"Struktur und Haptik" - Lacksysteme für das Automobil-Interieur ...

mo
SCHWERPUNKT: OBERFLÄCHENTECHNIK FÜR DIE AUTOMOBILINDUSTRIE
Persönlichkeit. Die durch geeignete
Lackierkonzepte realisierten Individualisierungsmöglichkeiten
werden im Markt
erfolgreich umgesetzt.
Bei der Gestaltung des Fahrzeug-
Innenraumes werden eine Vielzahl —
gemäß technischen und ökonomischen
Erfordernissen — ausgewählter Thermoplaste
durch die Lackierung mit geeigneten
Beschichtungsstoffen qualitativ spürbar
aufgewertet. Neben dem Erfüllen der
automobilspezifischen technischen Anforderungen
erbringen Innenraum-Lacksysteme
zusätzliche Leistungen wie
Chemikalienresistenz, hohe Kratzbeständigkeit
und Schutz vor UV-Strahlung.
Darüber hinaus tragen diese lackierten
Oberflächen durch eine individuelle
Haptik, einen matten Glanz und die
Laserbeschriftbarkeit von Funktionselementen
etc. dem Gedanken der Innenraum-Harmonie
Rechnung.
Im Spannungsfeld zwischen steigenden
technischen Anforderungen an die
Oberflächen, stetig neuen preisoptimierten
Thermoplastblends sowie der Notwendigkeit
weiterer kostenreduzierter Applikationsprozesse
entsteht Raum für innovative
Lacksysteme, welche die unterschiedlichen
Anforderungen als Systemlösung
erfüllen.
Qualitative Anforderungen
Struktur und Haptik
Lacksysteme für das Automobil-Interieur
Stefan Jacob, Hamburg
Bei der Fahrzeug-Innenlackierung werden Kunststoffe durch
Beschichtungen qualitativ aufgewertet. Durch Zusatzeffekte wie
individuelle Haptik, matter Glanz und Laserbeschriftbarkeit von
Funktionselementen tragen die Lacksysteme wesentlich dazu
bei, den Wunsch nach Individualität und Sensivität zu erfüllen.
Die Kaufentscheidung für ein Automobil
wird nicht nur auf Grund eines favorisierten
Karosseriedesigns, sondern in zunehmenden
Maß durch die Anmutung des
Interieur-Designs bestimmt.
Abgesehen von den wenigen Augenblicken,
in denen man sich dem Fahrzeug
von außen nähert, erleben wir unser
Automobil aus der Innenraum-Perspektive.
Der Innenraum wird hierbei in starkem
Maß von Trends und dem aktuellen
Lebensgefühl jedes Einzelnen geprägt
und ist damit Ausdruck der eigenen
Die qualitativen Anforderungen an die
lackierten Oberflächen sind in den Spezifikationen
dargestellt, welche die Belastungen
im Rahmen des Lebenszyklus
eines Automobils sozusagen im „Zeitraffer“
definieren. Diese technischen
„Lasten-Hefte“ unterscheiden sich automobil-
und länderspezifisch in vielen
wesentlichen Details.
Die ursprüngliche Aufgabe einer
Lackierung liegt in der Kaschierung spritzguss-
und colorbatchbedingter Glanz- und
Farbdifferenzen im Automobil-Interieur.
Eine häufig als minderwertig empfundene
„Plastikumgebung“ wird optisch
harmonisiert und vermittelt den Eindruck
eines qualitativ hochwertigen Umfeldes.
Diese Anforderungen hinsichtlich der
Oberflächenveredelung werden durch
technische Anforderungen ergänzt, die
häufig erst durch die schützende
Wirkung der zum Teil nur 20 bis 40 µm
messenden Lackfilme sichergestellt werden
können. Diese Leistungen werden
von Dekorlacken erbracht. Dazu zählen:
■ Erhöhen der Licht-/Alterungsbeständigkeit,
■ Erhöhen der mechanischen Oberflächenfestigkeit
(Kratzfestigkeit, Ringfestigkeit),
■ Erhöhen der chemischen Beständigkeiten
sowie
■ Harmonisieren von Farbe und Glanz
im Interieur.
Haptikmessung
Die Haptik ist die Lehre vom Tastsinn und
beschäftigt sich in ihrer wissenschaft-
50
Jahrg. 57 (2003) 5

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Bild 1. Die Kaufentscheidung wird zunehmend durch das Interieur-Design
bestimmt
Bild 2. Kunststoffe im Automobil-Interieur
lichen Form mit physischen und psychischen
Einflussgrößen bei der Wahrnehmung
von Oberflächen.
