Kataphorese-Beschichtungsanlagen Prozessbeeinflussende Parameter
Auch wenn die Kataphorese-Beschichtungssysteme anfänglich in der Automobilindustrie Verwendung fanden, findet heute der Einsatz in weiteren Bereichen statt. Insbesondere für die Grundierung oder Decklackierung von Metallteilen mit Grifft-Oberflächen.
Es wird als sehr erfolgreiches Verfahren zum Korrosionsschutz von Produkten und Oberflächen in vielen verschiedenen Legierungen wie Felgen und Haushaltswaren eingesetzt.
Es besitzt sehr wichtige Vorteile gegenüber Epoxid/Acryl-Nass- oder elektrostatischen Pulverlacksystemen oder anderen elektrolytischen (Galvano) Beschichtungsverfahren..
Im Gegensatz zu den anderen Beschichtungsverfahren zeigt es eine homogene und ästhetischen Erscheinungsbild der Folienstärke. Zudem ist diese Anwendung ideal auch für scharfe Kanten, Grifft- und Schweißstellen.
Es bietet auch gravierende Qualitäts-Kosten-Vorteile in Bezug auf Kratz- und Schlagfestigkeit.
Neben der überlegenen Korrosionsbeständigkeit und der hohen Produktionskapazität erlangt Kataphorese-Beschichtung einen unumstrittenen Platz in den Augen aller Hersteller in Bezug auf die Kosten.
Betrachtet man die geringen Bearbeitungskosten zusammen mit der Wirtschaftlichkeit, geringen Brandrisiken und Vorteile im Bereich der Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz, ergibt sich ein ernst zu nehmender Vorteil gegenüber den anderen Anwendungen.
Wenn Automobilhersteller heute die Korrosionsgarantiezeit auf mehr als 10 Jahre verlängert haben, ist dieser Erfolg durch den weitverbreiteten Einsatz von Kataphoresesystemen möglich (sein Einsatz im Automobil hat eine Rate von 95 % erreicht).
Die Anwendungen der elektrolytischen Lackbeschichtung, die in der zweiten Hälfte der 1950er Jahre mit der Anaphorese begannen, verließen nach den 1970er Jahren die kathodische (Kataphorese) elektrolytische Beschichtung und die anodische Anwendung wurde in vielen Bereichen aufgegeben.
Die chemischen Eigenschaften der Kataphorese-Farbe lässt sich, wie folgt grob definieren: Sie besteht es aus einer speziellen Dispersion, die mit einem kolloidalen Elektrolyten fixiert ist. Die Kataphoresesysteme lassen sich am einfachsten wie folgt beschreiben:
Nach den kontrollierten Vorbehandlungen werden die Metallteile, die mit elektrischem Gleichstrom versorgt werden und mit Farbe beschichtet werden müssen sich 1 bis 3 Minuten im Tauchlackbehälter aufhalten.
Die auf der Oberfläche der aus dem Lackbehälter entnommenen Teile verbliebene Lack, der aufgrund der Lackisolierung nicht haften konnte, wird durch einfache mechanische Verfahren von der Oberfläche entfernt.
Durch die gebildeten Vor-verdampfungszeit werden Teile im Aushärteofen getrocknet.
Die zu lackierenden Metallteile sind eine der Elektroden, der Lack Tank die andere Elektrode.
Wenn die zu lackierenden Metallteile in diesem System an die Anodenseite angeschlossen werden, nennt man diese Anaphorese-Beschichtung oder anophoretische elektrolytische Beschichtung.Es kann auch als Beschichtung bezeichnet werden. Wenn dagegen die zu lackierenden Metallteile auf das Kathodenteil aufgebracht werden, spricht man von Kataphorese-Beschichtung oder kathodischem Galvanisieren.
Mit anderen Worten: Wenn es ein Harzkation ist, kann es als anodische Beschichtung betrachtet werden, und wenn Harz ein Anion ist, kann es als Kataphoresebeschichtung betrachtet werden
Während der gesamten Beschichtung laufen einige chemische Reaktionen ab.
Die Stabilität dieser Reaktionen ist möglich, indem eine homogene Löslichkeit und die Verteilung von Lösungsmittel, Harz, Pigment und Additivprodukten bereitgestellt wird.
