DE4323480C2 - Verfahren zum Pulverlackieren von Verbundprofilen sowie Verbundprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverlackieren von Verbundprofilen nach den Oberbegriffen der Patentan­ sprüche 1 und 2. Ferner hat es die Erfindung mit einem Isolator für ein Verbundprofil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14 zu tun.

Verbundprofile der angegebenen Art, wie sie heute in großem Umfang für Fenster, Türen, Fassadenelemente und dgl. eingesetzt werden, werden meistens einer farblichen Nach­ behandlung unterzogen. Neben einem Eloxieren wird vor al­ lem eine nasse oder trockene Beschichtung mit organischen Stoffen ("Lackierung") vorgenommen. Naßlacke bestehen im wesentlichen aus festen Stoffen wie Harzen, Wachsen, Kunststoffen, Pigmenten sowie Lösungsmitteln und werden durch Spritzen, Tauchen, Streichen oder dergleichen aufge­ tragen.

Weit verbreitet sind bei der insbesondere farblichen Ober­ flächenbehandlung von Verbundprofilen der hier in Rede stehenden Art auch Pulverlacksysteme. Diese sind lösungs­ mittelfrei und daher umweltfreundlich. Die verwendeten Lackpulver bestehen meist aus Polyester-, Polyvinyliden­ fluorid oder Epoxidharzen, geeigneten Bindemitteln und Pigmenten. Die Auftragung des Lackpulvers erfolgt elektro­ statisch, wobei die Pulverteilchen elektrisch aufgeladen und im elektrischen Feld auf die geerdeten Verbundprofile unter Beachtung bestimmter Verfahrensbedingungen aufge­ sprüht werden. Die eigentliche Lackfilmbildung erfolgt durch Hitzeeinwirkung, wobei das auf der äußeren Oberflä­ che der Verbundprofile haftende Pulver aufschmilzt und zu einem Farbfilm zusammensintert.

Die Hauptschwierigkeit einer sauberen Pulverlackierung von Verbundprofilen besteht darin, auf alle Bestandteile des Verbundprofils, also auf dessen metallische Profilteile wie auch auf die aus Kunststoff bestehenden Isolatoren ebenmäßige, gleichförmig fest haftende Beschichtungen auf­ zubringen. Diese Schwierigkeit geht darauf zurück, daß die elektrische Leitfähigkeit oder der Oberflächenwiderstand bei den metallischen Profilteilen einerseits und den aus Kunststoff bestehenden wärmedämmenden Isolatoren anderer­ seits naturgemäß große Unterschiede aufweisen, so daß ei­ nerseits die elektrostatische Aufbringung des Pulvers nicht gleichmäßig erfolgen kann und andererseits die ge­ sinterte Lackierschicht auf den verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlicher Festigkeit und Dicke haftet. Häufig führt dies zu schadhaften und optisch nicht tolerierbaren Verbundprofilteilen, die unveräußerlich sind.

Es ist zwar bekannt (JP 63-175672 A in Patents Abstract of Japan C-547, Nov. 25, 1988, Vol. 12, No. 450; JP 1-299677 A in Patents Abstracts of Japan, C-690, Febru­ ary 19, 1990, Vol. 14/No. 86; JP 3-80966 A in Patents Ab­ stracts of Japan C-844, June 26, 1991, Vol. 15/No. 252; DE 33 22 016 A1 und DE 36 13 060 A1), eine Kunststoffflä­ che vor ihrer Pulverlackierung mit einem elektrisch lei­ tenden Überzug zu versehen. Wenn jedoch die Kunststoff­ oberfläche unmittelbar mit einem Metallteil verbunden ist, gelangt hierbei der elektrisch leitende Überzug in elek­ trisch leitende Verbindung mit dem Metallteil, so daß eine ursprünglich vorhandene wärmeisolierende Eigenschaft des die Kunststoffoberfläche aufweisenden Kunststoffteils ver­ loren geht, was insbesondere bei Verbundprofilen der hier in Rede stehenden Art untragbar ist. Insoweit lassen sich die bekannten Pulverlackierverfahren mit vorheriger Be­ schichtung einer Kunststoffoberfläche mit einem elektrisch leitenden Überzug nicht auf die hier betrachteten Verbund­ profile übertragen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfah­ ren so auszubilden, daß bei vorherigem Überziehen des aus Kunststoff bestehenden Isolators eines Verbundprofiles mit einer elektrisch leitenden Schicht die Wärmedämmeigen­ schaft des Isolators auch nach einer Pulverbeschichtung erhalten bleibt. Ferner soll ein Ver­ bundprofil mit einem Isolator vorgeschlagen werden, der mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen ist und dennoch nach Pulver­ lackierung seine Wärmedämmeigenschaften nicht verliert.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale in den Patentansprüchen 1 und 2 bzw. 14 gelöst.

