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Dokumentenidentifikation DE4431502A1 07.03.1996
Titel Verfahren zur mehrschichtigen Oberflächenbehandlung von Werkstücken aus Kunststoff in Tauchbadanlagen
Anmelder Atotech Deutschland GmbH, 10553 Berlin, DE
Erfinder Kauper, Rudolf, 90596 Schwanstetten, DE;
Tratz, Günther, 92318 Neumarkt, DE
DE-Anmeldedatum 03.09.1994
DE-Aktenzeichen 4431502
Offenlegungstag 07.03.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.03.1996
IPC-Hauptklasse B05D 7/02
IPC-Nebenklasse C25D 5/56   C25D 13/04   B05D 3/06   
IPC additional class // B65G 49/02  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Metallisierung und zur anschließenden Lackierung von Werkstücken aus Kunststoff. Derartige Beschichtungen erfolgen nach dem Stand der Technik getrennt in einer Galvanoanlage und in einer Lackieranlage. Zum Lackieren werden lösemittelhaltige Lacke verwendet. Diese Oberflächenbehandlungen sind arbeitsintensiv, und die Lackschicht erreicht infolge der bei Kunststoffteilen nur begrenzten Einbrenntemperatur auch nur begrenzte technische Eigenschaften. Ferner besteht durch das Handhaben der Werkstücke die Gefahr von Beschädigungen der Oberflächen.
Das erfindungsgemäße Verfahren faßt die Galvanoanlage und die Lackieranlage so zusammen, daß mit einheitlichen Gestellen und Transporteinrichtungen, ohne die Werkstücke nach dem Galvanisieren zu trocknen und ohne sie auf andere Behandlungsgestelle umzuhängen, naß-in-naß gearbeitet werden kann. Das Verfahren verwendet einen Elektrotauchlack, der bei niedriger Temperatur gehärtet wird. Dies vermeidet einen Dimensionsverzug der Werkstücke beim Härten. Insgesamt wird eine qualitativ so hochwertige Lackschicht erzielt, wie sie von metallischen Werkstücken und Einbrennlacken bekannt ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Metallisieren und zum anschließenden Lackieren von Werkstücken aus Kunststoff. Anwendung findet es insbesondere bei Werkstücken, die nur einer begrenzten Temperatur ausgesetzt werden dürfen und die eine fehlerfreie Oberfläche aufweisen müssen.

Aus technischen und/oder dekorativen Gründen werden Werkstücke aus Kunststoff elektrolytisch metallisiert. Die hierfür erforderliche elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche wird zuvor mit bekannten chemischen Verfahren erzeugt. Die erforderlichen Prozeßbäder können in der Galvanoanlage integriert sein. Die danach elektrolytisch aufgebrachte Metallschicht ist im Gebrauch der Werkstücke mechanischen Beanspruchungen und chemischen Angriffen ausgesetzt. Zum Schutz der Metallschicht werden die Oberflächen deshalb bei bestimmten Anwendungsfällen zusätzlich lackiert. Die Lackschicht soll den Werkstücken zugleich eine dekorativ anspruchsvolle Oberfläche verschaffen.

Nach dem Stand der Technik werden die Werkstücke auf Galvanogestellen befestigt, chemisch mit einer Leitschicht versehen und dann elektrolytisch metallisiert. Den anschließenden Spülbädern folgt das Trocknen der Werkstücke. Insbesondere bei stark geformten und/oder mit Sacklöchern versehenen Werkstücken ist es nur mit hohem technischen und zeitlichen Aufwand möglich, die Oberflächen fleckfrei zu trocknen. Zunächst müssen die Oberflächen frei von Tropfen sein. Erst dann darf die restliche Flüssigkeit durch Verdunstung entfernt werden. Andernfalls würden Wasserränder und Flecken entstehen. Das Verdunsten kann nur mit Temperaturen bis zu 80 °C erfolgen. Bei höheren Temperaturen würden sich Kunststoffwerkstücke verziehen oder verformen. Verbleiben Restmengen der Flüssigkeit in zum Beispiel Sacklöchern, so kann sie auslaufen und die empfindlichen Oberflächen verunreinigen. Dies könnte bereits beim nachfolgenden Vorgang geschehen. Deshalb ist immer eine ausreichend lange und somit kostenintensive Trocknungszeit vorzusehen.

