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Judith Pietschmann
Industrielle
Pulverbeschichtung
3., überarbeitete Auflage
Mit 278 Abbildungen und 76 Tabellen
I
PRAXIS JOT-Fachbuch
11
VIEWEG+
TEUBNER
BibliografischeInformationderDeutschenNationalbibliothek
DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinder
DeutschenNationatbibliogratie;detaillierte bibliografischeDatensindimInternetüber
<http://dnb.d~nb.de>abrufbar.
1. Auflage2002
2.,überarbeiteteunderweiterte Auflage2003
3.,überarbeiteteAuflage2010
AlleRechtevorbehalten
©Vieweg+Teubner IGVNFachverlage GmbH,Wiesbaden2010
Lektorat:ThomasZipsner I ImkeZander
Vieweg+TeubneristTeilderFachverlagsgruppeSpringerSeience-BusinessMedia.
www.viewegteubner.de
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vonjedermannbenutztwerdendürften.
Umschlaggestaltung:KünkelLopkaMedienentwicklung.Heidelberg
TechnischeRedaktion: Klementzpublishingservices.Gundelfingen
DruckundbuchbindenseheVerarbeitung: MercedesDruck,Berlin
Gedrucktaufsäurefreiemundchlorfrei gebleichtemPapier.
PrintedinGermany
ISBN978-3-8348-0463-1
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 zum
ersten Mals eine Berücksichtigung von Umweltaspekten bei der Lackierung forderten. Später
sindähnliche Regelungen invielen lndustrieländemeingeführt worden.
Erste Entwicklungen von Pulverlacken wurden in den [950er Jahren vorgenommen. Nach
anfänglicher Zurückhaltung in der industriellen Anwendung folgte kurze Zeit später ein wah
rer Siegeszug. Auch heute. mehr als 50 Jahre danach. ist die Pulverlackierung eine zukunft
weisendeTechnologie.diesichnochimmer neueMärkteerschließt.
Die wichtigsten Anwendungsbereicheder Pulverlackiertechnik sinddieAutomobil- undZulie
fererindustrie, das Bauwesen, der Maschienenbau. die Möbelindustrie und der riesige Markt
der Hausgeräteindustrie. Antreibende Faktoren sind sowohl Umweltschutzbestimmungen wie
die EU-VOC-Richtlinie. als auch die Forderung der Industrie nach Kostensenkungen und
Abfallreduzierung. sowiedie Verbesserung dercomputergestützten Prozessautomauslerung.
Weltweitwurden im Jahr 2006 1.180.000 Tonnen Pulverlacke produziert. Der Anteil in Euro
pa lieb'! bei 37%. in Asien bei36%, NAFTA Raunt 17% und übrige Regionen 10%. In West
europa ist in der Pulvernachfrage eine Stagnation zu verzeichnen, wobei in Osteuropa und
Asien der Markt sich sehr schnell entwickelt. Schaut man sich die Nachfrage nach Produkt
gruppen an, so sind die Epoxy-Polyester-Lacke diejenigen mitdem größten Marktanteil. Aber
auch die Polyestersysteme. entwickelt in Europa, finden zunehmend in anderen geographi
schen MärktenAkzeptanz.
Neue Entwicklungen beiden Pulverlacken konzentrieren sich immernoch aufdie strahlenhär
tenden Systeme. einedeutliche Reduzierung der Einbrenntemperaturen sowie die Entwicklung
vonspeziellen Systemen fllr- einzelne Anwendungsfälle. Im Bereichdes Bauwesens habensich
vor allem die hochwetterbeständigen Systeme am Markt etablieren können. Nachfrage besteht
auch weiterhin nach speziellen Funktionen, wie Anri-Graflti. bessere Reinigungsfähig
keit/weniger Schmutzhaftung. usw. Allerdings lag der Marktanteil der funktionellen Pulverla
cke imJahr2008bei6%.
Aus dem englischsprachigen Bereich sind schon früher Publikationen zum Thema Pulverlack
bekannt. Mitdiesem Buch wirdjedocherstmals indeutscher Sprachedie Pulverlackiertechnik
umfassend in ihren Grundlagen und Anwendungen behandelt. Darüber hinaus enthältes viele
aktuelle und praxisnahe Informationen.