Gerade die nur schwer zu definierenden
psychischen Einflüsse bei der Beurteilung
von Softcoating-Oberflächen führten
zu der stetigen Forderung nach einer
Messmethode zur objektiven Beurteilung
von haptischen Empfindungen.
Eine von Mankiewicz initiierte und
von verschiedenen Seiten aufgegriffene
Methode findet sich in der Messung der
Mikrohärte mit dem Fischer-Scope. Die
Messungen erfassen die absoluten Messwerte
von plastischen und elastischen
Anteilen sowie die Verhältniszahlen dieser
Messgrößen (Bild 3).
Diese Methode gibt für die aufgeführten
Qualitäten eine durch Testpersonen
bestätigte Reihenfolge der Haptikniveaus.
Sie versagt jedoch bei einer Erweiterung
der Prüfuntergründe um eine gummierte
Oberfläche mit höchsten Elastizitätswerten,
aber einem als unangenehm bewerteten
„Feeling“.
Eine ergänzende Methode erfasst den
Slip-Effekt der Oberflächen durch Messung
der Reibungskräfte von Masseeinheiten
mit definierten Reibflächen.
Auf Grund zur Zeit noch streuender
Ergebnisse müssen hier zukünftig noch
weitere Anstrengungen unternommen
werden, um eine verlässliche Messmethode
zu etablieren.
Softcoatings
Unter Berücksichtigung sehr unterschiedlicher
Vorstellungen der einzelnen
Designer von den haptischen Qualitäten
der Oberflächen stehen Softcoatings verschiedener
Haptikniveaus zur Verfügung
(Tabelle 1).
Besonders hervorzuheben ist hier die
neueste Generation der Softcoatings — die
Dünnschicht-Systeme Alexit-Softcoating
401-73 und die wasserverdünnbaren
Alternativen Alexit- Softcoating 341-97
und Alexit-Universal-Softcoat. Diese
Produkte überwinden erstmalig den technischen
Widerspruch einer Haptikerhöhung
bei gleichzeitiger drastischer
Reduzierung der Trockenfilmdicken.
Weitere Vorteile finden sich in einer
erhöhten Ergiebigkeit (gegenüber Standardlacken),
der Reduzierung von Lösemittelretentionen
in den Untergrund
sowie einer höheren Konturenschärfe der
Substratnarbung.
Tag-Nacht-Design
In speziellen Fällen wird die Anforderung
der Lasergravierfähigkeit an Softcoatingund
Dekorlackoberflächen gestellt. Hierbei
wird die lasersensitiv eingestellte Decklackschicht
an einigen Stellen selektiv verbrannt.
In der Kombination mit laserresistent
eingestellten farbigen Grundierungsmaterialien
lassen sich effektvolle konturenscharfe
Tag-Nacht-Designs unterschiedlicher
Farbgestaltung erzielen.
So genannte Velvet-Coatings finden
ihre Anwendung für Bauelemente, die
aus Gründen der Sicherheit oder des
Designs keine Oberflächenreflexion aufweisen
dürfen. Es entstehen samtige
Oberflächen (Velvet), die bei hoher
Kratzunempfindlichkeit die Reflektome-
Bild 3.
Haptikmessung
durch
Mikrohärtemessungen
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Bild 4. Vergleich
typischer
Glanzbereiche
terwerte typischer Interieur-Oberflächen
deutlich unterschreiten (Bild 4).
Airbag-Systeme
Den stetig steigenden Anforderungen an
das Öffnungsverhalten von Airbagsystemen,
auch bei niedrigsten Temperaturen,
wird durch den Einsatz von kälteelastischen
Substraten Rechnung
getragen. Die hiermit einhergehende
hohe Empfindlichkeit der hochelastischen
Substrate gegenüber Chemikalien
und UV-Strahlung machen bei den
hohen optischen und funktionalen
Anforderungen des extrem exponierten
Bauteils eine qualitätsschützende und
funktionswahrende Lackierung unumgänglich.
Die automobilherstellerübergreifend
gültige Norm AKLV01, in der ein splitterfreies,
kontrolliertes Aufreißverhalten
von Airbagcovers bei -35 °C gefordert ist,
wird von hochelastischen Lacksystemen
(zum Beispiel Alexit-Decorlack 401-79)
erfüllt.