Die getrockneten Werkstücke werden dann von den Galvanogestellen abgenommen. Weil es sich in der Regel um Teile unterschiedlichster Form und Größe handelt, ist dieser Vorgang praktisch nicht automatisierbar. Das manuelle Handhaben ist nicht nur kostenaufwendig, es besteht auch die Gefahr von Beschädigungen der empfindlichen metallischen Schicht. Gleiches gilt für den Transport der Werkstücke zur Lackieranlage und für das manuelle Befestigen derselben an Lackiergestellen.

Zum Lackieren von Kunststoffteilen sind lösemittelhaltige Lacke bekannt, die schon bei der für den Kunststoff zulässigen niedrigen maximalen Temperatur aushärten. Gegenüber den hohen Temperaturen der Einbrennlacke für metallische Werkstücke, die bei 180 °C liegen, haben sie jedoch Nachteile. Der Aushärtungsvorgang dauert erheblich länger, und es muß für eine umweltgerechte Aufarbeitung der Lösungsmitteldämpfe gesorgt werden. Ferner erreicht die Qualität der Lackschicht nicht die der Hochtemperatur-Einbrennlacke. Insbesondere technische Eigenschaften, wie zum Beispiel die Härte der Lackschicht, werden nicht erreicht. Das Aufbringen des Lackes geschieht zum Beispiel durch Tauchlackieren oder durch elektrostatisches Spritzlackieren.

Das mehrschichtige Oberflächenbehandeln von Kunststoffteilen kommt unter anderem bei Armaturen für den Hausgebrauch vor. Derartige Armaturen werden elektrolytisch metallisiert. Die oberste Schicht, wie zum Beispiel Farbnickel oder Gold, ist im Gebrauch sehr empfindlich. Sie unterliegt mechanischen und chemischen Angriffen. Deshalb wird sie mit einem transparenten Schutzlack versehen. Dieser Lack erhält die dekorative Wirkung der Metallschicht auch bei längerem Gebrauch der Armaturen. Er zeigt aber auch alle Flecken und Beschädigungen, die sich auf der Oberfläche vor dem Lackieren befanden. Ferner muß der Lack selbst fehlerfrei und gleichmäßig aufgetragen und gehärtet werden, um die dekorative Wirkung zu erhalten. Bereits kleinste Unregelmäßigkeiten in der Lackschicht werden vom Betrachter erkannt und führen zum Ausschuß. Dem Lack werden zur Erzielung von dekorativen Effekten auch Farbstoffe zugegeben.

Der Gebrauch der Armaturen erfordert eine besonders harte und abriebfeste Lackschicht, so wie sie mit bekannten Einbrennlacken und hoher Temperatur zum Härten erzielbar ist. Bei den hier in Betracht kommenden Werkstücken aus Kunststoff müssen diesbezügliche Abstriche in Kauf genommen werden.

Nachteilig sind ferner bei der bekannten mehrschichtigen Oberflächenbehandlung von Werkstücken aus Kunststoff das aufwendige fleckfreie Trocknen unter Einsatz von Energie nach dem Galvanisieren, das Handhaben der Werkstücke beim Entladen der Galvanogestelle und beim Beladen der Lackiergestelle sowie die Begrenzung der Temperatur beim Härten der lösemittelhaltigen Einbrennlacke auf unter 100 °C.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, Werkstücke aus Kunststoff elektrolytisch zu metallisieren und anschließend eine lösemittelfreie Lackschicht so aufzubringen, daß unter Einsparung von Energie und Arbeitsaufwand eine technisch und dekorativ einwandfreie, insbesondere fleckenfreie und abriebfeste Oberfläche erzielt wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch Zusammenfassung der Galvanoanlage und der Lackieranlage derart, daß beide Anlagenteile mit den selben Transporteinrichtungen, Warenträgern und Behandlungsgestellen durchgehend betrieben werden können und daß unter Fortfall der Trocknung nach dem Galvanisieren zur Naßin-Naß-Behandlung ein wasserlöslicher Lack verwendet wird, der unter Lichteinwirkung bei niedriger Temperatur so gehärtet wird, daß sich ohne Dimensionsverzug der Werkstücke die erforderliche Abriebfestigkeit ergibt. Hierfür eignet sich die Elektrotauchlackierung ETL mit einem wasserlöslichen Lack, der nach einem Vortrocknen bei 70°C unter Anwendung von Licht gehärtet wird. Dabei werden Lackschichten erzielt, die mit den Hochtemperatur- Einbrennlacken qualitativ vergleichbar sind.

