Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Wärmeleitfähige Pulverlacke für schnelle Temperaturbehandlungsprozesse

Ziel des vorgeschlagenen Vorhabens ist es, durch den Zusatz von unmodifizierten und chemisch modifizierten Wärmeleitadditiven unterschiedlicher Größe und Form in Pulverlacken bei der Temperaturbehandlung einen verbesserten Wärmefluss zu bewirken. Hierdurch wird eine Reduktion der Temperaturbehandlungsdauer sowohl im Umluftofenprozess als auch mit (Hochleistungs-) IR-Strahlern sowie eine höhere Energieeffizienz, eine Verbesserung der Schichtqualität und eine Erhöhung der Robustheit des Temperaturbehandlungsprozesses erwartet. Kombinationen von Wärmeleit- und Infrarotadditiven können zudem Synergieeffekte hervorrufen und lassen eine weitere Verbesserung der Energieeffizienz des Temperaturbehandlungsprozesses vermuten. Der verbesserte Wärmefluss beim Einsatz dieser Wärmeleitadditive soll dazu führen, dass trotz forciertem Energieeintrag in das beschichtete Substrat keine thermische Schädigung der Pulverlackoberfläche auftritt, da sich die Wärme rascher und gleichmäßiger durch die Lackschicht und das Substrat verteilt.

Die Möglichkeit zur Integration von Wärmeleit- und anderen Additiven in Pulverlacken zur Verbesserung der Temperaturbehandlung, v. a. im Hinblick auf Zeit- und Energiebedarf, erhöht die Wettbewerbsfähigkeit von Lackherstellern, besonders KMU. Diese können mit den neuen Eigenschaften ihrer Lacke werben und so ihre Marktposition stärken und ausbauen, da sie eine Qualitätssteigerung ihrer Produkte vorweisen können.

Maschinen- und Anlagenbauer können an die verbesserten Lackmaterialien angepasste Temperaturbehandlungsanlagen fertigen und vermarkten. Hiermit verbessern die KMU ihr Produktsortiment und steigern ihre Wettbewerbsfähigkeit. Ihre Kunden werden so in die Lage versetzt, energieeffizientere Produktionsprozesse einzusetzen.

Ergebniszusammenfassung:

Innerhalb des Forschungsvorhabens "WelPe" konnten Pulverlacke mit ausgewählten Wärmeleitadditiven hergestellt, elektrostatisch appliziert und mittels Infrarotstrahlern zu vollständig vernetzten Schichten mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit, die zu einem gleichmäßigeren Wärmefluss innerhalb der Lackschicht führen und so bei der forcierten Temperaturbehandlung ein mögliches Überhitzen an der Lackoberfläche deutlich verringern, verarbeitet werden. Parallel dazu wurden die Materialien hinsichtlich ihrer physiko-chem. bzw. anwendungstechnischen Eigenschaften charakterisiert.

Indirekte Methoden als erste Aussage über die Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Schlagtiefungstests, Härte und Haftungstests sowie DSC-Analysen haben sich aufgrund vieler Einfluss- und Störgrößen als nicht aussagekräftig erwiesen. Mit der von der Fa. Coatmaster bereitgestellten Messtechnik ist es möglich, bei gegebener Schichtdicke, die Wärmeleitfähigkeit von Pulverlackschichten als appliziertes Schüttgut, angesintertes, aufgeschmolzenes oder vollständig vernetztes Material zu bestimmen. Erstmals kann das gesamte Aufschmelz- und Vernetzungsverhalten von Pulverlacken während des Temperaturbehandlungsprozesses abgebildet werden, was einen großen Beitrag zur Modellbildung darstellt. Eine signifikante Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit konnte erst durch die Einbringung großer Mengen Wärmeleitadditiven, beispielsweise 10 Gew.-% Leitruß (nur Heißbeschichtung möglich) oder Bornitrid, erzielt werden. Allerdings führen die hohen Mengen Additiv zu einer deutlichen Reduzierung der Flexibilität (Umformbarkeit), des Glanzgrades bis hin zu matten, raueren Lackoberflächen.

Neben der Steigerung der Wärmeleitfähigkeit von Pulverlackschichten mit dem Ziel einer gleichmäßigeren Durchwärmung der Lackschicht, um möglichst hochqualitative Pulverlackschichten herzustellen, wären wärmeleitfähige Beschichtungen für technische Anwendungen, wie z.B. Kühlkörper oder Thermal Interface Materialien interessant.