleich der Eigenschaften von NIR®-, UV- und NT-Pulverlacken ........ 22
1.3 Effektlacke............................................................................................................. 24
1.4 Pulver-Slurry ......................................................................................................... 26
l.5 Filmbildung bei Pulverlacken................................................................................ 26
1.5.1 Schmelzviskosität und Oberflächenspannung ..... ........... ..... .... .... ..... ..... ..... 27
1.6 Pulverlackherstellung ............................................................................................ 28
1.7 Lagerung von Pul verlacken ....... .......................... .................... ..... ............ .... ......... 31
l.8 Mess- und Prüftechnik bei Pulverlacken ............................................................... 31
1.8.1 Rieselfähigkeit (Fließverhalten) ................................................................. 32
1.8.2 Wirbelfähigkeit (Fluidisierung).................................................................. 32
1.8.3 Tribofähigkeit............................................................................................. 33
1.8.4 Komgrößenverteilung ................................................................................ 33
l.9 Wirtschaftliche Bedeutung von Pulverlacken........................................................ 33
l. 9.1 Der Pulverlackmarkt in Zahlen .......... ...... ... .... .... ........ .... .... .... .... .... ........... 34
l.9.2 Marktpotenziale am Beispiel von NIR®-, UV-und NT-Pulverlacken ....... 36
2 Applikation................................................................................................................... 41
2.1 Einführung............................................................................................................. 41
2.2 Elektrostatische Oberflächenbeschichtung .... ... ... ... ......... ... ..... ........ ..... ... ..... ......... 44
2.3 Physikalische Grundlagen der Beschichtungsverfahren . .... .... .... ..... .... .... ..... ......... 46
2.3.1 Auflademechanismen ................................................................................. 47
2.3.2 Triboelektrische Aufladung........................................................................ 49
VIII Inhaltsverzeichnis
2.3.3 Ionisationsaufladung(Koronaaufladung) .................................................... 53
2.3.4 Kombinierte Aufladung.............................................................................. 54
2.3.5 Flugverhalten elektrisch aufgeladener PartikeL........................................ 55
2.3.6 Verhältnis von Feld-und Schwerkraft........................................................ 56
2.3.6 Abscheideverhalten .................................................................................... 57
2.3.7 Bildung der Pulverschicht .......................................................................... 57
2.3.8 Technologischer Vergleich der Sprühgeräte .............................................. 60
2.4 Die Aufladesysteme in der Praxis.......................................................................... 61
2.4.1 Die Korona-Aufladung............................................................................... 61
2.4.2 Tribo-Aufladung......................................................................................... 65
2.4.3 Vergleich der Ladungssysteme................................................................... 66
2.4.4 Die Mundstücke ......................................................................................... 71
2.5 Pulvertransport und Förderung .............................................................................. 75
2.5.1 Mechanische Eigenschaften des Pulvers .................................................... 76
2.5.2 Anforderungen an das Fördersystem.......................................................... 76
2.5.3 Die Präzisionsförderung ............................................................................. 78
2.5.4 Die Massenförderung ................................................................................. 82
2.5.5 Trennung des Pulver-Luft-Gemischs.......................................................... 86
2.5.6 Die Pulveraufbereitung............................................................................... 90
2.5.7 Pulveraufbereitung im Behälter.................................................................. 94
2.5.8 Die Schlauchführung .................................................................................. 98
2.6 Anlagenkonzepte ................................................................................................... 99
2.6.1 Ermittlung der relevanten Parameter. ... ... ... ..... ..... ....... ....... ....... ..... ...... ...... 99
2.6.2 Anlagenkonzepte . ..... .. .... .... ..... ..... ... ... ...... ... ............ ...... ...... ...... ....... ..... ..... 99
2.6.3 Beschichtungskabine .................................................................................. 102
2.6.4 Die Wahl des Kabinentyps ......................................................................... 102
2.6.5 Die Rückgewinnungssysteme..................................................................... 113
2.6.6 Die Dimensionierung der Anlage ............................................................... 118
2.6.7 Die Beschichtungsgeräte - Pistolen ........................................................... 119
2.6.8 Das Pulverzentrum ..................................................................................... 123
2.6.9 Die Steuerung ............................................................................................. 127
2.6.9 Die Hubgeräte............................................................................................. 130
2.6.10 Rohrleitung von der Kabine zum Zyklon ................................................... 131
2.6.11 Kabinensysteme für die automatische Beschichtung.................................. 132
2.7 Die Anlagentechnik für die Verarbeitung von Effektpulverlacken ....................... 137
2.7.1 Rückgewinnungsprobleme ......................................................................... 137
2.7.2 Aufladungsprobleme .................................................................................. 137
2.7.3 Die Flachstrahldüse .................................................................................... 138
2.7.4 Die Rundstrahldüse .................................................................................... 138
2.7.5 Mundstücke mit Außenaufladung .............................................................. 138
2.7.6 Kurzschlussbildung zwischen Pistole und Mundstück............................... 139
2.7.7 Kurzschlussbildung durch Schichtbildung im Pulverrohr oder
Pulverschlauch............................................................................................ 139
2.7.8 Sprühbildveränderungen............................................................................. 139
2.8 Sonderverfahren der Pulverbeschichtung .............................................................. 140
2.8.1 Pulverbeschichten ohne Pistolen - rein elektrostatisches Wirbelbad-
verfahren..................................................................................................... 140
2.8.2 Coil-Coating mit Pulverlack....................................................................... 140
2.8.3 Wirbelsintern .............................................................................................. 145
2.8.4 Rundsprühsysteme in der Omega-Schleife................................................. 146
2.9 Wirkungsgradverbesserung bei elektrostatischen Sprühverfahren ........................ 146