Trocknungsverfahren und -anlagen

Ablüften vor dem Trocknen

Zwischen Applikation und Trocknung steht das Ablüften: Der frisch aufgetragene Nassfilm bleibt bei Raumtemperatur oder nur leicht erhöhter Temperatur eine definierte Zeit stehen, bevor er eingebrannt oder forciert getrocknet wird. In dieser Ablüftzone entweicht der größte Teil der leichtflüchtigen Löse- beziehungsweise Dispersionsmittel kontrolliert über die Oberfläche. Heizt man zu früh und zu schnell auf, verschließt sich die Filmoberfläche, während im Inneren noch Lösemittel oder Wasser sitzt — beim Durchbrechen entstehen Kocher, Nadelstiche und Blasen (siehe L-68). Bei Wasserlacken ist das Ablüften besonders wichtig, weil Wasser langsam verdunstet und eine hohe Verdunstungswärme besitzt; hier hilft bewegte, temperierte Luft in einer eigenen Zwischenzone.

Trocknungsanlagen: Konvektion und Strahlung

Getrocknet wird auf zwei physikalischen Wegen. Bei der Konvektionstrocknung umströmt erwärmte Luft das Werkstück und überträgt die Wärme über die Oberfläche; der Umlufttrockner ist der Standard der Serienlackierung — gleichmäßig und für beliebige, auch verdeckte Geometrien geeignet, aber träge und energieintensiv, weil erst Ofen und Luft aufgeheizt werden. Bei der Strahlungstrocknung heizen Infrarotstrahler den Film berührungslos und sehr schnell direkt auf; kurzwellige NIR-Strahlung dringt tiefer ein und wirkt rascher, mittel- und langwellige eher oberflächennah. Grenzen der Strahlung sind Abschattung und komplexe Geometrie — nur die bestrahlten Flächen werden warm, Kanten können überhitzen; deshalb kombiniert man oft IR-Vorwärmung mit anschließender Umluft. Die forcierte Trocknung beschleunigt physikalisch oder oxidativ trocknende sowie niedrig einbrennende Lacke bei mäßiger Temperatur (etwa 40 bis 80 °C), ohne echtes Hochtemperatur-Einbrennen — typisch in der Autoreparaturlackierung (siehe L-116). Die Strahlungshärtung mit UV oder Elektronenstrahl trocknet dagegen in Sekunden und ist keine thermische Trocknung (siehe L-24).

Objekttemperatur statt Ofentemperatur

Für die Vernetzung von Einbrennlacken zählt nicht die eingestellte Ofenlufttemperatur, sondern die Temperatur, die das Werkstück selbst erreicht — die Objekttemperatur — und die Zeit, die sie gehalten wird. Die Einbrennbedingung wird deshalb als Objekttemperatur und Haltezeit angegeben, zum Beispiel 20 Minuten bei 160 °C Objekttemperatur. Dünnwandige Teile erreichen diese Temperatur rasch, massige oder dickwandige langsam; sie brauchen eine längere Ofenzeit, um dieselbe Objekttemperatur und Haltezeit zu erreichen. Gemessen wird mit mitlaufenden Temperaturfühlern und Datenloggern — der sogenannten Ofenreise (Temperaturprofil). Der Durchlauf gliedert sich in Aufheizphase (das Objekt erreicht die Solltemperatur), Halte- oder Vernetzungsphase (die Objekttemperatur wird die geforderte Zeit gehalten) und Abkühlphase.

Ofenzeit — Aufheizen plus Halten

t(Ofen) = t(Aufheiz) + t(Halte)

Beispiel (Objekttemperatur 160 °C):
  geforderte Haltezeit t(Halte)   = 20 min
  Aufheizzeit t(Aufheiz)          =  8 min
  t(Ofen) = 8 min + 20 min        = 28 min

t(Ofen)     Mindest-Verweilzeit im Ofen
t(Aufheiz)  Zeit bis zur Objekt-Solltemperatur
t(Halte)    geforderte Haltezeit bei Objekttemperatur

Trockengradstufen

Der Trocknungsfortschritt wird in Stufen beschrieben:

• staubtrocken — aufgewirbelter Staub bleibt nicht mehr haften; die Oberfläche klebt aber noch und darf nicht berührt werden.
• klebfrei (oberflächentrocken) — die Oberfläche klebt nicht mehr.
• grifffest (handhabungsfest) — das Teil lässt sich anfassen, wenden und stapeln, ohne Abdrücke.
• durchgetrocknet — auch in der Tiefe fest; erst dann volle mechanische und chemische Beständigkeit.

Die Prüfung dieser Stufen ist in der Normenreihe DIN EN ISO 9117 geregelt (unter anderem ein Oberflächentrockentest mit Glasperlen, Ballotini, und ein mechanischer Recorder-Test). Einzelheiten in L-153.

Merksatz