• Fehler: Pinholes / Nadelstiche
  
• Substrat: Verschiedene
• Ursache: Lufteinschlüsse
  
• Mögliche Lösung: Messung der Oberflächenspannung, Rheologie; Optimale Einstellung der Applikation
  

Lufteinschlüsse, die beim Auftreffen des Lackes auf das Substrat entstanden sind. Quelle: Fraunhofer IPA

Lufteinschlüsse im Lack können zu Störungen der Optik führen und vermindern zudem die Schutzfunktion der Beschichtung, damit zeigen sie ähnliche Bilder wie durch Verdampfung des Lösemittels, das Ausgasen des lackierten Substrates oder Kontaminationen verursachte Krater und Kocher. Verschiedene Untersuchungen des Fraunhofer IPA zum Entstehen der sog. Pinholes weisen auf Ursachen bei der Lackzerstäubung und dem Tropfenaufprall hin. Pinholes bzw. Nadelstiche können u. a. durch Lufteinschlüsse in der Farbversorgung oder der Zerstäubung verursacht werden. Ebenfalls möglich ist der Einschluss von Luft während des Auftreffens der Lackmaterialien auf das Substrat. Die Lufteinschlüsse können sich dabei wahlweise direkt auf dem Substrat, im Inneren der Schichten oder in Poren befinden.

Methoden zur Analyse von Nadelstichen sind u. a. rheologische Messungen sowie die Bestimmung der Oberflächenspannung. Erstere ist für realitätsnahe Werte mit einem Kapillarviskosimeter zu bestimmen, da nur mit diesem Messgerät die hohen Scherraten erreicht werden, die beim Zerstäuben und beim Aufprall des Tropfens tatsächlich auftreten (Hinweise zur Viskositätsmessung im Video). Weiterhin ist die Applikation der Lackmaterialien vom Anwender genauestens zu kontrollieren, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. Simulationsanwendungen ermöglichen dabei – beispielsweise durch fluiddynamische Methoden – ein präventives Vorgehen. Auf Basis realer Experimente sind die Ursachen für mögliche Fehlstellen detektierbar und in der Folge vermeidbar. Auf Basis der am Fraunhofer IPA durchgeführten Experimente und Simulationen zur Applikation der Lacke mittels Rotationsviskosimetrie konnten verschiedene Ursachen für Nadelstiche in Beschichtungen festgestellt werden. Die relevantesten Parameter für diesen Fehler stellen Tropfengröße und -geschwindigkeit sowie Viskosität und Filmdicke dar. Zur Bestimmung der Tropfengröße nutzen die Wissenschaftler Laserbeugung, zur Bestimmung der Tropfengeschwindigkeit Laser-Doppler-Messungen. Die Aufpralldynamik wird über eine Hochgeschwindigkeitskamera visualisiert.

Mit den auf den experimentellen Daten beruhenden Ergebnissen konnte in einem abgeschlossenen Forschungsprojekt gezeigt werden, dass v. a. größere Tropfen einen gewichtigen Beitrag auf die Oberflächenstruktur haben. Im Gegensatz erzeugen kleine Tröpfchen nur sehr kleine Krater, die in weniger als einer Millisekunde zerfließen und somit irrelevant für das Beschichtungsergebnis sind. Für den Realprozess lässt sich daraus ableiten, dass zur Verbesserung der Appearance von Lackoberflächen der Grobanteil der Tropfen im Spray zu reduzieren ist. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass sich unter den Lacktropfen eine Art “Luftscheibe” bilden kann, die relativ stabil ist, wenn sie direkt an der Grenzfläche zwischen Substrat und Lackfilm liegt.