Die nachstehende Beschreibung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Verbundprofil aus Metall- und Kunststoffteilen für Rahmen von Fen­ stern, Türen, Fassadenelementen oder dgl.;

Fig. 2 eine Teildraufsicht der elektrisch lei­ tend beschichteten Außenseite eines Iso­ lators des in Fig. 1 dargestellten Ver­ bundprofils und

Fig. 3 eine Draufsicht ähnlich Fig. 2 mit einer anderen Ausführungsform der elektrisch leitenden Beschichtung auf dem Isolator.

Die Fig. 1 zeigt ein z. B. für die Herstellung von Fen­ stern, Türen, Fassadenelementen oder dgl. geeignetes Ver­ bundprofil 1 mit einem inneren Profilteil 2 und einem äußeren Profilteil 3, die beide aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierung gefertigt sind. Die bei­ den aus Metall bestehenden Profilteile 2, 3 sind durch längs verlaufende Isolatoren 4, 5 in Gestalt von Isolier­ stegen aus Kunststoff, z. B. aus glasfaserverstärktem Poly­ amid, fest miteinander verbunden. Die Isolatoren 4, 5 bil­ den eine wärmedämmende Brücke zwischen den aus Metall be­ stehenden Profilteilen 2, 3.

Das in Fig. 1 dargestellte Verbundprofil kann beispiels­ weise eine Länge von etwa 6 m haben und ist auf seiner ge­ samten Außenseite ringsum in einer bestimmten Farbtönung pulverlackiert. Die Pulverlackierung erfolgt in herkömm­ licher Weise durch elektrostatisches Aufbringen eines ge­ eigneten Lackpulvers, z. B. auf Epoxidharzbasis, im elek­ trischen Feld, wobei die metallischen Profilteile 2, 3 an Erde oder Masse angelegt sind. Anschließend wird das so mit Pulver beschichtete Verbundprofil einer Hitzebehand­ lung unterworfen, worauf die Pulverschicht zu einer glat­ ten, zusammenhängenden Lackschicht der gewünschten Farbe zusammensintert, die das Verbundprofil gleichzeitig vor Korrosion schützt.

Es hat sich gezeigt, daß sich eine solche Lackschicht auf den Außenseiten der metallischen Profilteile 2, 3 einerseits und der Isolatoren 4, 5 andererseits nicht in gleichmäßiger und fest haftender Weise ausbilden läßt. Auf den Außenseiten der Isolatoren 4, 5 ist die Lackbeschich­ tung häufig dünn, diskontinuierlich und unansehnlich.

Im Verlauf umfangreicher Untersuchungen wurde gefunden, daß dies auf die unterschiedlichen Werkstoffe der Profil­ teile 2, 3 bzw. der Isolatoren 4, 5 zurückzuführen ist. Da die Isolatoren 4, 5 nicht nur thermisch, sondern auch elektrisch isolieren, ist bereits die elektrostatische Aufbringung des Pulvers als solche nicht mit der Gleich­ mäßigkeit wie auf die Außenseite der metallischen Profil­ teile 2, 3 durchzuführen. Darüber hinaus wurde aber auch gefunden, daß die beim Sintern des Pulvers eintretende Verhaftung mit der Unterlage auf Metall und Kunststoff unterschiedlich ist.

Um auch eine einwandfreie Pulverlackbeschichtung auf den Außenseiten der Isolatoren 4, 5 zu bewirken, muß daher, wie in eingehenden Versuchen festgestellt, einmal die elektrostatische Haftung des Pulvers und andererseits die Verhaftung der zusammengesinterten Lackschicht auf dem Isolator verbessert werden.

Es wurde gefunden, daß dies dadurch zu bewerkstelligen ist, daß man einerseits zur Erhöhung der elektrostatischen Haftung des Lackpulvers auf die Außenseiten der aus Kunst­ stoff bestehenden Isolatoren 4, 5 vorher eine dünne, elek­ trisch leitende Beschichtung aufbringt, die andererseits beim Sintern durch Hitzeeinwirkung die Haftung des Lack­ pulvers auf dem Isolator verbessert. Die dünne, elektrisch leitende Beschichtung auf der Außenseite des Isolators 4 ist in Fig. 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet.

