Warum vorlackierte Coil-Beschichtungen beim Biegen und Formen delaminieren

Bandbeschichtung und Umformung vorlackierter Metalle

Vorlackiertes Coil, farbbeschichteter Stahl, vorbeschichtete Gerätepaneele und Architekturaluminium werden alle beschichtet, bevor sie in ihre endgültige Form gebracht werden. Die Beschichtung muss Biege-, Rollform-, Tiefzieh-, Stanz- und Montagevorgänge mit erheblicher mechanischer Belastung überstehen – und zwar ohne Risse, Delaminierung oder Haftungsverlust an der geformten Zone. Die an flach beschichteten Platten gemessene Haftung sagt nichts darüber aus, wie sich eine Beschichtung verhält, wenn das Substrat, auf das sie geklebt wird, auf einem Radius von zwei oder drei Millimetern gebogen wird.

Statische Haftungstests und Formhaftung sind unterschiedliche Eigenschaften

Die auf das vorlackierte Band aufgetragene Beschichtung besteht alle Standard-Haftungstests für Flachbildschirme – Kreuzschnitt, T-Biegung, Schlag und Bandzug – unter Bedingungen, bei denen das Substrat nicht geformt wird. Bei diesen Tests wird die Verbindung zwischen Beschichtung und Substrat bei einer angelegten Spannung von Null gemessen. Bei Umformvorgängen kann diese Dehnung am Außenradius einer scharfen Biegung eine Dehnung von 10–20 % erreichen, wenn sie schnell und manchmal bei Temperaturen angewendet wird, die von der ursprünglichen Aushärtungstemperatur der Beschichtung abweichen. Von der Beschichtung wird etwas verlangt, weshalb sie nie getestet wurde.

T-Biegetests an beschichteten Blechen ergeben einen minimalen Biegeradius (ausgedrückt als 0T, 1T, 2T – die Anzahl der Blechdicken, die zwischen dem Biegedorn und dem beschichteten Blech für eine rissfreie Biegung erforderlich sind). Dies ist der Standardtest, der den tatsächlichen Umformbedingungen am nächsten kommt, und die Ergebnisse der T-Biegung sollten zusammen mit der Flachplattenhaftung ausgewertet werden, um die Umformleistung der Coil-Beschichtung richtig beurteilen zu können.

Was passiert beim Biegen an der Beschichtung?

Außenradius: Zugspannung der Folie

Am Radius der äußeren Biegung verlängert sich das Substrat. Die damit verklebte Beschichtung muss sich um den gleichen Betrag verlängern – die Größe hängt vom Biegeradius, der Substratdicke und der Beschichtungsdicke ab. Enge Kurven stellen größere Belastungen dar als sanfte Kurven.

Innenradius: Druckspannung

Am Innenradius wird die Beschichtung komprimiert. Druckversagensarten – Faltenbildung, Knickung oder lokaler Haftungsverlust – unterscheiden sich von Zugrissen und hängen vom Modul und der Dicke der Beschichtung im Verhältnis zum Substrat ab.

Spannungskonzentration zwischen den Schichten

Bei Mehrschichtaufbauten (Grundierungs-Decklack) ist die Grenzfläche zwischen den Schichten ein potenzieller Spannungskonzentrationspunkt. Wenn die beiden Schichten deutlich unterschiedliche Modul- oder Dehnungseigenschaften aufweisen, wird die Grenzfläche beim Biegen auf Scherung beansprucht – ein Modus, der sich von der Zug- oder Druckbelastung beider Schichten unterscheidet.

Auswirkungen der Dehnungsrate

Beim Hochgeschwindigkeitsformen – Stanzen, Rollformen bei Liniengeschwindigkeit – wird die Spannung viel schneller ausgeübt als beim langsamen Handbiegen. Das viskoelastische Verhalten eines Polymers bedeutet, dass der effektive Modul und die Bruchdehnung einer Beschichtung geschwindigkeitsabhängig sind: Was sich langsam biegt, ohne zu reißen, kann bei hoher Dehnungsgeschwindigkeit reißen.