Die Themen dieses Fachbuchs umfassen das Lackmaterial. dessen Herstellung und die ver
schiedenen Einsatzgebiete fürdie Lackmaterialien. Weitere Schwerpunkte sind die Applikati
onstechnik mit Praxistipps bei Anlagenstörungen, die Gehänge und Fördertechnik, das Ein
brennen bzw. Härten der Lacke,die Reinigung und Vorbehandlung von verschiedenen Metal
len und Kunststoffen, Anwendungsbeispiele aus der Praxis, die Mess- und Prüftechnik sowie
ausführliche Informationen. Beschreibungenund Lösungsmöglichkeiten zu Fehlern im Pulver
lackfilm. Inder3. Auflage wurden die einzelnen Kapitelüberarbeitet und dem aktuellen Stand
derTechnikangepasstsowiedieQualität derBilderdeutlichverbessert.
VI Vorwort
Das Buch wendet sich an Entscheidet oder Mitarbeiter in Beschichrungsbetrieben. Anlagen.
bauer, Vorbehandlungsherstel1eroder Studenten verschiedenster Fachrichtungen mit der Ver
tiefung im BereichderOberflächentechnik. Essind aber auch alldiejenigenangesprochen, die
sich ••nur" über die Technik der Pulverbeschichtung informieren möchten und das Buch als
Nachschlagewerk nutzen.
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.
Herzlich Danke sagen will ich allen Informanten, Helfern lind Finnen , die in mannigfaltiger
Weise zum Enstehen dieses Buches beigetragen haben, Ein besonderer Dank gilt Hans Mend
ler und Rohen Lüscher filr ihre tatkräftige Mitarbeit. Ebenso möchte ich dem Lektorat Ma
schinenballdes Vieweg+Teubner Verlags für diejederzeit konstruktive Zusammenarbeit und
fürdie Unterstützung beider Bearbeitungdanken,
Aalen, Flawil. imSeptember2009 Judilh Pietschmann
VII
Inhaltsverzeichnis
Ceschlchte der Pulverlacklerung .