Die elektrisch leitende Beschichtung kann aus Metall, ins­ besondere Aluminium, Kupfer, Eisen, aus Kohlenstoff oder aus elektrisch leitfähigem Kunststoff bestehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrisch leitende Beschich­ tung 6 aus dem gleichen Metall gebildet ist, aus dem auch die Profilteile 2, 3 des Verbundprofils 1 bestehen, weil dann praktisch überhaupt keine elektrostatischen und Sin­ terprobleme bei der Pulverlackierung von Metall- und Kunststoffteilen auftreten.

Die elektrisch leitende Beschichtung 6 auf den Isolatoren 4, 5 kann eine Dicke zwischen 1 und 30, vorzugsweise zwi­ schen 1 und 10 µm haben.

Obwohl es möglich ist, die elektrisch leitende Beschich­ tung auf der Außenseite der Isolatoren 4, 5 erst dann auf­ zubringen, wenn diese Isolatoren bereits mit den metalli­ schen Profilteilen 2, 3 zum Verbundprofil verbunden sind, ist es fertigungstechnisch günstiger, wenn man auf die eine Außenseite der als Isolierstege ausgebildeten Isola­ toren 4, 5 die elektrisch leitende Beschichtung 6 auf­ bringt, bevor diese Isolatoren 4, 5 mit den metallischen Profilteilen 2, 3 verbunden werden.

Man könnte daran denken, die elektrisch leitende Beschichtung 6 gemäß Fig. 1 auf die Isolatoren 4, 5 in Form einer zusam­ menhängenden, durchgehenden Schicht aufzubringen. Da jedoch dann zwischen den beiden metallischen Profilteilen 2, 3 durch die Beschichtung 6 eine elektrisch leitfähige Verbindung (wenn auch von relativ hohem Widerstand) gebildet würde, und erhöhte elektrische Leitfähigkeit stets auch erhöhte Wärme­ leitfähigkeit bedeutet, würde die Funktion der Isolatoren 4, 5, nämlich ihre Wärmedämmung durch die Beschichtung 6 nach­ teilig beeinträchtigt.

Man kann jedoch die volle Wärmedämmung der Isolatoren 4, 5 dann beibehalten, wenn man, wie in Fig. 2 dargestellt, vorgeht. Dort überdeckt die elektrisch leitende Beschich­ tung 6 nicht die gesamte Außenseite des Isolators 4, son­ dern läßt an den Kanten der an den Isolator 4 anschließen­ den, metallischen Profilteile 2, 3 jeweils einen schmalen Grenzbereich 7 bzw. 8 frei. In diesen Grenzbereichen liegt weder elektrische noch Wärmeleitfähigkeit vor. Die Grenz­ bereiche 7, 8 in Fig. 2 können eine Breite von z. B. 0,1 bis 0,5 mm haben.

Eine weitere Möglichkeit, das Wärmeleitvermögen der Isola­ toren 4, 5 trotz Aufbringung einer elektrisch leitenden Beschichtung nicht zu erhöhen, zeigt die Fig. 3. Bei der dort dargestellten Ausführungsform wird auf die Außenseite des Isolators 4 nur eine unzusammenhängende, diskontinu­ ierliche, insbesondere punktweise ausgebildete Beschich­ tung 6 aufgebracht. Diese diskontinuierliche Beschichtung 6 gewährleistet in überraschender Weise einerseits eine gute elektrostatische Verhaftung des Lackpulvers mit der Außenseite des Isolators 5 und andererseits eine einwand­ freie Verhaftung der gesinterten Lackschicht mit dem Werkstoff des Isolators 4. Da die elektrisch leitende Beschichtung 6 nicht durchgehend ausgebildet ist, besteht keine elektrische und daher auch keine thermische Leitung zwischen den metallischen Profilteilen 2, 3 über die Außenseiten der Isolatoren 4, 5.

Die elektrisch leitenden Beschichtungen gemäß Fig. 1, 2 und 3 können auf die Außenseiten der Isolatoren 4, 5 durch Flammspritzen, elektrodenloses Plasmaspritzen, Lichtbogen­ spritzen, Niederdruckplasmaspritzen oder mittels Ionen­ strahlen aufgebracht werden. Die Beschichtung 6 kann in an sich bekannter Weise auch auf galvanischem Wege aufge­ bracht werden. Auch eine Koextrusionsschicht kommt für die elektrisch leitenden Beschichtungen 6 der Isolatoren 4, 5 in Frage, die zusammen mit dem Isolatorprofil extrudiert wird. Ferner können auch die Isolatoren 4, 5 in ihrer gesamten Masse, z. B. durch Einlagerung von Leitrußen, Metallpulvern oder Metallfasern insgesamt leicht elektrisch leitfähig gemacht werden, wobei aufgrund dieser, sich auch an der Oberfläche wie eine (punktweise) Beschichtung auswirkenden Leitfähigkeit eine verbesserte Haftung des Pulvers eintritt.

