EP2257389A2 - Verfahren zum herstellen von fertig lackierten umformbaren blechen und nach dem verfahren lackiertes blech - Google Patents

Verfahren zum herstellen von fertig lackierten umformbaren blechen und nach dem verfahren lackiertes blech

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EP2257389A2
EP2257389A2 EP09728249A EP09728249A EP2257389A2 EP 2257389 A2 EP2257389 A2 EP 2257389A2 EP 09728249 A EP09728249 A EP 09728249A EP 09728249 A EP09728249 A EP 09728249A EP 2257389 A2 EP2257389 A2 EP 2257389A2
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EP
European Patent Office
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clearcoat
paint
microns
layer
sheet metal
Prior art date
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EP09728249A
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English (en)
French (fr)
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EP2257389B1 (de
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Alexandra Huber
Lothar Jandel
Dorothe Koberg
Bernhard Strauss
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Voestalpine Stahl GmbH
BASF Coatings GmbH
Original Assignee
Voestalpine Stahl GmbH
BASF Coatings GmbH
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Publication date
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Publication of EP2257389A2 publication Critical patent/EP2257389A2/de
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    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
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    • B05D7/50—Multilayers
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    • B05D7/57—Three layers or more the last layer being a clear coat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05D2701/00—Coatings being able to withstand changes in the shape of the substrate or to withstand welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means

Definitions

  • the invention relates to a method for the manufacture of ready-coated formable sheets for the automotive sector and for domestic appliance and construction applications and the like.
  • Paint is a very investment-intensive and cost-intensive process.
  • the painting after the body is assembled usually several layers are applied and in particular after phosphating first a corrosion protection primer (KTL) is applied, then a single or multi-layer, color-giving paint with a final clearcoat.
  • KTL corrosion protection primer
  • tape coating or coil coating processes are known. These are processes in which paint is applied by roller application with an efficiency of nearly 100% on metal strips, the penetration takes place in largely closed systems with thermal utilization of the solvents used. VOC emissions are kept at very low levels with this technology.
  • pre-painted material after forming shows significant surface changes as a result of microscopic deformation processes in the metal substrate and the organic coating.
  • the deformation processes in the polymeric coating are due, inter alia, to the formation of flow lines, which are partially reversible, but cause a gloss drop of the coating in reshaped areas.
  • attempts have been made to further develop the paints although all known paint systems still have a measurable loss of gloss depending on the degree of deformation, even if this could be reduced.
  • the areas with the reduced loss of gloss by changing the paint systems also have a surface that does not meet the requirements of an automobile outer skin.
  • all previously known paint structures after stretching, in addition to gloss also show a strong susceptibility to cracking as a result of heat treatment.
  • DE 100 47 982 A1 discloses a multicoat color and / or effect paint system with at least two superimposed clearcoats of different hardness and flexibility, this paint coating serving as a rockfall protection layer.
  • a flexible powder clearcoat or a flexible powder slurry clearcoat is present, to which a second hard scratch-resistant powder clearcoat and / or powder slurry clearcoat is applied.
  • EP 1 348 001 B1 discloses a clearcoat film which is part of a multicoat system comprising a top clearcoat layer which is suitable for the production of precoated metal strips, from which parts for automobiles can be produced by appropriate shaping processes (deep drawing).
  • the intermediate clear coat layer and the top clearcoat layer differ in that the intermediate coat layer has a higher flexibility than the topcoat layer.
  • the object of the invention is to provide a method for producing finished pre-painted formable sheets with a decorative and protective clearcoat surface, which also after forming painted coated sheets gives a high surface quality.
  • a paint system is formed in a multi-layered manner with at least three layers, the outer two layers being formed by a two-layer clearcoat.
  • the two-layer clearcoat builds on a fluorine-free binder chemistry, such as. B. PUR-crosslinked acrylate and polyester clearcoats.
  • methacrylate copolymers for which acrylic acid, butanediol monoacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, hydroxyethyl methylacrylate, hydroxypropyl methacrylate styrene are suitable as building blocks.
  • the preferred choice of these building blocks and their combination for the particular methacrylate copolymer depends on whether the clearcoats should be more flexible or rather hard.
