Reproduzierbar schleifen

Transkript

1 Reproduzierbar schleifen Die Schleifund Poliereigenschaften von Autoreparaturbeschichtungen hängen deutlich von den Trocknungs- und Aushärtungsbedingungen sowie dem Zeitpunkt des Schleifens und Polierens ab Ein Automat, der das Polieren mit handgeführten Maschinen nachstellt, sorgt für reproduzierbare Testbedingungen - Dr Berndt Bergk, Jahrgang 1943, leitete nach langjähriger Tätigkeit als Entwicklungsleiter in der Lackindustrie von 2000 bis 2007 die Abteilung Anwendungstechnik des Forschungsinstituts für Pigmente und Lacke ev - Dr Rolf Nothhelfer-Richter, Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke ev, beschäftigt sich seit seinem Physikstudium an der Universität Ulm mit mechanischen Eigenschaften von Polymeren Seit 2001 ist er Leiter der Abteilung Physik am FPL in Stuttgart - Johanna Blank, Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke ev, studierte an der Fachhochschule Esslingen Chemieingenieurwesen/ Farbe-Lack-Umwelt Sie ist seit 2006 in der Abteilung Anwendungstechnik am FPL beschäftigt Die Schleifbarkeit und Polierfähigkeit von AutomobilReparaturlackierungen kann maschinell geprüft werden Berndt Bergk, Johanna Blank und Rolf Nothhelfer-Richter*, Stuttgart Die Polierbarkeit von Automobil-Beschichtungen ist für Autobesitzer, Automobilhersteller und Reparaturbetriebe gleichermaßen von großer Bedeutung Bei Neufahrzeugen werden kleinere Fehlstellen und Schmutzeinschlüsse schon am Band durch Polieren beseitigt Während des Gebrauchs wird die Oberfläche einer Lackierung im Laufe der Zeit durch Bewitterung und Verkratzung verletzt, zb in automatischen Waschstraßen Polieren verhilft dem Lack zu neuem Glanz Vor allem aber müssen nach einer Fahrzeugreparaturlackierung Glanzunterschiede sowie die Übergänge mit Spritznebeln zwischen Alt- und Neulackierung durch Polieren ausgeglichen werden Diese Arbeiten werden im Allgemeinen von Fachbetrieben des Fahrzeuglackierhandwerks durchgeführt Kenntnisse über die Polierfähigkeit von frischen Reparaturlackierungen sowie von Altlackierungen sind ein wichtiger Erfolgsfaktor Polierprozess im Labor nachgestellt In der hier vorgestellten Studie wurden verschiedene Aspekte untersucht, die für das Polieren relevant sind So wurden der zeitliche Verlauf der Polierfähigkeit und der Härte nach unterschiedlichen Trocknungstemperaturen und zeiten untersucht Eine Nachbildung der sonst manuell ausgeführten Standard-Schleif- und PolierProzesse mit Labormethoden, bei denen sich wichtige Parameter wie Drehzahl, Druck und Zeit definiert einstellen und protokollieren lassen, sollte reproduzierbare Bedingungen sicherstellen Die Lackoberflächen wurden anhand folgender Eingeschaften charakterisiert: Glanz, Haze, Oberflächenprofil, Mikroeindringhärte, Tiefe des Lackabtrags Experimentelles Für die Serienuntersuchungen wurden sieben lösemittelhaltige Autoreparaturlacke unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung ausgesucht, darunter fünf Klarlackmaterialien (ein medium-solid System, zwei VOCkonforme High-solid-Systeme und zwei kratzbeständige Systeme mit Nanotechnologie) und zwei pigmentierte Unilack-Systeme Zusätzlich wurde ein modernes 2KWasserklarlacksystem getestet (Tab 1) Im folgenden sind die Testlacke entspechend ihrer Nummer aus Spalte 1 der Tabelle bezeichnet Zum Schleifen wurden Schleifblüten mit 2500er Körnung und zum Polieren praxisübliche Vorund Glanzpoliturpasten verwendet Die Polierversuche erfolgten mit Polierscheiben (Waffle Pads) mit 80 mm Durchmesser Angeschliffene Serienlackaufbauten wurden mit Reparaturlack beschichtet und unter variablen Trocknungsbedingungen (Trocknungstemperaturen von 40 C bis 80 C und Trocknungszeiten von 15 min bis 60 min, danach Alterung bei