Wichtige Formulierungseigenschaften für die Leistung der Bandbeschichtung

Filmdehnung beim Bruch	Das wichtigste Maß dafür ist, wie weit sich die Beschichtung ausdehnen kann, bevor sie bricht. Für die engste Biegung in der Anwendung muss die maximale Belastung am Biegeaußenradius überschritten werden
Gleichgewicht der Vernetzungsdichte	Übervernetzte Filme sind spröde; Untervernetzte Filme weisen möglicherweise eine ausreichende Dehnung, aber eine unzureichende Härte und chemische Beständigkeit auf. Die optimale Dichte variiert je nach Schweregrad der Anwendung
Qualität der Zwischenschichthaftung	Bei Primer-Decklack-Systemen muss sich der Primer sowohl mit dem Metall verbinden als auch eine ausreichende Haftung an der Deckschicht gewährleisten – Zwischenschichtfehler beim Biegen treten häufig auf, wenn die beiden Schichten eine inkompatible Flexibilität aufweisen
Auswahl des Harzsystems	Coil-Beschichtungen auf Polyester-, PVDF- und PU-Basis bieten unterschiedliche inhärente Dehnungsprofile; PVC-Plastisole bieten eine sehr hohe Dehnung, allerdings mit unterschiedlichen Kompromissen in Bezug auf Aussehen und Leistung
Aushärtetemperatur und -profil	Sowohl die maximale Metalltemperatur (PMT) als auch die Ofenverweilzeit beeinflussen die endgültige Vernetzungsdichte und damit das Dehnungs-Härte-Gleichgewicht des ausgehärteten Films
Gleichmäßige Filmdicke	Lokal dünne Zonen weisen eine geringere Gesamtdehnungskapazität auf – eine Kantenverdünnung bei der Bandbeschichtung, die häufig vorkommt, bedeutet, dass Kanten unverhältnismäßig anfällig für Verformungsfehler sind

Häufig gestellte Fragen

Welches T-Biege-Ergebnis sollte eine Bandbeschichtung für Standardanwendungen in der Architekturumformung erzielen?

Die Anforderungen variieren je nach Anwendung – typische Spezifikationen für die Coil-Beschichtung im Architekturbereich erfordern 0T oder 1T (Risse zulässig, kein Haftungsverlust beim Abziehen des Bandes) für Standardprofile und 2T oder 3T für schärfere Biegungen oder komplexere Formen. Die spezifischen Anforderungen an die T-Biegung sollten anhand der Formspezifikation für den Endgebrauch erfüllt werden, anstatt davon auszugehen, dass eine einzige Norm gilt.

Beeinflusst die Temperatur des Härtungsofens die Umformleistung?

Ja, deutlich – die maximale Metalltemperatur (PMT) und die Ofenverweilzeit bestimmen zusammen die Vernetzungsdichte. Eine unzureichende Aushärtung führt dazu, dass der Film sowohl hinsichtlich der Härte als auch der Dehnung niedriger ist; Eine übermäßige Aushärtung versprödet den Film durch Übervernetzung und verringert die Dehnung. Für das jeweilige Harzsystem sollte das optimale PMT-Verweilprofil für die Umformleistung ermittelt werden.

Warum ist die Umformleistung an kälteren Tagen in der Fertigungshalle manchmal schlechter?

Polymerbeschichtungen sind viskoelastisch – ihre effektive Bruchdehnung nimmt ab, wenn die Temperatur in Richtung der Glasübergangstemperatur des Harzes sinkt. Eine Beschichtung, die sich bei 20 °C sauber bildet, kann bei 5 °C reißen, da die gleiche Dehnungsrate dem steiferen, kälteren Film effektiv eine höhere, geschwindigkeitsangepasste Dehnung auferlegt. Manchmal wird das Spulenmaterial vor dem Formen vorgewärmt, um Fehler bei der Kaltumformung zu vermeiden.

Funktioniert die gleiche Beschichtung auf Stahl- und Aluminiumspulen gleich?

Nicht unbedingt. Stahl und Aluminium haben selbst unterschiedliche Dehnungseigenschaften, unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine unterschiedliche Chemie der Haftoberflächen. Ein für Stahl qualifiziertes Beschichtungssystem sollte für Aluminium neu bewertet werden, bevor es für Aluminiumspulenanwendungen spezifiziert wird.

Schlüssel zum Mitnehmen

Die Haftung auf Flachplatten lässt keine Vorhersage der Umformleistung zu – die beiden Tests messen grundlegend unterschiedliche Eigenschaften unter grundlegend unterschiedlichen Belastungsbedingungen.

Beim Biegen entsteht am Außenradius eine Zugspannung, die bei engen Biegungen eine Dehnung von 10–20 % ausmachen kann – weit darüber hinaus, was bei jedem Flachbildschirm-Haftungstest möglich ist
Die Bruchdehnung des Films, das Gleichgewicht der Vernetzungsdichte, die Haftung zwischen den Schichten und die Auswahl des Harzes sind die wichtigsten Formulierungsvariablen
Der T-Biegetest ist der Standardtest, der den tatsächlichen Umformbedingungen am nächsten kommt, und sollte zusammen mit Flachplatten-Haftungstests zur Bewertung der Coil-Beschichtung verwendet werden
Temperatur, Dehnungsrate und Gleichmäßigkeit der Filmdicke an den Kanten beeinflussen alle die Bildung von Haftungsergebnissen unter Produktionsbedingungen

Treten beim Biegen, Rollformen oder Prägen von vorlackierten Coils oder vorbeschichteten Platten Beschichtungsablösungen, Risse oder ein Haftungsverlust auf? Unser technisches Team kann Ihnen bei der Bewertung der Umformleistung auf Formulierungsebene helfen.