  • Typical inventive layer thicknesses for the two-layer clearcoat have, for the first clearcoat layer, ie the clearcoat layer, which is applied to a coloring lacquer layer (intermediate clear coat) 3 to 30 ⁇ m and preferably 5 to 20 ⁇ m.
  • the second clearcoat (covercoat) which is the outwardly facing clearcoat sits a thickness of 5 to 30 microns and preferably 10 to 25 microns.
  • thermomechanical properties of the two clearcoat films are adjusted to one another in the crosslinked state, wherein the softening points and the tan ⁇ max values are set according to the invention.
  • the thermomechanical properties are determined on free paint films by means of dynamic mechanical analysis (DMA) at 1 Hz and a heating rate of 2 K / min.
  • the Tg values are determined according to the "Practice of Thermal Analysis of Plastics", 2nd edition, Hanser Verlag, Kunststoff 2003 from the temperature situation at the loss modulus Maximum tan ⁇ max of the DMA measurements.
  • the top clear coat have a Tg ⁇ 80 0 C and the intermediate clearcoat in the crosslinked state in the crosslinked state has a Tg ⁇ 60 0 C.
  • the two cover clearcoats are adjusted according to the invention in terms of their ratio of strength and elasticity so that they meet different stress profiles.
  • a ratio of the tan ⁇ max values of topcoat lacquer to intermediate clearcoat lacquer ⁇ 0.6 and preferably ⁇ 0.9 is maintained for components with a high degree of stress in terms of deep drawability.
  • painted panels can be achieved, which are characterized in that the formed parts also after a heat treatment step at temperatures> Tg remain free of cracks (eg 15 minutes at 120 0 C.), and that the paint system that is optimized for the folding, deformation strains of ⁇ 2 T in accordance with DIN EN 13523-7: 2001 and the thermoformable optimized structure Dehngrade of> 20% crack-free and thermally stable can be produced.
  • painted sheets according to the invention are characterized in that the surface changes that are induced by deformation and which lead to an impairment of gloss and sharpness of image can be eliminated by the invention following processing steps.
  • the production of a defined surface structure with respect to gloss and waviness at forming degrees ⁇ 2% preferably by heat treatment at temperatures> Tg.
  • the production of the defined surface structure is preferably carried out by a combination of local mechanical processing, in particular polishing and heat treatment.
  • the need for mechanical processing increases with increasing degree of deformation and is additionally dependent on the component geometry.
  • the paint system can consist of a primer layer, a color-giving basecoat and the two final clearcoat films which are applied in the coil coating process.
  • Primer and base coat are modified commercial coil coating paints.
  • the primer has a thickness of 10 to 25 microns and the basecoat applied thereon also has a thickness of 10 to 25 microns.
  • the total paint layer thickness is about 60 to 80 microns and thus differs greatly from conventional automotive coatings, which have a typical thickness of 90 to 130 microns.
  • the layer structure here provides a two-layer clearcoat, while in conventional automotive finishes the clearcoat is single-layered.
  • thermomechanical and mechanical properties of the coating can be adjusted via the chemistry or curing reaction of the two-layer clearcoat.
  • such a varnish may be processed with one or more sanding or polishing steps, the upper topcoat serving as a wear layer.
  • the grinding or polishing step the roughness or waviness of the lacquer is locally changed so that the specified characteristic values - which usually correspond to those on the flat metal sheet - are also achieved in shaped areas
  • a conventional automotive paint has a corrosion protection primer (KTL), an overlying filler, then a single-coat coloring paint and a single-coat clearcoat.
  • KTL corrosion protection primer
  • the thickness is typically 90 to 130 ⁇ m.
  • Such paints are usually applied by dip coating (KTL) and spray painting by painting robots.
  • the paint system according to the invention has a significantly lower layer thickness of 50 to 90 microns compared to conventional paint structures and is usually constructed four-layered.
  • the first layer facing a sheet substrate is a conventional primer with a thickness of 5 to 25 microns, on which a coloring paint is applied with 10 to 25 microns.
  • a two-layer clearcoat is applied in which the first clearcoat layer has a thickness of from 3 to 30 .mu.m and preferably from 5 to 20 .mu.m and the outercoat layer has a thickness of from 5 to 30 .mu.m and preferably from 15 to 25 .mu.m.