Nachfolgend wird die Erfindung detailliert beschrieben. Die Werkstücke aus Kunststoff werden in einer Beschickungsstation einer manuellen oder automatischen Oberflächenbehandlungsanlage auf Behandlungsgestellen befestigt. Bis auf kleine Kontaktstellen zu den Werkstücken können sie an ihrer Oberfläche mit Kunststoff isoliert sein. Dies bietet Schutz gegen einen metallischen Abtrag bei den von Zeit zu Zeit erforderlichen Entmetallisierungen der Gestelle. Nur die Blankstellen werden entmetallisiert. Das Galvanisieren erfordert Werkstücke, die an ihrer Oberfläche elektrisch leitfähig sind. Deshalb werden die nichtleitenden Kunststoffwerkstücke zunächst chemisch metallisiert. Diesem Prozeßschritt schließt sich mit den selben Gestellen das elektrolytische Verstärken der ersten leitfähigen Schicht an. Die chemische und elektrolytische Behandlung erfolgt in einer oder in mehreren Reihen von Prozeß- und Spülbädern. Die Werkstücke werden in bekannter Weise nacheinander in diese Bäder getaucht und/oder abgelegt.

Nach dem elektrolytischen Metallisieren und Spülen entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der bekannte Trockner. Die Werkstücke bleiben an den Behandlungsstellen befestigt. Sie werden naß in die Vorbehandlung des Lackierprozesses, einem der bekannten elektrophoretischen Verfahren (KTL, ATL) eingebracht. In der Vorbehandlung werden die Oberflächen der Werkstücke aktiviert. Bei Armaturen ist hier die elektrolytische Chromatierung als Haftvermittler in bezug auf die Lackhaftung und Oberflächenstruktur besonders vorteilhaft. Wegen der vorhandenen elektrischen Kontaktierung der Werkstücke ist dieser elektrolytische Prozeß problemlos realisierbar. Nach dem sorgfältigen Spülen erfolgt die elektrophoretische Behandlung. In Wasser gelöste oder in Wasser dispergierte Farbe - ein Kunststoff - wird unter Stromeinwirkung auf den Werkstücken abgeschieden. Die Stromzuführung erfolgt wieder über das elektrisch leitfähige Behandlungsgestell. Erfindungsgemäß wird ein wasserlöslicher ETL-Lack verwendet, der bei niedriger Temperatur und unter Lichteinwirkung gehärtet werden kann. Der Elektrotauchlackierung ETL folgen Spülbäder. Anschließend werden die Werkstücke bei ca. 70°C bis zur Tropfenfreiheit der sichtbaren Oberflächen vorgetrocknet. Dieser Temperatur halten die Kunststoffisolierungen der Behandlungsgestelle und die Kunststoffwerkstücke stand. Nach dem Vortrocknen erfolgt die Lichteinwirkung. Besonders wirkungsvoll erweist sich hier ultraviolettes Licht. Die Aushärtezeit liegt im Sekundenbereich. Das Vortrocknen und Belichten kann vorteilhafterweise gemeinsam in einem Umlufttrockner erfolgen. Über eine Absaugung wird das infolge von UV-Einwirkung entstehende Ozon abgeführt. Der Raum zum Trocknen und Härten ist mit UV-Lichtquellen und an den Wänden mit Reflektoren so ausgerüstet, daß das Licht aus unterschiedlichen Richtungen auf die Werkstücke auftrifft. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn der Lack auf Formteilen, wie zum Beispiel Armaturen, gehärtet werden soll. Als Reflektoren eignen sich Aluminiumbleche. Deshalb werden derartige Trocknungs- und Aushärtebehälter damit ausgekleidet, so daß auch die lackierten Oberflächen vom Licht erfaßt werden, die nicht der Lichtquelle direkt gegenüberstehen. In Verbindung mit einer wesentlich längeren Härtezeit, als sie für die direkte Bestrahlung nötig ist, härten auch unzugängliche Stellen aus. In dieser Zeit verdunsten auch alle Flüssigkeitsreste in Sacklöchern und Hinterschneidungen. Ein langes Bestrahlen der Lackschicht hat keinen negativen Einfluß auf die Qualität der gehärteten Lackschicht.