Akustische Störgeräusche
Berührungsflächen zwischen Bauelementen
können zufällig entstehen oder funktionsbedingt
erforderlich sein (zum Beispiel
Dichtungsgummi). Die Fahrt über
Kopfsteinpflaster führt bei den einzelnen
Baugruppen eines Fahrzeuges zu Schwingungen
unterschiedlichster Frequenzen –
Bauteilflächen reiben aneinander.
Hierbei auftretende Quietsch-Geräusche
stellen das eben noch empfundene
hohe Qualitätsniveau des Fahrzeuges
stark in Frage.
Zur Vorbeugung und Unterdrückung
dieser Störgeräusche finden Gleitlacksysteme
Anwendung, die durch das Einbinden
geringer Gleitreibungskoeffizienten
ein lautloses und langfristig materialschonendes
Entlanggleiten der Kontaktflächen
ermöglichen. Auf Grund der hohen
Anforderungen an die Abriebfestigkeiten
bei gleichzeitig hoher Elastizität der
Beschichtung werden hier 2K-Polyurethansysteme
angewendet.
Anti-Fogging-Systeme
Bei der Verarbeitung von Thermoplasten
werden eine Reihe von Additiven eingesetzt,
um die Eigenschaften des Fertigteils
oder der Kunststoff-Schmelze zu
beeinflussen. Einige dieser niedermolekularen
Substanzen zeigen eine hohe
Mobilität in der Kunststoffmatrix. Aus
den Kunststoffen austretende Substanzen
führen zu einem nebligen Belag auf der
Innenseite der Windschutzscheibe – ein
Effekt der mit dem Begriff „Fogging“ definiert
wird.
Durch den Einsatz geeigneter Beschichtungsmaterialien
lassen sich die
Migrationsgeschwindigkeiten dieser Substanzen
erheblich reduzieren und die Fogging-Werte
gegenüber unlackierten Substraten
deutlich reduzieren.
Textil-Effekt-Systeme
Aus Gründen der Ökonomie, aber auch
auf Grund einer einfachen Reinigungsfähigkeit
der Oberflächen werden hinterspritzte
Textilien im Bauteilsegment A-
und B-Säule teilweise durch Textileffektlacke
vom Typ Nextel und Macrocolor
substituiert.
Unter Darstellung einer „optischen
Brücke“ zwischen dem textilbespannten
Dach-Himmel und dem unteren Bereich
der Schalttafel lassen sich auf Verschmutzungen
basierende Gebrauchsspuren
mit einem üblichen Haushaltsreiniger
leicht entfernen.
Besondere Bedeutung erhalten die
Reinigungseigenschaften dieser Oberflächen
vor dem Hintergrund ausnahmslos
heller, verschmutzungssensibler
Oberflächen.
Neben der hinreichend bekannten
Fähigkeit, die sportliche und/oder elegante
Anmutung einer Umgebung durch
geeignete Farbauswahl zu unterstreichen,
stehen „Skin-Decor“, Metallics,
Mikro- und holografische Effektlacke zur
Verfügung, die im Innenraum zusätzliche
Akzente setzen.
Anforderungen an die
Lacksysteme
Die Anforderungen der lackverarbeitenden
Industrie sind unterschiedlich. Die
Prioritätenfolge wechselt hierbei individuell
nach Anwendungsfall und Aufgabenstellung.
Wird durch die Forderung einer drastischen
Reduzierung der organischen
Lösemittel der Einsatz wasserverdünnbarer
Materialien erforderlich (VOC-Verordnungs-Richtlinie),
geht diese Veränderung
mit einer deutlichen Einengung
des Verarbeitungsfensters einher.
Neben besonderen Anforderungen an
die Lackieranlage (lackfördernde Elemente
aus Edelstahl, Luftstromvolumina) besteht
eine größere umweltbedingte Störanfälligkeit
der Hydromaterialien, zum
Beispiel gegenüber Schwankungen der
Luftfeuchtigkeit und Verarbeitungstemperatur.
Kontakt
Mankiewicz Gebr.&Co.
21107 Hamburg
Tel. 040 / 75 10 30
Fax 040 / 75 10 34 18
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52
Jahrg. 57 (2003) 5

Während der Lackchemiker zur Kompensation dieser Einflüsse
bei konventionellen (lösemittelhaltigen) Systemen auf eine
Vielzahl organischer Lösemittel zurückgreifen kann, steht ihm im
Hydrobereich im Wesentlichen das in seinen physikalischen
Eigenschaften nicht veränderbare Wasser zur Verfügung.