  • the two clearcoat films differ in their mechanical properties.
  • thermomechanical properties of the two clearcoats in the crosslinked state are firstly characterized by the Tg values, ie the softening values at temperature. According to the invention, these values are different, wherein the intermediate clearcoat in the crosslinked state has a Tg ⁇ 60 0 C and the cover clearcoat in the crosslinked state has a Tg ⁇ 80 0 C.
  • the two cover clearcoats are adjusted in terms of their ratio of strength and elasticity such that for components with high stress with regard to the foldability (ie a deformation in which the sheet is strongly bent along one edge) a ratio of the tan ⁇ max values ( Deckklarlack to intermediate clearcoat) of ⁇ 0.8.
  • a ratio of the tan ⁇ max values (cover clearcoat to intermediate clearcoat) of ⁇ 0.6 is maintained.
  • Particularly preferred for components with high stress in terms of thermoformability is a ratio of tan ⁇ max values of> 0.9.
  • the outer varnish is designed to be thicker and, in particular, harder as a mechanical processing reserve than the underlying clear varnish.
  • thermo-mechanical properties of the two upper lacquer layers in particular the setting of the Tg values and the adjustment of tan ⁇ max values and optionally providing a polishing reserve, a defined surface structure with respect to the gloss and waviness of the paint after Reshaping takes place by carrying out a heat treatment at temperatures> Tg at degrees of deformation ⁇ 2%.
  • the outer clearcoat is applied at a residual thickness of 10 to 25 microns with a thickness that ensures a corresponding polishing reserve.
  • a method is provided which allows the surface to be conditioned with a special paint system in such a way that, after the forming or, if appropriate, only one heat treatment step, a paint surface is obtained which also in the formed regions high quality requirements for a painted surface are sufficient.
  • the outer clearcoat is applied at a residual thickness of 10 to 25 microns with a thickness that ensures a corresponding polishing reserve.
  • a method which allows the surface to be conditioned with a special paint system in such a way that, after the forming or, if appropriate, only one heat treatment step, a paint surface is obtained which also in the formed regions high quality requirements for a painted surface are sufficient. It is advantageous that a significant cost reduction can be achieved, since the manufacturers can be dispensed with separate Lackierstrassen.
  • the constancy of the coating quality can be improved, as in the coil coating process on flat sheets easier and more accurate control of the painting process is possible as in the spray coating on the finished formed component.
  • all sheet metal parts are uniformly and uniformly covered with varnish. In addition, this also ensures that optimum protection of the steel substrate is achieved in flange areas.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen lackierter umformbarer Bleche, wobei ein Metallblech mit einer mehrschichtigen Lackschicht überzogen wird, wobei die Lackschicht zumindest zwei äußere, aufeinander angeordnete Klarlackschichten umfasst, wobei der äußere Klarlack im vernetzten Zustand einen höheren Erweichungspunkt besitzt als der darunter liegende Zwischenklarlack und die beiden Deckklarlacke hinsichtlich ihres Verhältnisses von Festigkeit und Elastizität so eingestellt sind, dass für Bleche mit hoher Beanspruchung hinsichtlich der Falzbarkeit ein Verhältnis der tan dmax-Werte von Deckklarlack zu Zwischenklarlack = 0,8 eingehalten wird und für Bleche mit hoher Beanspruchung hinsichtlich der Tiefziehbarkeit ein Verhältnis der tan dmax-Werte von Deckklarlack zu Zwischenklarlack von = 0,6 eingehalten wird.

Description

Verfahren zum Herstellen von fertig lackierten umformbaren Blechen und nach dem Verfahren lackiertes Blech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von fertig lackierten umformbaren Blechen für den Automobilbereich sowie für Hausgeräte- und Bauanwendungen und dergleichen.
Die Lackierung ist ein sehr investitions- und kostenintensiver Prozess. Bei der Automobilherstellung z. B. erfolgt in herkömmlicher Weise die Lackierung, nachdem die Karosserie zusammengebaut ist, wobei üblicherweise mehrere Schichten aufgebracht werden und insbesondere nach einer Phosphatierung zunächst eine Korrosionsschutzgrundierung (KTL) aufgebracht wird, sodann ein ein- oder mehrschichtiger, Farbton gebender Lack mit einem abschließenden Klarlack. Auch bei Hausgeräten werden Blechteile in vielen Fällen erst nach dem Umformen und gegebenenfalls Fügen lackiert.