Obwohl die Zusammensetzung von Kataphoresefarben vom Hersteller abhängig sind und den verwendeten Additivprodukten variieren, sind sie im groben wie folgt aufgebaut:
%75-90 Wasser
%15-20 Harze
%0-5 Pigment
%0-5 Lösungsmittel
Auswahl an Kataphorese-Farbharz mit Ionisationsfunktion ist einer der wichtigsten Parameter, die die Qualität bestimmen, denn das als Rohstoff verwendete Harz (Acryl-Epoxid-Hybrid) ist das grundlegendste Produkt, das auch die Beständigkeit gegen Korrosion erhöht und den Schutz vor Sonnenstrahlen bildet.
Epoxidpolymerharze erhöhen die Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit. Der wichtigste Vorteil von Acrylpolymerharze ist die Erhöhung der UV-Beständigkeit.
Hybridsysteme können für komplexere Erwartungen verwendet werden.
Pigmentpasten verleihen Farbe, UV-Beständigkeit und Glanz.
Füllstoffe erhöhen die Dicke und Trocknungseigenschaften des Lacks und wirken zudem reaktionsbeschleunigend.
Die Hauptpigmentelemente sind TiO2 und Carbon Black.
Füllstoffe: Silikatverbindungen können unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, deren Zweck es ist, zur Bildung eines homogenen Lackfilms beizutragen.
Das Hauptlösungsmittel des Kataphoresesystems ist reines Wasser, zusammen mit Butylglykol und Phenoxypropanol.
Butylglykol trägt zur Auflösung, Homogenisierung und Tiefenhaftung des Lacks bei.
Phenoxypropanol und seine Derivate tragen zu einem ästhetischen Erscheinungsbild bei, indem sie eine homogene Oberflächenverteilung gewährleisten.
Da Phenoxypropanol eine sehr geringe Löslichkeit besitzt, muss es sehr langsam aus dem UF-Tank oder der Harz-/Emulsionspumpe in das System eingeführt werden.
Entionisiertes Wasser macht 75-90% des Lackbestandteils aus und ist der gemeinsame Träger aller chemischen Bestandteile.
Das Grundprinzip der Kataphoresebeschichtung
Der Bereich, in dem die Metallteile und Elektroden in den Beschichtungsbehälter eingetaucht sind, wird mit elektrischem Gleichstrom versorgt. Bei der resultierenden Spannung ist eine der Elektroden Anodenpositiv (anodisch) und der andere Metallteil negativ (kathodisch).
Mit dem ersten Widerstand der Farbe im Tank gegen den Gleichstrom wird der Beschichtungsprozess automatisch verlangsamt. Wenn der ionisierteMedium (Farbstoff) wird zunächst sehr schnell in Richtung der Bereiche, die der Elektrode am nächsten sind, fließen und die Teile mit Farbe beschichten. Die Farbe isoliert das Metall und die Lackierung wird auf diesen Oberflächen abgeschlossen.
Aber dann wird die Beschichtungsreaktion fortgesetzt, bis sich die Lackionen zu komplexeren Bereichen bewegen und die gesamte Metalloberfläche isoliert ist, d.h bis sich eine homogene Lackschicht auf der Oberfläche gebildet hat.
Die an das zu lackierende Metallteil angelegte elektrische Spannung ist ein sehr wichtiger Regelparameter für die Lackschichtdicke, die sich auf der Oberfläche des Teils bildet.
Die Dicke des beschichteten Lackfilms erzeugt eine ernsthafte Isolierung und damit Beständigkeit.
Das wiederum besagt gemäß dem ohmschen Gesetznach. Wenn der elektrische Widerstand ansteigt, der elektrische Strom umgekehrt proportional zu den beschichteten Bereichen abnimmt.
Der Zweck dieses Systems ist es, die Beschichtung der Teile mit filigranen Oberflächen in homogener Dicke zu ermöglichen.
Parameter der Zeit/Gleichstrom-Beziehung
Die Erhöhung des Gleichstroms ist keine ideale und richtige Methode, um die Beschichtung zu beschleunigen und die Lackdicke und damit die Kapazität zu erhöhen.
Der auftretende hohe Strom führt zu einer plötzlichen Wasserstoffgasabgabe und einer Überhitzung der Teileoberfläche. Dies ist der Hauptgrund für kapillare oder sichtbare Risse im Lack.
Es ist die hohe Gleichstromanwendung, die dieses Problem verursacht, das auch als Bruchspannung bezeichnet wird. Der überproportional hohe Strom ist auch die Quelle der elektrochemischen Auflösung des Metalls.