Ein Mehraufwand zur Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsregelung
in der Lackieranlage muss einkalkuliert werden. Vom
Verarbeiter werden folgende Forderungen an das Lacksystem
gestellt:
■ Prozesssicherheit,
■ einfache Prozessführung (Kosten, Zeit),
■ großes „Verarbeitungsfenster“,
■ möglichst geringe Emissionen organischer Lösemittel,
■ möglichst einschichtige Applikation von zum Beispiel (unvorbehandeltem)
PP, PBT, PA etc.,
■ möglichst universeller Einsatz der Lackkomponenten
(Komplettmodule) und
■ Erfüllen arbeitsschutztechnischer Forderungen.
Die grundlegenden Eigenschaftsprofile der Materialklassen – 1-/2-
Komponenten bzw. konventionell/wasserverdünnbar – sind in
stark vereinfachter Form in Tabelle 2 dargestellt. Bereits heute stehen
wasserverdünnbare Alternativen mit einem VOC < 250 g/l zur
Substitution konventioneller Systeme zur Verfügung.
Im Rahmen einer prozesssicheren Anwendung wasserverdünnbarer
Beschichtungssysteme ist ein – im Vergleich zum Einsatz
konventioneller Systeme – höherer technologischer Aufwand (zum
Beispiel Klimatisierung, Powerwash, Auslegung der lackfördernden
Elemente in Edelstahl) erforderlich.
Anforderungen an die
Lack- und Rohstoffindustrie
Längst schon sind die kartografischen Grenzen überschritten, kulturelle
Unterschiede der einzelnen Regionen in die einzelnen
Unternehmenskulturen übernommen und der Begriff des „Global
Player“ geprägt worden. Mit dem gleichen Selbstverständnis wird
die weltweite Just-in-Time-Verfügbarkeit der eingesetzten Lackmaterialien
und Rohstoffe vorausgesetzt.
Die Lackindustrie — Großindustrie und Mittelstand — reagiert
auf diese Forderungen mit flexiblen Logistikkonzepten, der Gründung
neuer fertigungsnaher Produktionsstandorte und der Kooperation
mit geeigneten Fertigungspartnern. Die weitere Reduktion
der Emissionen organischer Lösemittel wird als permanenter
Forschungsauftrag durch die konsequente Weiterentwicklung von
High-Solid- und wasserverdünnbaren Lacksystemen verfolgt. Die
durch den hohen anlagentechnischen Aufwand gegenüber konventionellen
Systemen benachteiligten wasserverdünnbaren 2K-
PUR-Systeme müssen parallel durch konsequente rohstoffseitige
Erforschung und Entwicklung weiter optimiert werden.
Design-Emotionen wecken
Nach dem häufig zitierten Bedürfnis der Menschen nach Mobilität
mehrten sich in den letzten Jahren zusätzlich die Rufe nach Individualität.
Das Automobil ist somit nicht nur ein Fortbewegungsmittel,
sondern Ausdruck von Selbstverständnis, Image und
Lebensfreude.
Zur Unterstützung dieser Individualität stehen dem Designer
unterschiedliche Farb- und Effektkombinationen zur Verfügung.
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SCHWERPUNKT: OBERFLÄCHENTECHNIK FÜR DIE AUTOMOBILINDUSTRIE
Tabelle 1. Übersicht
Soft-Systeme
Die farbliche Zusammenfassung funktionsähnlicher
Bauelemente unterstützt die
Übersichtlichkeit und Struktur von Innenraumkonzepten.
Mit speziellen Effekten
variabel ausgestattete Leistenelemente setzen
Akzente, mit denen der Charakter des
Fahrzeugs geprägt wird. Das Design orientiert
sich hierbei am Zeitgeist, mit der notwendigen
Flexibilität, auch kurzfristigen
Trends nachzugehen und diese im Rahmen
der Philosophie des jeweiligen Automobilherstellers
umzusetzen.
Seit wenigen Jahren wird neben den
Ansprüchen des Menschen auf Mobilität
und Individualität dem Anspruch auf Sensitivität
verstärkt Aufmerksamkeit geschenkt.
Der Innenraum eines Fahrzeugs muss
in unserer industriell geprägten, häufig
„reizlosen“ Umwelt die Sensitivität des
Menschen herausfordern und unterstützen.
Der Einsatz von
unterschiedlichen Formen,
Farben, Strukturen
und Haptiken im Fahrzeug-Innenraum
beeinflusst
die Wahrnehmung
des Fahrers.