Herkömmliche Lackierstraßen sind auch aus dem Gesichtspunkt der Umweltbelastung problematisch. Der Auftragswirkungsgrad bei der Spritzlackierung sowie Volatile Organic Content (VOC)- Emissionen generell sind technologische Schwachpunkte, die auch in Zukunft einer weiteren deutlichen Verbesserung bedür- fen. Zwar werden mehr und mehr Lacke auf Wasserbasis eingesetzt, organische Verdünnungen sind jedoch aus diesem Bereich nicht völlig zu eliminieren.
Zudem sind sogenannte Bandlackierungs- oder Coil-Coating- Verfahren bekannt. Es handelt sich hierbei um Verfahren, bei denen Lack durch Walzenauftrag mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100% auf Metallbänder aufgebracht wird, der Einbrand erfolgt in weitgehend geschlossenen Systemen unter thermischer Verwertung der eingesetzten Lösemittel. VOC-Emissionen werden mit dieser Technologie auf sehr niedrigem Nivau gehalten.
Voraussetzung für den Einsatz der sogenannten Coil-Coating- Verfahren bzw. der so erzielten lackierten Blechbänder ist, dass spezielle hochflexible Lacksysteme zur Anwendung kommen, die alle Umformschritte rissfrei und ohne Oberflächenveränderung mitmachen.
Besonders bei Anwendungen, die eine kratz- und chemikalienre- sistente glänzende Klarlackoberfläche verlangen, wie z.B. Au- tomobillackierungen, aber auch bei weiteren dekorativen Anwendungen im Bau- und Hausgerätebereich sind diese Verfahren nicht immer anwendbar, da die Qualität der umgeformten Lackoberfläche oft nicht den hohen Anforderungen entspricht.
Ein Hauptgrund hierfür ist die Tatsache, dass vorlackiertes Material nach dem Umformen deutliche Oberflächenveränderungen als Folge von mikroskopischen Deformationsprozessen im Metallsubstrat und der organischen Beschichtung zeigt. Die Deformationsvorgänge in der polymeren Beschichtung sind u.a. auf die Bildung von Fließlinien zurückzuführen, die zwar teilreversibel sind, aber einen Glanzabfall der Lackierung in umgeformten Bereichen bewirken. Um diesen Effekten entgegenzusteuern, wurde versucht, die Lacke weiter zu entwickeln, wobei jedoch alle bekannten Lacksysteme in Abhängigkeit des Umformgrades nach wie vor einen messbaren Glanzverlust besitzen, auch wenn dieser reduziert werden konnte. Auch die Flächen mit dem reduzierten Glanzverlust durch Änderung der Lacksysteme weisen jedoch eine Oberfläche auf, die den Anforderungen an eine Automobilaußenhaut nicht genügt. Insbesondere hat sich gezeigt, dass alle bisher bekannten Lackaufbauten nach Dehnung zusätzlich zum Glanzabfall auch eine starke Anfälligkeit auf Rissbildung als Folge einer Wärmebehandlung zeigen.
Aus der DE 100 47 982 Al ist eine färb- und/oder effektgebende Mehrschichtlackierung mit mindestens zwei übereinander liegenden Klarlackierungen von unterschiedlicher Härte und Flexibilität bekannt, wobei diese Lackierung als Steinschlagschutzschicht dienen soll. Hierbei ist eine flexible Pulverklarla- ckierung oder eine flexible Pulverslurryklarlackierung vorhanden, auf die eine zweite harte kratzfeste Pulverklarlackierung und/oder Pulverslurryklarlackierung aufgebracht ist.