Raumklima von 1 Stunde bis 1 Monat) gehärtet Auf den Auftrag von Füller und Basislack wurde verzichtet, da hier nur die Oberflächen bzw die Decklackeigenschaften interessierten Um die Unterschiede in der Polierfähigkeit aufzuklären, wurde bei allen Proben die Martens-Härte [1] bestimmt Weitere Charakterisierungen der Beschichtungen erfolgten über Dynamisch-mechanische Messungen (DMA) an freien Filmen und die Untersuchung des Fortschritts der chemischen Vernetzung mittels Infrarot-Spektroskopie Die hergestellten Prüftafeln wurden mit handgeführten praxisüblichen Schleif- und Poliermaschinen poliert Zur Beurteilung wurde die Polierbarkeit der Beschichtungen in 6 Stufen (0 bis 5) klassifiziert (Tab 2) Polierbarkeit entsprechend den Herstellerempfehlungen Die Ergebnisse der Polierbarkeits-Einstufung der eingesetzten Lacke zeigt Tab 3 Die schlechtesten Einstufungen erhielten erwartungsgemäß nur kurz und bei niedrigen Temperaturen getrocknete Lacke Alle Lacke (mit Ausnahme von Lack 6) waren nach einer 30minütigen Trocknung bei 60 C polierbar Dies entspricht den Trocknungsempfehlungen der jeweiligen Lackhersteller Beim Lack 6 konnte ein gutes Polierergebnis bei 60 C Einbrenntemperatur nur dann erzielt werden, wenn die Einbrenndauer auf 60 min verlängert wurde Lack Nr 8 kam erst zu Projektende dazu und wurde nur unter Standardbedingungen (60 C, 30 Min) untersucht Vollständige Aushärtung nur nach Trocknung bei 80 C Vincentz Network +++ Plathnerstr 4c +++ D Hannover +++ Tel:+49(511)

2 Bei der Polierfähigkeit einer Lackierung spielt der Aushärtungszustand eine entscheidende Rolle Die Martens-Härte, früher auch als "Universalhärte" bezeichnet, ist eine für die Polierbarkeit relevante Eigenschaft und gut messbar Abb 1 zeigt, dass sich erst bei Ofentemperaturen ab 80 C bzw Trocknungszeiten ab 60 min unmittelbar nach der Trocknung nennenswerte Härtewerte messen lassen; vollständig ausgehärtete Beschichtungen weisen Härtewerte größer 30 MPa auf Direkt nach der Trocknung ist die Vernetzungsreaktion noch nicht abgeschlossen Dies beweist die Zunahme der Martenshärte bei Alterung, wie es in Abb 2 beispielhaft an Lack 1 gezeigt ist Allerdings erreichen die bei niedrigeren Ofentemperaturen getrockneten Beschichtungen auch nach längerer Lagerzeit nicht die bei 80 C Ofentemperatur erzielbaren Härtewerte Diese Ergebnisse spiegeln sich auch in der Erhöhung der Glasübergangstemperatur (ermittelt mit Dynamischmechanischer Analyse) bei Alterung wieder Die Vernetzungsreaktion dauert noch an IR-sketroskopisch ließ sich die Vernetzung anhand der Abnahme der Isocyanat-Bande verfolgen Auch nach 28 Tagen war noch freies Isocyanat nachweisbar [2]Abb 3 verdeutlich eine Korrelation der Polierfähigkeit mit der Härte Es zeigte sich, dass ab einer Martenshärte oberhalb 20 N/ mm2 alle Beschichtungen ausreichend gut polierbar sind Bei geringeren Härtewerten war keine Abhängigkeit der Polierfähigkeit von der Härte mehr zu erkennen; es gab Beschichtungen mit geringer Härte, die gut polierbar waren, und solche, die fast nicht polierbar waren Schleifen und Polieren per Laborautomat Für den Praxiseinsatz sind handgeführte Poliermaschinen wegen der gekrümmten Flächen unverzichtbar Um den Nachteil einer nur subjektive Bewertung von Anpressdruck und Drehzahl zu umgehen, wurde der Vorgang auf ebenen Prüfblechen maschinell (Umbau des Rota-Hub Scratch Testers, Bayer MaterialScience [3]) nachgestellt (Abb 4) Drehzahl, Anpressdruck und Bewegungsmuster lassen sich damit reproduzierbar einstellen Während beim Schleifprozess eine Anpresskraft von 5 N für den Abtrag von Oberflächenstörungen (Größenordnung 5 µm) mit einer Drehzahl von 3000 Upm ausreicht, ist beim Poliervorgang eine Kraft von 20 bis 40 N von Vorteil Bei der maschinellen