Dies verursacht wiederum die Bildung von Eisenoxid Fe2O3.H2O, das sowohl das Aussehen (Gelbfärbung) als auch die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt.
Elektrischer Gleichstrom erzeugt im wesentlichen drei verschiedene Widerstandspunkte zwischen der Anode und der Kathode.
Nach der Reihenfolge: Anolytbeständigkeit (Ra), Lackbeständigkeit (Rb) bzw. Filmbeständigkeit (Rf) des aufgetragenen Lacks.
Soll die Lackschichtdicke erhöht werden, ist es erforderlich, die Anodenflächen parallel zur Spannung zu vergrößern, den Abstand zwischen Anode und Kathode zu verringern oder den auftretenden elektrischen Widerstand zu verringern.
Kosteneffizienz bei Kataphoresebeschichtungen
Kataphorese-Beschichtung ist die effizienteste Beschichtungsmethode in Bezug auf die Betriebskosten.
Denn durch die Erzielung hoher Kapazitäten mit sehr geringen Reklamationsraten sichert das Entfallen der auf die Nacharbeit basierende Produktion.
Und seine einzigartigen Vorteile wie Übertragungseffizienz, Standard-Lackfilmbildung, 90-95 % Beschichtungseffizienz und geringe Arbeitskräftebedarf machen die Kataphoresebeschichtung in Bezug auf die Farbverbrauchskosten pro Fläche/Einheit konkurrenzlos von allen anderen Lacksystemen.
Bei den filigranen Teilen ist es sehr wichtig, dass die Schichtdicke und Homogenität der beschichteten Grifft-Produkte kontrolliert werden können, damit auch die Verbrauchsmengen überschaubar sind.
Theoretisch beträgt die Schichtdicke der Kataphoresebeschichtung 2–5 Mikrometer.
In verschiedenen Lackanwendungen ist homogene Beschichtung nicht möglich. Vor allem wenn sich Tröpfchen und Oberflächenvertiefungen bilden, liegt das Verhältnis zwischen 15 und 100 Mikrometer.
Durch die Adaption automatisierungsbasierter Robotik Lösungen lässt es sich die Anlage mit deutlich weniger Personal bedienen.
Es handelt sich um ein hochwertiges Beschichtungssystem, das unabhängig von mentalen Müdigkeit der Mitarbeiter arbeitet.
Da es sich um ein Tauchsystem und nicht um ein Sprühsystem handelt, können höhere Stückzahlen aufgehängt werden.
Einhaltung der Kataphoresebeschichtungs- und Umweltvorschriften
Auf Wasserbasis, mit minimalem Abfall; Die herausragendste Eigenschaft besteht darin, dass keine Schwermetallelemente in Farbkombinationen enthalten sind../p>
Die Tatsache, dass es fast keine organischen Lösungsmittel auf Erdölbasis enthält, beweist, dass es das umweltfreundlichste Lacksystem in Bezug auf die VOC-Werte ist.
Die einzigartigen Vorteile, wie der wasserbasierte Chemikalienanteil, das nahezu ohne Lackabfälle zu arbeitet, die Minimierung einer möglichen Brandgefahr sowie der Arbeits- und Gesundheitsschutz stehen bei der Bevorzugung von Kataphorese-Beschichtungen im Vordergrund.
Parameter, die die Beschichtungsqualität beeinflussen
Permeation: Auch wenn chemische Zusammensetzung von Kataphoreselacken je nach Formulierungsmerkmalen und Rezeptureigenschaften variiert, ist die Leitfähigkeit, physikalische Eigenschaften der Oberfläche und Temperatur die wichtigsten Parameter, die die Qualität beeinflussen.
Bei metallischen Werkstücken, die dem Beschichtungsprozess unterzogen wurden, ist der erste Ausgangspunkt der Beschichtung die nächstgelegenen flachen und äußersten Flächen, die die Anodenzellen sehen. Danach wird der Beschichtungsprozess im Abstand zur Anode und in den tiefen, filigranen Bereichen fortgesetzt. Die Reaktion endet, wenn die gewünschte Dicke erreicht ist.
Auf ebenen Oberflächen und Bereichen, die nahe der Anode liegen, wird kein dicker Lackfilm gebildet und die (Versprödung nimmt zu). Dies ist ein weiterer zu beachtender Punkt.
Kataphorese-Farbkontrolle und -analyse
05 April 2021