Aus der EP 1 348 001 Bl ist eine Klarlackschicht bekannt, die Bestandteil einer Mehrschichtlackierung mit einer obersten Klarlackschicht, die für die Herstellung vorbeschichteter Me- tallbänder geeignet ist, ausgebildet ist, aus denen durch entsprechende Formgebungsverfahren (Tiefziehen) Teile für Automobile gefertigt werden können. Die Zwischenklarlackschicht und die Deckklarlackschicht unterscheiden sich dahingehend, dass die Zwischenlackschicht eine höhere Flexibilität aufweist als die Decklackschicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen fertig vorlackierter umformbarer Bleche mit einer dekorativen und schützenden Klarlackoberfläche zu schaffen, welches auch nach einer Umformung lackierte umgeformte Bleche mit einer hohen Oberflächenqualität ergibt.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird ein Lackaufbau mehrschichtig mit mindestens drei Schichten ausgebildet, wobei die äußeren beiden Schichten durch einen zweischichtigen Klarlack gebildet werden. Vorzugsweise baut der zweischichtige Klarlack auf einer fluorfreien Bindemittelchemie auf, wie z. B. PUR-vernetzten Acrylat- und Polyester-Klarlacken.
Mögliche Zusammensetzungen der Klarlacke und deren Bausteine auf Basis von Acrylaten und Polyestern sind in DE 103 35 491 Al beschrieben.
Für die erfindungsgemäß eingesetzten Acrylatklarlacke wurden Methacrylatcopolymerisate eingesetzt, für die als Bausteine insbesondere Acrylsäure, Butandiolmonoacrylat, Butylacrylat , Butylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat , Hydroxyethylmethylac- rylat, Hydroxypropylmethacrylat Styrol infrage kommen. Die bevorzugte Auswahl aus diesen Bausteinen und deren Kombination für das jeweilige Methacrylatcopolymerisat richtet sich danach, ob die Klarlacke eher flexibel oder eher hart eingestellt sein sollen.
Typische erfindungsgemäße Schichtstärken für den zweischichtigen Klarlack weisen für die erste Klarlackschicht, d. h. die Klarlackschicht, die auf einer farbgebenden Lackschicht aufgebracht ist (Zwischenklarlack) 3 bis 30 μm und vorzugsweise 5 bis 20 μm auf. Die zweite Klarlackschicht (Deckklarlackschicht) , die die nach außen weisende Klarlackschicht ist, be- sitzt eine Dicke von 5 bis 30 μm und vorzugsweise 10 bis 25 μm.
Erfindungsgemäß werden die thermomechanischen Eigenschaften der beiden Klarlackschichten im vernetzten Zustand aufeinander eingestellt, wobei die Erweichungspunkte und die tan δmax-Werte erfindungsgemäß eingestellt werden. Die thermomechanischen Eigenschaften werden an freien Lackfilmen mittels Dynamisch- Mechanischer Analyse (DMA) bei 1 Hz und einer Aufheizrate von 2 K/min bestimmt. Die Bestimmung der Tg-Werte erfolgt gemäß der "Praxis der thermischen Analyse von Kunststoffen", 2. Auflage, Hanser Verlag, München 2003 aus der Temperaturlage beim Verlustmodul Maximum tan δmax der DMA-Messungen.
Der Deckklarlack besitzt im vernetzten Zustand einen Tg-Wert ≥ 800C und der Zwischenklarlack im vernetzten Zustand einen Tg-Wert < 600C.
Zudem werden die beiden Deckklarlacke erfindungsgemäß hinsichtlich ihres Verhältnisses von Festigkeit und Elastizität so eingestellt, dass sie unterschiedlichen Beanspruchungsprofilen genügen.
Für Bauteile mit einer hohen Beanspruchung hinsichtlich der Falzbarkeit wird ein Verhältnis der tan δmax-Werte des Deckklarlacks zum Zwischenklarlack ≤ 0,8 eingehalten.
Erfindungsgemäß wird für Bauteile mit einer hohen Beanspruchung hinsichtlich der Tiefziehbarkeit ein Verhältnis der tan δmax-Werte von Deckklarlack zu Zwischenklarlack ≥ 0,6 und bevorzugt ≥ 0,9 eingehalten.
Durch die Erfindung können lackierte Bleche erzielt werden, die sich dadurch auszeichnen, dass die umgeformten Teile auch nach einem Wärmebehandlungsschritt bei Temperaturen > Tg rissfrei bleiben (z. B. 15 min bei 1200C) und dass beim Lackaufbau, der für das Falzen optimiert ist, Umformgrade von < 2 T nach DIN EN 13523-7:2001 und beim tiefzieh-optimierten Aufbau Dehngrade von > 20 % rissfrei und thermisch stabil hergestellt werden können.