Bewusst oder unbewusst
wahrgenommen,
mit Softcoating griffsympathisch
ausgestattete
Baugruppen prägen den
Eindruck hochwertiger
Oberflächen. Über Struktur
und Haptik selbsterklärende
Funktionen von
Bedienelementen unterstützen
den Anspruch auf
die häufig unterforderte
„sinnliche“ Wahrnehmung
der Umgebung.
ALEXIT-Decorlack (lösemittelhaltig)
ALEXIT-Softcoating 401–53 (Ism)
ALEXIT-Softcoating 401–83 (Ism)
ALEXIT-Softcoating 401–73 (Ism)
ALEXIT-Decorlack (wasserverdünnbar)
ALEXIT-Softcoating 341–83 (wv)
ALEXIT-Softcoating 341–97 (wv)
ALEXIT-Universal-Softcoat (wv)
Qualität Schichtdicke Haptikniveau
20–40 µm
50–80 µm
60–80 µm
35–50 µm
20–40 µm
60–80 µm
35–50 µm
25–60 µm
Lacksystem
Filmeigenschaften
Chemikalienbeständigkeit
Mechanische Resistenz
Lichtbeständigkeit
Haftung
Ökonomie
Materialkosten in % relativ
Reinigungsprozess
Klimatisierung der Applikationsanlage
2K-Anlage
Prozesssicherheit
Haftung
Stabilität gegenüber Varianz der rel. Luftfeuchte
Potlife
1K-Systeme
dualität wird der Bedarf an Spezial-Beschichtungsstoffen
weiterhin zunehmen.
Im Spannungsfeld weiterhin steigender
Qualitätsanforderungen an das beschichtete
Formteil unter Verwendung
neuer Hochleistungssubstrate, aber auch
von „Low-Price“-Kunststoffen führt das
rechtzeitige Einbinden des Lackentwicklers
als „Know-how“-Träger zu einem optimalen
Gesamtergebnis. Frühzeitig erkannte
technologische Sonderleistungen
der Beschichtungsmaterialien führen —
bei der Substratauswahl berücksichtigt —
zur Steigerung der Ökonomie durch Verwenden
preisgünstiger Standardkunststoffe
bzw. durch Einsatz einschichtig anwendbarer
Beschichtungsstoffe (Prozesskostenreduzierung).
Um eine weitere Reduzierung von
Emissionen organischer Lösemittel zu
erreichen, werden (in Europa) konventionelle
Beschichtungen zunehmend durch
wasserverdünnbare Lacksysteme ganz
oder teilweise substituiert.
Für eine höhere Prozesssicherheit
beim Verarbeiten wasserverdünnbarer
Lacksysteme ist eine weitere Optimierung
der bereits vorhandenen sowie die
konzentrierte Entwicklung weiterer neuer
Rohstoffe im engen Dialog zwischen
Rohstoff- und lackentwickelnder Industrie
erforderlich.
Die Komplexität der bei der Kunststofflackierung
zu bewältigenden Aufgaben
wird weiter zunehmen. Im Sinne des
zielorientierten Handelns wird der enge
Dialog zwischen Substratlieferanten,
Kunststoffverarbeiter, Lackierbetrieb,
Lackentwicklung und dem Automobilwerk
notwendig und interessante Fragestellungen
hervorbringen. Die Lackindustrie
ist darauf vorbereitet, ihr Knowhow
in diese Prozesse einzubringen.
Der Autor dieses Beitrags
Dipl.-Ing. Stefan Jacob, Jahrgang 1965,
studierte Chemieingenieurwesen mit
Schwerpunkt technische Chemie an der
Fachhochschule Hamburg. Er war von
1994 bis 1995 als Projektingenieur für allgemeine
Industrielacke bei Mankiewicz
tätig. Seit 1995 leitet er dort das F&E-
Labor „Beschichtungen für die Kunststofflackierung“.
2K-PUR-Systeme
konventionell hydro konventionell hydro
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0/+
+
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empfohlen
++
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1–4 h
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++
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+
110
110
110–130
empfohlen
+
–
1–4 h
Fazit
In einem Umfeld erhöhter
Ansprüche auf Indivi-
Ökologie
Emission VOC < 250 g/l
Reinigungsmittel
Tabelle 2. Gegenüberstellung konventionelles und wasserverdünnbares Lacksystem
–
+
++
–
+/0
0
++
–
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