DE4029985A1 - Verfahren zum pulverbeschichten von metalloberflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverbeschich­ ten von Metalloberflächen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Verfahren werden beispielsweise zum Beschichten von Metallteilen im Fahrzeugbau, im Maschinenbau, bei Gehäusen für Haushalts- und andere Geräte, für Metallmöbel und -regale oder auch für Spielzeug eingesetzt.

Bei der Herstellung dieser Metallteile wird meist von einem als "Coil" gewickelten Blech ausgegangen, das zum Schutz vor Korrosion während des Transports oder der Lagerung geölt, lackiert oder auf andere Weise beschichtet ist ("coil coat­ ing"). Das Blech wird vom Coil abgespult und durch Sägen, Stanzen, Bohren, Falzen und Kanten zu dem gewünschten Produkt verarbeitet. Dabei dient die Öl- oder Lackbeschichtung auch als Gleit- und Trennmittel zwischen Werkzeug und Werkstück (Blech).

Wenn von einem geölten Coil ausgegangen wird, so erfolgt abschließend noch ein Lackieren oder Beschichten zum Schutz vor Korrosion und um den Teilen die gewünschte Farbe zu geben. Beim Naß-Lackieren wird dazu eine lösungsmittelhaltige Farbe verwendet. Mit der Verdunstung des Lösungsmittels ist jedoch meist eine erhebliche Umweltbelastung verbunden. Diese kann bei der Anwendung eines elektrostatischen Pulverbeschichtungs­ verfahrens vermieden werden.

Bei diesem Verfahren wird elektrostatisch aufgeladenes Pulver auf die zu beschichtende Fläche aufgesprüht, wo es auf­ grund der elektrostatischen Anziehungskräfte haften bleibt. Als Pulver eignen sich thermoplastische Kunststoffe wie bei­ spielsweise Polyester- oder Epoxidharze oder auch eine Mi­ schung daraus. Die Pulverschicht wird durch Erhitzen zu einer viskosen Masse verschmolzen, die auf dem Metall gut haftet und eine glatte Oberfläche ergibt. Beim Abkühlen härtet die Be­ schichtung aus.

Um eine einwandfreie Oberfläche zu erhalten, ist bei dem konventionellen Verfahren ein vorhergehendes Entölen der Metallteile unerläßlich. Dazu sind jedoch Waschmittel und Lösungsmittel notwendig, die ebenfalls eine Umweltbelastung darstellen. Außerdem ist dieser Arbeitsschritt mit erheblichen Kosten verbunden. Sie entstehen nicht nur durch die erforder­ liche Anlage, sondern insbesondere auch durch die Heizenergie, die notwendig ist, um die mit Lösungs- oder Waschmittel be­ netzten Metallteile zu trocknen. Ohne eine solche Trocknung wäre eine hohe Produktionsleistung jedoch nicht möglich.

Diese Probleme werden bei der Verwendung eines lackierten bzw. beschichteten Coils vermieden. Damit sind jedoch erhebli­ che Nachteile verbunden. So lassen sich beispielsweise nur mit großem Lageraufwand Produkte in einer großen Zahl verschiede­ ner Farben herstellen. Ein Wechseln der Farbe erfordert immer auch den aufwendigen Wechsel eines Coils an einer Produktions­ straße. Andererseits fällt eine Farbe an zwei verschiedenen Coils oft unterschiedlich aus, insbesondere, wenn beide Coils von verschiedenen Zulieferern bezogen wurden.

Weiterhin sind bei Verwendung vorlackierter oder -be­ schichteter Bleche die Kanten der gesägten, gestanzten oder gebohrten Metallteile nicht beschichtet und damit anfällig gegen Rost. Außerdem besteht bei der Handhabung dieser scharf­ kantigen Teile eine erhebliche Verletzungsgefahr.

Diese Nachteile können vermieden werden, wenn ein geölter Coil verwendet wird und wie oben erwähnt eine Beschichtung erst nach den mechanischen Verarbeitungsschritten erfolgt. Die elektrostatische Pulverbeschichtung ist dabei besonders vor­ teilhaft, da die elektrischen Feldlinien so gerichtet werden können, daß sich an den Kanten des Werkstücks besonders viel Pulver anlagert. Die nach dem Aushärten entstehende Kunst­ stoffbeschichtung ist daher dort besonders dick und führt zu abgerundeten Ecken und Kanten. Als wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens verbleiben jedoch die mit dem Entölen ver­ bundenen Kosten- und Umweltprobleme.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Pulverbe­ schichtungsverfahren anzugeben, das eine umweltschonende und preisgünstige Massenfertigung erlaubt. Dabei soll ein Rost­ schutz des Ausgangsmaterials beibehalten werden, die Farbe exakt wiederholbar, aber ein einfacher Farbwechsel möglich sein.

Diese Aufgabe wird mit der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung gelöst.

Das erfindungsgemäße Pulverbeschichtungsverfahren geht von einer geölten Metalloberfläche aus. Das Pulver wird direkt auf den Ölfilm aufgebracht. Ein Entölen des zu beschichtenden Metallteils entfällt daher. Um eine einwandfreie Oberfläche zu erhalten, wird ein Öl verwendet, das während des anschließen­ den Brennvorgangs stabil bzw. beständig ist, solange es auf der Oberfläche verbleibt. Dies schließt die Möglichkeit ein, daß einzelne Komponenten oder das gesamte Öl während des Auf­ heizvorgangs durch die Pulverschicht diffundieren und ver­ dampfen, oder auch, daß Teile oder auch die gesamte Ölmenge während des Heizvorgangs auf dem Werkstück verbleiben und sich mit der Pulverschicht mischen. Wäre das Öl im Brennofen in­ stabil, so würde die Farbe der Kunststoffbeschichtung stark vom Öl und insbesondere von den Umwandlungsprozessen des Öls unter Temperatureinwirkung beeinflußt. Geringste lokale Tem­ peraturschwankungen im Brennofen würden zu einer ungleich­ mäßigen Struktur und Farbe der Oberfläche führen. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Öl, das die in Anspruch 1 angegebene Bedingung erfüllt, zuverlässig vermieden.