Erfindungsgemäß lackierte Bleche zeichnen sich dadurch aus, dass die Oberflächenveränderungen, die durch Umformung induziert werden und die zu einer Beeinträchtigung des Glanzes und der Abbildungsschärfe führen, durch erfindungsgemäß nachfolgende Bearbeitungsschritte beseitigt werden können.
Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung einer definierten Oberflächenstruktur bezüglich Glanz und Welligkeit bei Umformgraden < 2 % vorzugsweise durch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen > Tg. Bei Umformgraden > 2 % erfolgt die Herstellung der definierten Oberflächenstruktur vorzugsweise durch eine Kombination aus lokaler mechanischer Bearbeitung insbesondere Polieren und einer Wärmebehandlung. Die Notwendigkeit der mechanischen Bearbeitung nimmt mit steigendem Umformgrad zu und ist zusätzlich abhängig von der Bauteilgeometrie.
Schleif- und/oder Polierprozesse können miteinander kombiniert werden, wobei mit diesem gezielten Abtrag einer vorhergehenden Umformung Rechnung getragen wird.
Der Lackaufbau kann aus einer Primerschicht, einem farbgeben- den Basislack sowie den zwei abschließenden Klarlackschichten, die im Coil-Coating-Vefahren appliziert werden, bestehen.
Primer- und Basislack sind modifizierte handelsübliche Coil- Coating-Lacke . Vorzugsweise besitzt der Primer eine Dicke von 10 bis 25 μm und der darauf aufgebrachte Basislack ebenfalls eine Dicke von 10 bis 25 μm.
Die gesamte Lackschichtdicke beträgt hierbei etwa 60 bis 80 μm und unterscheidet sich hierdurch stark von herkömmlichen Automobillacken, die eine typische Dicke von 90 bis 130 μm besitzen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Automobillackierungen sieht der Schichtaufbau hier einen zweischichtigen Klarlack vor, während bei herkömmlichen Automobillackierungen der Klarlack einschichtig ist.
Erfindungsgemäß können über die Chemie bzw. Aushärtereaktion des zweischichtigen Klarlackes die thermomechanischen und mechanischen Eigenschaften der Beschichtung eingestellt werden.
Ein derartiger Lack kann zusätzlich, nachdem er fertig ausgehärtet und umgeformt ist, mit einem oder mehreren Schleif- bzw. Polierschritten bearbeitet werden, wobei der obere Decklack als Verschleißschicht dient. Mit dem Schleif- bzw. Polierschritt wird die Rauhigkeit bzw. Welligkeit des Lackes lokal so verändert dass auch in umgeformten Bereichen die spezifizierten Kennwerte - die üblicherweise denen am ebenen Blech entsprechen - erreicht werden
Hierbei ist zu beachten, dass selbstverständlich bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren vorher bekannt sein muss, wie hoch die Umformgrade in einzelnen Bereichen des Blechbandes sind, so dass gezielt und abhängig vom Umformgrad die entsprechende mechanische Bearbeitung des Lackes stattfinden kann. Hierbei reicht es aus, empirisch ermittelte Daten in Rechnermodellen zu Simulationszwecken einzusetzen und anhand der Simulation die mechanische Bearbeitung in der entsprechenden Intensität in den entsprechenden Bereichen durchzuführen. Ein herkömmlicher Automobillack besitzt eine Korrosionsschutz- grundierung (KTL) , einen darüber liegenden Füller, anschließend einen einschichtigen farbgebenden Lack und einen einschichtigen Klarlack. Die Dicke beträgt typischerweise 90 bis 130 μm. Derartige Lacke werden üblicherweise durch Tauchla- ckierung (KTL) und Spritzlackierung durch Lackierroboter aufgebracht .
Der erfindungsgemäße Lackaufbau besitzt gegenüber herkömmlichen Lackaufbauten eine erheblich geringere Schichtstärke von 50 bis 90 μm und ist üblicherweise vierschichtig aufgebaut. Die erste einem Blechsubstrat zugewandte Schicht ist ein herkömmlicher Primer mit einer Dicke von 5 bis 25 μm, auf den ein farbgebender Lack mit 10 bis 25 μm aufgebracht ist.