Nach dem Härten sind die lackierten Oberflächen der Werkstücke nicht mehr empfindlich. Sie können vom Behandlungsgestell ohne Gefahr einer Beschädigung abgenommen werden. Das Gestell wird wieder in die Beschickungsstation transportiert und mit Rohware beschickt. Beim elektrolytischen Beschichten werden die zur Kontaktierung metallisch blanken Stellen des Gestelles metallisiert. Elektrophoretisch wird auch auf diesen Blankstellen Lack abgeschieden. Die Lackschicht kann sporadisch oder nach jedem Anlagendurchlauf chemisch oder mechanisch durch zum Beispiel Bürsten entfernt werden. Die Metallschicht auf dem Gestell wird sporadisch, wie es von Galvanisieranlagen bekannt ist, chemisch oder elektrolytisch entmetallisiert. Damit ist das durchgängige, kostengünstige Galvanisieren und Lackieren von Werkstücken auf einem für alle Prozesse geeigneten Gestell möglich.

Als weiterer Vorteil der Erfindung erweist sich die Tatsache, daß der infolge des Umhängens der Werkstücke nach dem Stand der Technik vom Galvanisiergestell auf ein Lackiergestell möglicherweise entstehende Ausschuß entfällt. Im allgemeinen handelt es sich bei den Werkstücken um dekorativ und/oder technisch kritische Teile, die ohne schützende Lackschicht über der elektrolytischen Schicht sehr empfindlich sind. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf wirtschaftlichem Wege eine qualitativ hochwertige mehrschichtige Oberfläche erzielt, und zwar unabhängig von der Gestalt der Werkstücke einschließlich Hinterschneidungen und Sacklöchern.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum elektrolytischen Metallisieren und zum anschließenden Lackieren von Kunststoffwerkstücken in manuellen oder automatischen Tauchbadanlagen dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanoanlage und die Lackieranlage so zusammengefaßt werden, daß beide Teilanlagen mit den selben Transporteinrichtungen, Warenträgern und Behandlungsgestellen durchgehend betrieben werden können, so daß ein Umhängen der Werkstücke auf unterschiedliche Behandlungsgestelle entfällt und daß unter Fortfall der Trocknung nach dem Galvanisieren zur Naß-in-Naß- Behandlung ein wasserlöslicher oder in Wasser dispergierbarer Lack zur Naßlackierung verwendet wird, der bei niedriger Temperatur gehärtet wird, wodurch ohne Dimensionsverzug der Werkstücke die erforderlichen Oberflächeneigenschaften erzielt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Lack elektrophoretisch auf den Werkstückoberflächen abgeschieden wird.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zum Härten ultraviolettes Licht verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Vortrocknen und Härten der Lackschicht gemeinsam in einem Umlufttrockner erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zum Härten der Lackschicht innen mit Reflektoren für das Licht so ausgekleidet ist, daß auch unzugängliche Stellen der Werkstücke vom Licht erreicht werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren aus Aluminium bestehen.
  7. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß eine qualitativ gute Haftung der Lackschicht auf der elektrolytischen Schicht durch eine elektrolytische Chromatierung, die als Haftvermittler wirkt, erzielt wird.






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