Die Erfindung ermöglicht es, Eisenwerkstoffe zu be­ schichten, die mit einem Ölfilm als Korrosionsschutz und als Gleitmittel bei mechanischen Verarbeitungsschritten versehen sind. Eine Entfernung des Ölfilms ist nicht notwendig. Dadurch ist das Verfahren preiswert anzuwenden und umweltschonend.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl zur Be­ schichtung von Halbzeugen, beispielsweise unbearbeiteten Coils, als auch zur Beschichtung von Teilen, die schon voll­ ständig mechanisch bearbeitet sind. Der letzte Fall ist vor­ zuziehen, wenn aus Gründen des Korrosionsschutzes und um eine mögliche Verletzungsgefahr zu vermeiden, keine unbeschichteten Kanten zurückbleiben sollen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Liegt gemäß Anspruch 2 die Siede- bzw. Verflüchtigungs­ temperatur des Öls über dem Schmelzpunkt des Pulvers, so wird eine Blasen- oder Klumpenbildung der Beschichtung im Brennofen zuverlässig vermieden.

Verfärbt sich das Öl gemäß Anspruch 3 während des Heiz­ vorgangs nicht, so haben geringe unvermeidbare Schwankungen der Temperatur und der Dauer des Heizvorgangs keinen Einfluß auf die Farbe des Produkts.

Soweit das Öl, wie in Anspruch 4 angegeben, das ganze Öl so leicht flüchtig ist, daß es mit Beginn des Aufheizvorgangs durch die Pulverschicht diffundiert und verdampft, so wird ebenfalls ein Einfluß auf die beschichtete Oberfläche der Metallteile vermieden.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 hat den Vorteil, daß das elektrostatisch aufgetragene Pulver möglichst vollständig auf der Werkstückoberfläche haften bleibt und in der Beschich­ tungskabine wenig Pulver abfällt, das zur wirtschaftlichen Pulverausnutzung einer Rückführung zugeführt werden muß.

Eine sowohl farblich, als auch bezüglich Dicke und Struk­ tur besonders gleichmäßige Oberflächenbeschichtung wird er­ zielt, wenn gemäß Anspruch 6 die Flächendichte des Ölfilms kleiner als ca. 3 g/m², vorzugsweise ca. 0,3 g/m² beträgt und die Kunststoffbeschichtung mindestens ca. 50 µm, vorzugsweise ca. 50 µm bis ca. 60 µm dick ist. Diese Werte ergeben auch einen ausgezeichneten Korrosionsschutz bei Lagerung und Transport des Halbzeugs und garantieren bei der mechanischen Verarbei­ tung ausreichende Gleit- und Trenneigenschaften. Sie stellen auf diese Weise sicher, daß Werkzeug und Werkstück geschont werden.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 7 ergibt sich ein be­ sonders wirksamer Korrosionsschutz und es wird verhindert, daß Rost unter die Pulverbeschichtung kriechen kann. Bei konven­ tionellen Pulverbeschichtungsverfahren, bei denen die Öl­ schicht entfernt wird, geschieht dies mit phosphathaltigen und/oder alkalischen Waschmitteln. Dadurch verbleibt nach dem Trocknen auf der Werkstückoberfläche eine Phosphatschicht, die einen ausgezeichneten Korrosionsschutz darstellt. Um auch bei der vorliegenden Erfindung die Korrosionsschutzeigenschaften eines Phosphatfilms zu nutzen, wird gemäß Anspruch 7 eine solche Schicht zusätzlich vor, nach oder zusammen mit dem Öl, jedoch vor dem Pulverbeschichten aufgebracht.

Ein Öl, das die in Anspruch 1 angegebene Bedingung er­ füllt, wird beispielsweise unter der Bezeichnung ANTICORID RP 4107S von der Firma Fuchs Mineralölwerke GmbH, Mannheim vertrieben.

Claims (7)

1. Verfahren zur Pulverbeschichtung von Metall, wobei die Pulverschicht durch einen Heizvorgang zum Schmelzen und anschließend durch Abkühlen zum Aushärten gebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metalloberfläche mit einem Film aus Öl versehen wird, das während des Heizvorgangs beständig ist, soweit es auf der Metalloberfläche verbleibt, und
daß das Pulver auf den Ölfilm der Metalloberfläche aufge­ bracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüchtigungstemperatur des Öls über der Schmelztempera­ tur des Pulvers liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl chemisch so beständig ist, daß es während des Heizvorgangs zu keiner Verfärbung der Pulverbeschichtung führt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Öl leicht flüchtig ist und so dünn aufgetragen wird,
daß es mit Beginn des Aufheizvorgangs durch die Pulverschicht diffundiert und verdampft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ölschicht so dünn ist, daß die Haftung des elektrostatisch aufgetragenen Pulvers nicht beeinträchtigt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flächendichte des Ölfilms geringer ist als etwa 3 g/m² und vorzugsweise etwa 0,3 g/m² beträgt und die Kunststoffschicht nach dem Aushärten dicker ist als etwa 40 µm und vorzugsweise etwa 50 bis 60 µm beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vor dem Pulverbeschichten eine alkalische und/oder phosphathaltige Schicht aufgebracht wird.