Erfindungsgemäß wird ein zweischichtiger Klarlack aufgebracht, bei dem die erste Klarlackschicht eine Dicke von 3 bis 30 μm und vorzugsweise von 5 bis 20 μm besitzt und die äußere lack- schicht eine Dicke von 5 bis 30 μm und vorzugsweise von 15 bis 25 μm besitzt.
Die beiden Klarlackschichten unterscheiden sich in ihren mechanischen Eigenschaften.
Für die Erfindung entscheidend sind die aufeinander abgestimmten thermomechanischen Eigenschaften der beiden Klarlacke im vernetzten Zustand. Diese thermomechanischen Eigenschaften werden zum einen über die Tg-Werte gekennzeichnet, also die Erweichungswerte bei Temperatur. Erfindungsgemäß sind diese Werte unterschiedlich, wobei der Zwischenklarlack im vernetzten Zustand einen Tg < 600C besitzt und der Deckklarlack im vernetzten Zustand einen Tg ≥ 800C besitzt. Erfindungsgemäß sind zudem die beiden Deckklarlacke hinsichtlich ihres Verhältnisses von Festigkeit und Elastizität so eingestellt, dass für Bauteile mit hoher Beanspruchung hinsichtlich der Falzbarkeit (d. h. einer Umformung, bei der das Blech entlang einer Kante stark umgebogen wird) ein Verhältnis der tan δmax-Werte (Deckklarlack zu Zwischenklarlack) von ≤ 0,8 beträgt.
Für Bauteile mit einer hohen Beanspruchung hinsichtlich der Tiefziehbarkeit wird ein Verhältnis der tan δmax-Werte (Deckklarlack zu Zwischenklarlack) von ≥ 0,6 eingehalten. Besonders bevorzugt für Bauteile mit hoher Beanspruchung hinsichtlich der Tiefziehbarkeit ist ein Verhältnis der tan δmax-Werte von > 0,9.
Insbesondere ergibt sich, dass der äußere Lack auch als mechanische Bearbeitungsreserve dicker und insbesondere härter ausgebildet ist als der darunter liegende Klarlack.
Durch die erfindungsgemäße Einstellung der thermomechanischen Eigenschaften der beiden oberen Lackschichten zueinander, insbesondere die Einstellung der Tg-Werte und die Einstellung der tan δmax-Werte sowie gegebenenfalls das Vorsehen einer Polierreserve, kann eine definierte Oberflächenstruktur bezüglich des Glanzes und der Welligkeit des Lackes nach dem Umformen dadurch erfolgen, dass bei Umformgraden < 2 % eine Wärmebehandlung bei Temperaturen > Tg durchgeführt wird.
Bei Umformgraden über 2 % kann die Herstellung einer definierten Oberflächenstruktur des Lackes bezüglich des Glanzes und der Welligkeit durch Polieren und eine Wärmebehandlung erfolgen. Vorzugsweise ist zumindest der äußere Lack so beschaffen, dass gegebenenfalls vorhandene Polierriefen durch eine abschließende optionale Wärmebehandlung noch weiter ausgeglichen werden können. Hierbei ist die Wärmestabilität eines derartigen Lackes besonders von Vorteil.
Von Vorteil ist es zudem, wenn die äußere Klarlackschicht bei einer Restdicke von 10 bis 25 μm mit einer Dicke aufgebracht wird, die eine entsprechende Polierreserve sicher stellt.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass ein Verfahren geschaffen wird, welches es erlaubt, mit einem speziellen Lacksystem die Oberfläche so zu konditionieren, dass nach dem Umformen bzw. gegebenenfalls lediglich noch einem Wärmebehandlungsschritt eine Lackoberfläche erzielt wird, die auch in den umgeformten Bereichen den hohen Anforderungen an die Qualität einer lackierten Fläche genügt.
Hierbei ist von Vorteil, dass eine erhebliche Kostenreduktion erzielt werden kann, da bei den Herstellern auf separate Lackes besonders von Vorteil.