Nachbildung des Polierens konnte mit geringeren Drehzahlen (ca 1500 U/min beim Vorpolieren) eine gute Polierqualität erreicht werden Bewertet wurde die Polierqualität visuell, entsprechend der Abweichung des Glanzwertes vom Ausgangsglanz sowie anhand von Interferenzerscheinungen (Hologrammen) Eine Inspektionslampe beleuchtet die Probe dazu mit parallelem Licht Der Materialabtrag durch den maschinellen Schleif- und Polierprozess lässt sich bestimmen, indem die Oberfläche vor und nach dem Vorgang mit einem Tastschnittgerät (Perthometer P2, Mahr, Göttingen) vermessen wurde Der Abtrag während der aufeinander folgenden Arbeitsschritte Schleifen, Vor- und Nachpolitur ist in Abb 5 dargestellt (wobei die Tiefenachse überhöht dargestellt ist) Der Materialabtrag an der Polierstelle beträgt bei vielen Proben maximal 1/10 der Klarlackschichtdicke Werden statt Vor- und Endpolitur Glanzpolierpasten sowohl für das Vor- als auch für das Glanzpolieren verwendet, ist, bei Einhaltung entsprechender Parameter, ebenfalls eine gute Endqualität erreichbardie Einstufung der Polierbarkeit bei manuellem und maschinellem Polieren fällt unterschiedlich aus Der Grund scheint darin zu liegen, dass die polierende Person den manuellen Vorgang an die jeweiligen Lackeigenschaften anpassen kanns Das Forschungsvorhaben Nr N der Forschungsvereinigung Pigmente und Lacke wurde im Programm zur Förderung der "Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)" vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) finanziert Dafür bedanken wir uns Der Schlussbericht kann beim FPL bezogen werden Frau Erika Fischer, Herrn Tobias Kuntz und Herrn Gabriel Kunz danken wir für die sorgfältige Ausführung der umfangreichen Experimente t Literatur [1] DIN EN ISO bis 3 "Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter" [2] Blank, Johanna, Diplomarbeit "Einfluss von physikalischer Trocknung und chemischer Vernetzung in 2K-Polyurethanlacken auf mechanische Eigenschaften", Fachhochschule Esslingen Hochschule für Technik, 2006 [3] Klinke, Eugen; Kordisch, Marco; Kunz, Gabriel; Eisenbach, Claus D "Charakterisierung der Kratzbeständigkeit von Klarlacken durch Kombination von Einzel- und Vielfachverkratzungstests", Farbe & Lack 108, (2002) * Korrespondierender Autor Kontakt:Dr Rolf NothhelferRichterForschungsinstitut für Pigmente und Lacke evallmandring 37D StuttgartTelefon: Telefax: nothhelfer@fplunistuttgartde t Ergebnisse auf einen Blick - Die Polierfähigkeit verschiedener AutomobilReparaturlacke wurde in Abhängigkeit von den Aushärtungsbedingungn geprüft - Fast alle Beschichtungen waren nach den praxisüblichen Trocknungsbedingungen (60 C, 30 min) polierfähig - Längere Trocknungszeiten und höhere Temperaturen verbessern die Polierfähigkeit, kürzere Zeiten und Unterschreitung der empfohlenen Trocknungstemperatur können dazu führen, dass die Beschichtung nicht polierbar ist - Beschichtungen mit einem Martenshärtewert größer 20 MPa sind ohne Ausnahme polierbar, bei niedrigeren Härtewerten ist das Polierverhalten nicht aus der Härtemessung vorhersagbar - Das Polieren mit handgeführten Maschinen ließ sich mit einem Polierautomaten mit kontrollierten Drehzahlen, Anpressdrücken und Bewegungsmustern maschinell reproduzierbar nachstellen - Der Gesamtabtrag nach dem standardisierten maschinellen Schleif-/Polierprozess lag bei den meisten Proben unter 7 µm Er kann durch individuelle Anpassung an das jeweilige Lacksystem auf 3 µm reduziert werden - Eine gute Endqualität ist auch erreichbar, wenn Glanzpolierpasten sowohl für das Vor- als auch für das Glanzpolieren eingesetzt werden Vincentz Network +++ Plathnerstr 4c +++ D Hannover +++ Tel:+49(511)

3 Vincentz Network +++ Plathnerstr 4c +++ D Hannover +++ Tel:+49(511)