Eine andere Möglichkeit, die Beschichtungen 6 auf den Iso­ latoren 4, 5 gemäß Fig. 1 bis 3 auszubilden besteht darin, daß man sie aus einem Primer ("Haftvermittler") bildet, der einerseits die Lackhaftung am Kunststoff des Isolators 4, 5 steigert und andererseits Substanzen enthält, welche die elektrische Leitfähigkeit erhöhen, so daß hierdurch die elektrostatische Pulverbeschichtung verbessert wird. Als solche Primer eignen sich beispielsweise Polyester, Epoxyd-, Polyisocyanat-Harze, Nitrozellulose, vermischt mit Lösungs­ mittel, bestehend z. B. aus Essigsäureestern oder aromatischen Kohlenwasserstoffen. Gute Resultate zeigen auch Reaktions­ lacke, tixotrope Alkydharzlacke, Dispersionslacke und Zwei- Komponenten-Kleber aus reaktiven Polyamidharzen.

Zur Erhöhung ihrer Leitfähigkeit können diesen Primern z. B. Leitruße und/oder Metallpulver beigemischt werden.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläute­ rung der Erfindung.

Beispiel 1

Kunststoff-Isolierstege in Gestalt der Isolatoren 4, 5 ge­ mäß Fig. 1 aus glasfaserverstärktem Polyamid 6.6 wurden im Vakuum-Plasmaspritzverfahren auf ihrer einen Längsseite mit einer 2 bis 3 µm dicken Oberflächenleitschicht aus Kupfer versehen. Dabei wurden auf der Längsseite, dort, wo im zu­ sammengebauten Verbundprofil die Längskanten der metallischen Profilteile 2, 3 zu liegen kommen, ein schmaler Grenzbereich von etwa 0,2 mm durch Abdeckung mit einem Draht nicht mit Kupfer beschichtet. Anschließend erfolgte der Zusammenbau mit den metallischen Profilteilen 2, 3. entsprechend Fig. 1. Die so entstandenen Verbundprofile wurden anschließend auf einer handelsüblichen Pulverbeschichtungsanlage lackiert. Als Lack wurde ein handelsüblicher Polyesterpulverlack verwendet. An­ schließend wurde bei einer Temperatur von 200°C während 15 Minuten ausgehärtet.

Eine Prüfung der auf diese Weise pulverlackierten Verbund­ profile ergab, daß der Pulverlackauftrag auch auf den Iso­ lierstegen umfassend und sehr gleichmäßig war. Die Schicht­ dicke der Lackierung lag zwischen 70 und 85 µm, und zwar in allen Bereichen auf der Außenseite des Verbundprofiles. Störende Lackanhäufungen oder Fehlstellen auf den Isolierstegen waren vollständig vermie­ den. Neben der erheblich verbesserten Lackhaftung ergab sich auch eine Einsparung an Lackierzeit und der verwendeten Lackmenge. Die Wärmedämmeigenschaften der Isolierstege waren nicht beeinträchtigt.

Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde mit den Unterschieden wiederholt, daß eine Oberflächenleitschicht aus Aluminium punktweise gemäß Fig. 3 im Hochgeschwindigkeits-Flammspritz­ verfahren auf die Außenseite der Isolatoren 5, 6 aufgebracht wurde.

Es ergaben sich die gleichen günstigen Resultate wie im Bei­ spiel 1.

Beispiel 3

Auf die eine Längsseite von Isolatoren 4, 5 in Gestalt von Isolierstegen gemäß Fig. 1 aus glasfaserverstärktem Polyamid 6.6 wurde als Haft- und Leitschicht ein Primer aufgebracht, bestehend aus Polyesterharz und Härter im Verhältnis von 6 : 1, 1 Gew.-% Leitruß und 45 Gew.-% Verdünnungsmittel (Methyl- Ethyl-Keton). Danach erfolgte die Pulverlackbeschichtung in der üblichen Weise.

Es ergab sich eine fest haftende Lackschicht mit einer Dicke zwischen 70 und 80 µm ohne Lackanhäufungen oder Fehlstellen. Die Wärmedämmeigenschaften erwiesen sich als gut.

In allen obigen Beispielen 1, 2 und 3 ergab sich eine Haftfestigkeit der Pulverlackierung auf dem Isolator, die gegenüber der Haftfestigkeit der Pulverlackierung auf den metallischen Profilteilen 2, 3 keine Unterschiede zeigte.