Pulverlacke 5
1.1 Verschiedene Pulverlacktypen . 5
1.1.1 Filmbildner/ßindemittel . 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 PolyesterrrGIC .. . . 10
1.1.7 Polyester/Hydroxyalkylarnid . . 12
1.1.8 Aromatische Glycidylester . 12
1.1.9 Polyurethane . . 13
1.1.\0 AliphatischeOxirane . . 14
\.1.11 Acrylare . 14
1.1.\2 Methyl-substituiertesTGIC . 16
1.1.13 Additive . . 16
1.1.\4 Pigmente . . 16
\.\.15 Füllstoffe . 18
\.2 StrahlenhärtendeSysteme . 19
1.2.1 Technologische Unterschiedeinden VerfahrenNIR-,UV-und
Nt-Härtung . . 19
1.2.2 Vergleichder EigenschaftenvonNIR-. UV- undNl'-Pulverlacken . 21
1.3 Effektlacke . 24
1.4 Pulver-Slurry . . 25
1.5 FilmbildungbeiPulverlacken .. . . 26
1.5.1 Schmelzviskosität und Oberflächenspannung . 26
1.6 Pulverlackherstellung . 28
\.7 Lagerung von Pulverlacken . 32
1.8 Mess-und Prüftechnikbei Pulverlacken . . 32
\.8.1 Rieselfähigkeit(Hießverhalten] . 33
1.8.2 Wirbelfähigkelt(Fluidisierung) . 34
1.8.3 Tribofähigkeit . 34
1.8.4 Komgrößenverteilung . . 34
1.9 Wirtschaftliche Bedeutung vonPulverlacken . 35
1.9.\ DerPulverlackmarkt inZahlen . 36
1.9.2 Marktpotenzialeam Beispielvon NIR-,UV-undNT-Pulverlacken . 38
2 Applikation " " " " " " " " " 43
2.\ Einführung " .. 43
2.2 ElektrostatischeOberllächenbeschichtung .. . . 45
2.3 PhysikalischeGrundlagender Beschlchnmgsverfahren " " " "".. 47
2.3.1 Auflademechanismen .." " " " " " " 48
2.3.2 Triboelektrische Aufladung " ". 50
VII[ Inhalrsverzeichnls
2.3.3 lonisationsaufiadung{Korcnaaufladung} . 54
2.3.4 Flugverhaltenelektrischaufgeladener Partikel . 55
2.3.5 Verhältnisvon Feld- undSchwerkraft .. . . 56
2.3.6 Abscheideverhalten . 57
2.3.7 BildungderPulverschicht . 57
2.3.8 TechnologischerVergleichderSprühgeräte . 60
2.4 DieAufladesysteme inderPraxis . . . 61
2.4.1 Die Korona-Aufladung . . 61
2.4.2 Tribe-Aufladung . 65
2.4.3 Vergleich der Ladungssysteme . 66
2.4.4 Die Mundstücke . . 67
2.5 Pulvertransport und Förderung . . 69
2.5.1 Mechanische Eigenschaften des Pulvers . 71
2.5.2 Anforderungenan das Fördersystem . 71
2.5.3 Die Pulverfördersysteme . . 72
2.5.4 Trennungdes Pulver-Luft-Gemischs . . 79
2.5.5 Die Pulveraufbereitung . 82
2.5.6 Pulveraufbereitung im Behälter . . 86
2.5.7 Die Schlauchführung . . 90
2.6 Anlagenkonzepte . 93
2.6.1 Ermittlungderrelevanten Parameter . 93
2.6.2 Anlagenkonzepte ... 94
2.6.3 Beschichtungskabine . . 96
2.6.4 Die WahldesKabinentyps . 97
2.6.5 Die Rückgewinnungssysteme . 105
2.6.6 Die Dimensionierungder Anlage 108
2.6.7 Die Beschichtungsgcräte- Pistolen . . 108
2.6.8 Das Pulverzentrum .. . . 112
2.6.9 Die Steuerung . 116
2.6.10 Die Hubgeräte . 119
2.6.11RohrleitungvonderKabine zumZyklon 120
2.6.12 Kabinensysteme fürdie automatische Beschichtung . 121
2.7 Die Anlagentechnikfürdie Verarbeitungvon Effektpulverlacken . 124
2.7.1 Rückgewinnungsprobleme . 124
2.7.2 Aufladungsprobleme . . 124
2.7.3 Sprühbildveränderungen . . 125
2.7.4 EinflussderMundstücke . 125
2.7.5 Kurzschlussbildungzwischen Pistole und Mundstück . 127
2.7.6 Kurzschlussbildung durchSchichtbildung im Pulverrohroder
Pulverschlauch . . 127
2.8 SonderverfahrenderPulverbeschichtung . 127
2.8.1 Pulverbeschichtenohne Pistolen- reinelektrostatischesWirbelbad-
verfahren . . 127
2.8.2 Coil-Coating mitPulverlack . 127
2.8.3 Wirbelsintern . 130
2.8.4 Rundsprühsysteme inder Omega-Schleife . 130
2.9 Wirkungsgradverbesserung beielektrostatischenSprühverfahren . 131
2.10 Geforderte Sicherheitseinrichtungen . 133
2.11 Häufige FehlerinderPulverbeschichtung und Lösungsmöglichkeiten . 137
2.12 Das EinmaleinsderPulverbeschichtung . 158
Inhaltsverzelchnls IX
3 Gehänge und Fdrdertechnik . 165
3.1 Gehänge, Warenträger . . 165
3.2 Fürdertechnik . . 167
3.2.1 Anforderungen und Kriterien . 167
