Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Vorhersage des Erscheinungsbilds von Lackoberflächen aus Flüssiglack-Kenndaten

Die Oberflächenstruktur auf Flächen und an Kanten, wie z. B. Orange Peel, Pinselspuren oder Kantenflucht, haben einen entscheidenden Einfluss auf die dekorativen und funktionalen Eigenschaften eines lackierten Bauteils. Die Optimierung der Lackoberfläche ist ein äußerst personal-, energie-, zeit- und kostenaufwändiger Prozess, in dem empirisch in Lackierversuchen Lackeigenschaften und Prozessparameter variiert werden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Optimierungsprozess durch Modellierung des Lackfilmverlaufens signifikant zu vereinfachen. Profitieren sollen Lackrohstoffhersteller, Lackhersteller und Lackverarbeiter, technische Berater und Messtechnikanbieter. Insbesondere KMUs dieser Bereiche sollen die Ergebnisse nutzen: Im Vergleich zu Konzernen liegt ihre Stärke darin, flexibler auf Kundenwünsche reagieren und kleine Mengen individualisierter Produkte herstellen zu können. Diese Flexibilität erfordert, dass die für einen bestimmten Anwendungsfall idealen Lackeigenschaften und Applikationsbedingungen besonders häufig neu ermittelt werden müssen.

Ergebnis des Forschungsvorhabens soll vertieftes Wissen darüber sein, wie sich die Lack-fließeigenschaften in den einzelnen Prozessschritten Zerstäubung, Ablüften und Einbrennen verändern, um diese Eigenschaften gezielt steuern zu können. Am Fraunhofer IPA wurde bereits ein Mess- und Auswerteablauf entwickelt, der das Verlaufen in der Anfangsphase aus der Oberflächenspannung und der zeitlich veränderlichen Viskosität berechnet. Dieser soll nun auf den Gesamtprozess erweitert werden: Rheometermesszelle und Messablauf sollen so angepasst werden, dass gleichzeitig Thixotropie, Verdunstung und Temperaturanstieg bei der Messung der Fließeigenschaften berücksichtigt werden. Ein neues digitales Modell soll den Zusammenhang zwischen diesen Fließeigenschaften und dem Verlaufsergebnis eines Lackes für praxisrelevante Fälle (Verlauf im Waagerechten/Senkrechten, Läuferneigung und Fettkantenbildung) herstellen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt PaintVisco ist es erstmals gelungen, die Veränderung der verlaufsrelevanten viskoelastischen Lackeigenschaften über den gesamten Lackierprozess zu messen und zu veranschaulichen. Es kann nun sichtbar gemacht werden, wie sich die Prozessparameter Zerstäubung und Verdunstung während des Verlaufens und Temperaturanstiegs einzeln oder in Kombination auf das Verlaufsverhalten auswirken. Ermöglicht wurden diese Erkenntnisse durch

- die Entwicklung einer neuen Rheometer-Messgeometrie für Messungen mit Verdunstung,

- die Entwicklung eines neuartigen rheologischen Messablaufs (Chirp-Frequenzrampen-Serie), der sich am Ortungsruf der Fledermaus orientiert,

- die Entwicklung einer neuartigen rheologischen Rohdatenauswertung (Chirp-Teilwellenauswertung) sowie

- die Erweiterung des Verlaufsmodells u. a. für den Fall der Spritzapplikation handelsüblicher Lacke.

Das Grundlagenverständnis kann unmittelbar nach Projektende durch die industriellen Anwender übernommen und zur Verbesserung ihrer Produkte und Dienstleistungen eingesetzt werden. Zusätzlich können die entwickelten rheologischen Messabläufe und Messgeometrien von der Industrie eingesetzt werden, um die eigenen Lackrohstoffe, Lacke und Lackierprozesse zu untersuchen. Durch vertieften Einblick in die Veränderung der Lackeigenschaften während des Verlaufens können insbesondere

- Lackrezepturen schneller und gezielter als bisher entwickelt werden,

- Lackrohstoffe mit neuartigen Zusatzinformationen für den Anwender versehen werden,

- das Portfolio von Rheometerherstellern um eine neue Verdunstungsgeometrie und neue Softwarebausteine erweitert und

- Lackierprozesse schneller als bisher auf neue Lacke abgestimmt werden, was Rohstoffe, Energie und Versuchszeit spart.