Claims (16)

1. Verfahren zum Pulverlackieren von Verbundprofilen, insbesondere für Rahmen von Fenstern, Türen und Fassadenelementen, mit zwei Profilteilen aus Metall und wenigstens einem diese Profilteile unter Ausbil­ dung einer Wärmedämmbrücke miteinander verbindenden Isolator aus Kunststoff, wobei auf die Außenseiten der Verbundprofile elektrostatisch ein Lackpulver aufge­ bracht und dieses Pulver anschließend durch Hitzeein­ wirkung zu einer Lackschicht zusammengesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die zu lackierenden Außenseiten der aus Kunststoff bestehenden Isolatoren vorher eine dünne, elektrisch leitende Beschichtung aufbringt, die beim Sintern des Lackpulvers dessen Haftung auf dem Isola­ tor verbessert, und hierbei je einen schmalen Grenz­ bereich an den Isolatorkanten, die sich an die metallischen Profilteile anschließen, unbeschichtet läßt.

2. Verfahren zum Pulverlackieren von Verbundprofilen, insbesondere für Rahmen von Fenstern, Türen und Fassa­ denelementen, mit zwei Profilteilen aus Metall und we­ nigstens einem diese Profilteile unter Ausbildung einer Wärmedämmbrücke miteinander verbindenden Isolator aus Kunststoff, wobei auf die Außenseiten der Verbundprofile elektrostatisch ein Lackpulver aufgebracht und dieses Pulver anschließend durch Hitzeeinwirkung zu einer Lack­ schicht zusammengesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die zu lackierenden Außenseiten der aus Kunststoff bestehenden Isolatoren vorher eine dünne, elektrisch leitende Beschichtung aufbringt, die beim Sintern des Lackpulvers dessen Haftung auf dem Isola­ tor verbessert, und hierbei die elektrisch leitende Be­ schichtung auf den Isolator in Form einer diskontinuier­ lichen Beschichtung aufbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtung punktweise aufbringt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man auf die eine Außenseite der Isolatoren die elektrisch leitende Beschichtung aufbringt, bevor diese Isolatoren mit den metallischen Profilteilen zum Ver­ bundprofil verbunden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man auf die Außenseite der Isolatoren eine elektrisch leitende Beschichtung aus Metall, insbeson­ dere Aluminium, Kupfer, Eisen, aus Kohlenstoff oder aus elektrisch leitfähigem Kunststoff aufbringt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die elektrisch leitende Beschichtung aus dem gleichen Metall bildet, aus dem die Profilteile des Verbundprofils bestehen.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man die elektrisch leitende Beschichtung auf die Isolatoren mit einer Dicke zwischen 1 und 10 µm, vor­ zugsweise zwischen 1 und 3 µm aufbringt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Grenzbereich von 0,1 bis 0,5 mm Breite unbe­ schichtet beläßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man die elektrisch leitende Beschichtung auf die Isolatoren durch Flammspritzen, elektrodenloses Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Niederdruckplasma­ spritzen oder mittels Ionenstrahlen aufbringt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man die elektrisch leitende Beschichtung auf die Isolatoren galvanisch aufbringt.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man die elektrisch leitende Beschichtung durch Koextrusion auf die zu lackierenden Außenseiten der Iso­ latoren aufbringt.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Herstellung der Isolatoren in deren Masse eine leitfähige Substanz, z. B. Leitruße und/oder Metall­ pulver punktweise verteilt, die bis an die Außenseite der Isolatoren reicht.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man die elektrisch leitende Beschichtung der Isolatoren aus einem Primer bildet, der die Lackhaftung am Kunststoff des Isolators erhöht und gleichzeitig leitfähigkeitserhöhende Substanzen enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Primer Polyester-, Epoxyd- Polyisocyanat-Harze oder Nitrozellulose, vermischt mit Lösungsmittel verwen­ det und diesen Substanzen zur Erhöhung der Leitfähigkeit Leitruße und/oder Metallpulver beimischt.

15. Verbundprofil (1), insbesondere für Rahmen von Fenstern, Türen und Fassadenelementen, mit zwei Profilteilen (2, 3) aus Metall, die durch Isolatoren (4, 5) als Wärmedämmbrücken miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Außenseite der Isolatoren (4, 5) eine dünne, elektrisch leitende Beschichtung (6) aufgebracht ist, wobei entweder je ein schmaler Grenzbereich (7, 8) an den Isolatorkanten, die sich an die metallischen Profilteile (2, 3) anschließen unbeschichtet ist oder die elektrisch leitende Beschichtung (6) auf die Isolatoren (4, 5) in Form einer diskontinuierlichen Beschichtung aufgebracht ist.

16. Verbundprofil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Beschichtung (6) punktweise aufgebracht ist.