• Fehler: Krater, Benetzungsstörungen, Kontamination
• Substrat: Stahlblech
• Ursache: Kontamination durch Betriebsmittel oder Anlagenkomponenten
  
• Mögliche Lösung: Präventive Prüfung aller in der Lackierung verwendeten Substanzen / Komponenten

Bild 1: Großflächige Benetzungsstörung als ovale Konzentrierung eines Kontaminanten. Quelle: Fraunhofer IPA

Vielmals sind in Lackierprozessen lackbenetzungsstörende Substanzen (LABS) der Auslöser für Beschichtungsfehler. Die dadurch verursachten Störungen können erheblichen kosten- und zeitintensiven Personaleinsatz für Nacharbeiten und die Ursachenfindung und -behebung nach sich ziehen.

Eine Kontamination des zu lackierenden Untergrunds, des Lackmaterials oder der frisch lackierten Oberfläche durch lackunverträgliche Stoffe über eine bestimmte Grenzkonzentration hinaus kann viele Gründe und Ursachen in oder aus der Produktion sowie dessen Umfeld haben. Für sensible Lackierungen, wie die Automobilserienlackierung, werden daher alle verwendeten Materialien, Hilfsmittel und Anlagenkomponenten, die sich in der mittel- oder unmittelbaren Umgebung des Lackierbereichs befinden, im Vorfeld auf LABS geprüft.

Ursachen der Störungen

Lackbenetzungsstörende Substanzen senken die Oberflächenenergie (Fachvideo zur Messung der Oberflächenenergie) in der Grenzzone zwischen Lack und Substrat ab, sodass der Lack die Substratoberfläche nicht gleichmäßig benetzen kann. Die Erscheinungsformen der Benetzungsstörungen können sich hinsichtlich der Art der Kontamination und der Art des Lacksystems unterscheiden. Diese können, wie in Form von groß- oder kleinflächigen Defekten (Bild 1), wie Kratern – Mikrokrater, Flachkrater, Krater mit und ohne Partikeleinschluss (Bild 2) – Verlaufsstörungen oder Anquellungen in der Lackierung auftreten.

Großflächige Benetzungsstörung: Krater mit und ohne Partikeleinschluss Quelle: Fraunhofer IPA

Zu den potenziell lackbenetzungsstörenden Substanzen zählen in der Praxis die Klassiker Silikone. Sie können in Entschäumer-Additiven in Wasserbasislacken, in Linern von Klebebändern, in Schmiermitteln vorkommen. Weiterhin können solche Stoffe in Klischees beim Tampondruck oder in Kosmetika des Fachpersonals vor Ort enthalten sein. Zudem können sämtliche Betriebs- und Hilfsstoffe kritisch sein, hier zu nennen sind z.B. Fette, Wachse, Weichmacher oder Formtrennmittel, die im Fertigungsprozess verwendet oder auf verschiedenen Wegen in Produktionsbereiche verschleppt werden.

Störungspotenzial LABS

Eine Pauschalaussage hinsichtlich des Störungspotenzials dieser Substanzen auf Lackierungen lässt sich anhand der Zusammensetzungen und der Konzentration des Kontaminanten sowie deren zahlreiche Anwendungs- bzw. Einsatzgebiete in der Regel nicht treffen. Zusätzlich unterscheiden sich die angewandten Lacke hinsichtlich ihrer Zusammensetzung aus Bindemitteln, Pigmenten, Lösemitteln und Additiven, die den jeweiligen Verarbeitungs-, Trocknungs- und Umgebungsbedingungen sowie auch verschiedenen Qualitätsmerkmalen angepasst sind. Kontaminanten können daher ein unterschiedliches Störungspotenzial aufweisen. Ein Kontaminant, der in der Wasserbasislackschicht eine Störung verursacht, muss nicht zwangsläufig eine Störung in einer Lösemittellackschicht verursachen. Eine LABS-Konformität ist daher immer von den lackbenetzungsstörenden Substanzen, den verwendeten Lacken und ihrer jeweiligen Schichtdicken (Video zur Schichtdickenmessung), der Substrateigenschaften und dem Kontaminationsweg abhängig.