3.2.2 Fördergut . 168
3.3 Die Fördersysteme imEinzelnen . . 170
3.3.1 Handschiebebahnen 170
m
3.3.2 Kreisförderet ..
3.3.3 Verzweigungsfähige Kreisförderer . 173
3.3.4 Power&Free-Systeme . 174
3.3.5 Elektrohängebahn . . . 178
3.3.6 Bodcnfördcrer . . 179
3.3.7 Skid-Anlagen . 180
3.3.8 Tauchanlagen . 182
3.3.9 Beschickungsautomaten .. . . 184
3.3.\0 Tiscbkreisförderer.. . . 185
3.3.11Querstabförderet .. 185
3.3.12Bänder . . 185
3.3.13 Rollenbahnen . . 186
3.3.14 Stapelautomaten .. 186
3.4 Beispieleausder Praxis . 186
3.4.1 Vom Kreisfördererzu Power&Freemit Kettenlaufwerk . 186
3.4.2 Power&Freeals Bodenfürderer . 189
.. Einbrennenvon Pulverlacken . 193
4.\ ßauformenvonTrocknern . . 193
4.1.1 Kammertrockner . . 194
4.1.2 Durchlauftrockner . 194
4.1.3 Sondertonnen . 195
4.2 Trocknungsverfahren . . 197
4.2.1 Konvekticns-oderUmlufitrocknung . . 197
4.2.2 tk-Strahlungstrocknung . 198
4.2.3 Sonderverfahren . 200
4.2.4 BewertungverschiedenerAushärteverfahren 202
4.3 OptimierungvonLacktrocknem . . 203
4.4 Messender Einbrenntemperatur . 204
4.4.1 Grundlagen derTemperaturmessung .. 205
4.4.2 Anwendung derTemperaturmessung . . 206
4.4.3 Prozessoptimierung mit HilfederTemperaturmessung . 209
4.4.4 Optimierungsmöglichkeiten imBereich Einbrennofen aneinemBeispiel.. 210
S Oberflächenvorbehandlung \'on vtetatlen . . 213
5.1 Reinigung und Vorbehandlung .. 213
5.2 Anforderungenanden Oberllächenzustand .. 214
5.2.1 Reinheitsgrad . 214
5.2.2 Porosität . . 218
5.3 Mechanische Vorbehandlung . 219
5.3.1 Schleifenund Bürsten .. 219
5.3.2 Strahlen . . 220
x
Inhalrsverzeichnls
5.4 Wässrige Reinigungsverfahren 222
5.4.1 Parameterder Reinigung 222
5.4.2 Reinigungsmechanismusin wässrigen Lösungen 223
5.4.3 Reimgertypen 227
5.4.4 Beizen 228
5.5 Phosphatierverfahren 229
5.5.[ Schichtbildende Phosphatien mg .. 231
5.5.2 Nichtschichtbildende Phosphatierungen 236
5.5.3 Eisen.Dickschichtphosphatierung 237
5.5.4 MethodenzurCharakterisierungvon Phosphatschichten 237
5.5.5 Fehlerund Fehlervermeidung beim Phosphaneren 239
5.6 Chromatierung 248
5.6.[ Gelb- und Grünchromatierung 249
5.7 Vorbehandlung von Eisenwerkstoffen 250
5.8 Zinkund verzinkteOberflächen .. 252
5.9 Buntmetalle und ihre Legierungen 253
5.10 Vorbehandlung vonAluminium 253
5.10.1Vorbehandlungder Werkstückoberfläche 255
5.10.2 Vorbehandlung vonAluminiumgusslegierungen 256
5.\0.3 vorbehandlungsverfahrenfürAluminiumoberflächen 257
5.[0.4 Eigenschaftendes Werkstoffs Aluminium 258
5.[0.5 Stand derTechnik inderKonversionsschichtbildungbei Aluminium 261
5.\0.6 Chromfreie Verfahren 268
5.[0.7 EntwicklungeninderVorbehandlung 272
5.11 Magnesiumwerkstoffe 280
5.11.1Vor- und Nachbehandlungsverfahren für Mg-Legierungen 280
5.1[.2 Konversions-bzw. Passtvierungsverfahrenfllr Magnesium 281
5.[1.3 Konversionsschichtbildung mitdem System Permanganat.Vanadat,
Molybdat. \Volframat 282
5.12 Wahlderpassenden Vorbehandlung 282
5.13 Trouble-Shocring beiNo-Rinse-Vorbehandlung 286
5.14 Vorbehandlung von Kunststoffen .. . 289
5.14.1MechanischesVorbereitenVOll Kunststoffen 290
5.14.2 Das Reinigen von Kunststoffen 290
5.14.3 Beizen von Kunststoffoberflächen 290
5.[4.4 Aktivierung der Kunststoffoberflächen .. 290
6 Pulverbeschichtungin der Praxis 297
6.1 Pulverbeschichtung inderAutomobilindustrie 297
6.[.1 Pulverbeschichtung am Auto- Beispiel Smart 297
6.2 Pulverbeschichtung im Bauwesen. Architektur 301
6.3 Pulverbeschichtung im Industriebereich 305
6.4 Pulverbeschichtung im BereichWeiße Ware 309
6.5 Pulverbeschichtung inder Leuchtenindustrie 3[3
6.6 Pulverbeschichtungvon Holzund Holzwerkstoffen 319
6.6.1 Anforderungenan den Werkstoff 320
6.6.2 Applikationstechniken 321
6.6.3 Pulverlacke 323
6.6.4 BeispielderPulverbeschichtung von MDFmit UV-hänendemSystem 323