Von Vorteil ist es zudem, wenn die äußere Klarlackschicht bei einer Restdicke von 10 bis 25 μm mit einer Dicke aufgebracht wird, die eine entsprechende Polierreserve sicher stellt.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass ein Verfahren geschaffen wird, welches es erlaubt, mit einem speziellen Lacksystem die Oberfläche so zu konditionieren, dass nach dem Umformen bzw. gegebenenfalls lediglich noch einem Wärmebehandlungsschritt eine Lackoberfläche erzielt wird, die auch in den umgeformten Bereichen den hohen Anforderungen an die Qualität einer lackierten Fläche genügt. Hierbei ist von Vorteil, dass eine erhebliche Kostenreduktion erzielt werden kann, da bei den Herstellern auf separate Lackierstraßen verzichtet werden kann. Zudem kann die Konstanz der Lackierqualität verbessert werden, da im Coil-Coating- Verfahren auf ebenen Blechen eine leichter und genauere Steuerung des Lackierprozesses möglich ist als bei der Spritzla- ckierung am fertig umgeformten Bauteil. Insbesondere werden alle Blechteile gleichmäßig und gleichstark mit Lack bedeckt. Zudem wird hierbei auch sichergestellt, dass in Flanschbereichen ein optimaler Schutz des Stahlsubstrats erreicht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen lackierter umformbarer Bleche, wobei ein Metallblech mit einer mehrschichtigen Lackschicht überzogen wird, wobei die Lackschicht zumindest zwei äußere, aufeinander angeordnete Klarlackschichten umfasst, wobei der äußere Klarlack im vernetzten Zustand einen höheren Erweichungspunkt besitzt als der darunter liegende Zwi- schenklarlack und die beiden Deckklarlacke hinsichtlich ihres Verhältnisses von Festigkeit und Elastizität so eingestellt sind, dass für Bleche mit hoher Beanspruchung hinsichtlich der Falzbarkeit ein Verhältnis der tan δmax-Werte von Deckklarlack zu Zwischenklarlack ≤ 0,8 eingehalten wird und für Bleche mit hoher Beanspruchung hinsichtlich der Tiefziehbarkeit ein Verhältnis der tan δmaχ-Werte von Deckklarlack zu Zwischenklarlack von ≥ 0,6 eingehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Blechen mit sehr hoher Beanspruchung hinsichtlich der Tief- ziehbarkeit ein Verhältnis der tan δmaχ-Werte von ≥ 0,9 eingehalten wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckklarlack im vernetzten Zustand auf einen Tg-Wert ≥ 800C eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenklarlack im vernetzten Zustand auf einen Tg-Wert ≤ 600C eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Klarlacke Lacke mit einer fluorfreien Bindemittelchemie verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass PUR-vernetzte Acrylat- und Polyesterklarlacke verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenklarlack mit Schichtdicken von 3 bis 30 μm und vorzugsweise 5 bis 20 μm verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckklarlack mit Schichtdicken von 5 bis 30 μm und vorzugsweise 10 bis 25 μm verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lacke im Coil-Coating-Verfahren aufgebracht werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer definierten Oberflächenstruktur bezüglich des Glanzes und der Welligkeit nach der Umformung bei Umformgraden < 2 % eine Wärmebehandlung bei Temperaturen > Tg durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung einer definierten Oberflächenstruktur bezüglich des Glanzes und der Welligkeit nach dem Umformen bei Umformgraden > 2 % durch ein Schleifschritt und/oder Polierschritt und/oder eine Wärmebehandlung durchgeführt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtschichtdicke des Gesamtlackaufbaus von mindestens 40 μm und höchstens 90 μm entsteht.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Polierschritt lediglich die oberste Lackschicht poliert wird oder bei einem Schleifschritt und Polierschritt lediglich die oberste Lackschicht geschliffen und poliert wird, wobei in den mechanisch zu bearbeitenden Bereichen die oberste Lackschicht mit einer dicken Zugabe derart versehen wird, dass der Abtrag durch die mechanische Bearbeitung berücksichtigt ist.
14. Lackiertes umformbares Blech zur Verwendung im Automobilbau, der Hausgeräteherstellung, dadurch gekennzeichnet, dass das umformbare Blech einen mehrschichtigen Lackaufbau mit zwei äußeren Klarlackschichten besitzt, die mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche erzielt ist.
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