Strategie zur Vermeidung von Beschichtungsfehlern durch LABS

Als Strategie zur Vermeidung von Lackunverträglichkeiten sollten die in der Produktion verwendeten Stoffe auf Lackbenetzungsstörungen hin untersucht werden. Es ist empfehlenswert, auf eindeutig lackunverträgliche Stoffe gänzlich zu verzichten und auf alternative, hinsichtlich LABS freigegebene Betriebsoder Werkstoffe auszuweichen. Wichtig ist zudem, Mitarbeiter auf diese Thematik hin zu sensibilisieren und zu schulen. Viele Betriebs- und Hilfsstoffe oder auch Produktionsprozesse – Tampondruckverfahren mit Klischees aus Silikon, Formtrennmittel in der Kunststoffverarbeitung – sind nicht einfach ersetzbar. In solchen Fällen kann eine Reinigung der kontaminierten Oberflächen mit einem geeigneten Verfahren, wie zum Beispiel durch alkalische Reinigungsmittel, diverse Lösemittel, Reiniger mit ionischen Tensiden erfolgen. Alternative Technologien sind beispielsweise die Reinigung mit überkritischem CO₂, Plasma- oder Ultraschallreinigung, die Kapselung oder das Tempern der Bauteile. Bei sorgfältiger und kritischer Betrachtung der eingesetzten Bauteile, Werkstoffe und Prozesse und bei sorgfältiger Schulung der Mitarbeiter können so beim Thema LABS bereits viele Ursachen für die Entstehung von Benetzungsstörungen ausgeschlossen und damit wesentlich zur Prozesssicherheit beigetragen werden. Abhängig von der späteren Verwendung müssen die Produkte im bestimmungsgemäßen Einsatz unterschiedlichen Kriterien genügen. So muss sich die Auswahl der infrage kommenden Prüfungen, wie sie auch am Fraunhofer IPA durchgeführt werden, am bestimmungsgemäßen Einsatzgebiet und der tatsächlichen Umgebungsbedingungen des zu prüfenden Produkts orientieren, siehe Grafik 3.

Grafik 3: Schematische Darstellung der Auswahl der LABS-Prüfverfahren Quelle: Fraunhofer IPA

Dieser Anwendungsbezug führt zwangsläufig zu den zentralen Fragestellungen, wie aus dem Bauteil potenziell lackbenetzungsstörende Substanzen abgegeben werden können, ob unmittelbarer Kontakt zum Lack, zum Lösemittel oder der zu lackierenden Oberfläche besteht und ob eine indirekte Kontamination durch Prozess oder Kabinenluft möglich ist.

Auswahl von Lacksystemen für die Prüfungen

Bei der Prüfung werden Lacke u.a. mittels Hochdrucksprühverfahren appliziert. Zum Einsatz kommt z.B. die Kombinationneines Wasserbasislacksystems mit einem lösemittelbasierten 2K-PUR-Klarlacksystem. Mit dieser Kombination kann bezüglich der umfangreichen potenziellen Störungseinflüsse mehr Sicherheit erzielt werden, da manche Kontaminationen eher auf Wasserlacke und andere empfindlicher auf Lösemittellacke reagieren. Bei der Prüfung auf lackbenetzungsstörende Substanzen spielt die Schichtdicke der Lackierung sowie deren Homogenität eine besondere Rolle. Diese kann in Abhängigkeit von der Konzentration des Kontaminanten Auswirkungen auf das Prüfergebnis haben, da sich eine zu dünne Lackschicht hinsichtlich

der Störungseinflüsse auf den Lack sensibler auswirkt, als eine zu dicke Schicht.