Sedan 1970- och 1980-talen har pulverlackering ersatt en stor del av den våtlackering som tidigare användes på plåtdetaljer i serieproduktion. Tekniken bygger på att ett pigmenterat torrpulver appliceras elektrostatiskt på godset och sedan smälter och härdar i en ugn. Resultatet är ett heltäckande lackskikt utan lösningsmedel, med jämn skikttjocklek och god mekanisk hållfasthet. Förfarandet används idag av legotillverkare, OEM-tillverkare och inom alla branscher där lackerad plåt ingår i slutprodukten, från ventilationskanaler och elskåp till maskinkåpor och fasadelement.
Slutresultatet bestäms inte främst av själva pulverapplikationen, utan av hela kedjan: förbehandling, appliceringsparametrar, härdkurva och hantering. Ett fel i något av leden går sällan att kompensera senare.
Förbehandling av plåten
Förbehandlingen avgör vidhäftningen och i hög grad också korrosionsskyddet. Vanlig stålplåt, varmförzinkad plåt och aluminium kräver olika behandling, och linjen måste vara dimensionerad för det material som dominerar produktionen.
Första steget är avfettning. Skäroljor, dragsmörjmedel, fingertryck och allmän smuts måste bort innan någon kemisk omvandling kan ske. Alkalisk avfettning vid 50 till 60 °C är standard i tunnellinjer, ofta i ett eller två steg. I mindre anläggningar förekommer manuell avfettning med lösningsmedel eller alkaliska produkter i spruta. Otillräcklig avfettning ger kratrar, sämre vidhäftning och så kallad fish eye-bildning i lackytan. Små kratrar eller munkar som uppstår i lacken.
Efter avfettning och mellansköljning följer konversionsbehandlingen. Det är här den kemiska bindningen mot metallen byggs upp. Tre huvudvägar dominerar idag.
- Järnfosfatering ger ett tunt amorft skikt på 0,3 till 0,8 g/m². Processen är enkel, har låg energiåtgång och passar inomhusapplikationer där korrosionsbelastningen är måttlig. Skiktet är ljusbrunt till blågrått beroende på badets sammansättning.
- Zinkfosfatering ger ett kristallint skikt på 1,5 till 4 g/m² med bättre korrosionsprestanda. Processen är mer komplex, kräver aktivering före fosfateringen och genererar slam som måste hanteras. Används främst för utomhusprodukter och detaljer med högre krav på underrostning.
- Nanokeramisk eller zirkoniumbaserad förbehandling har under det senaste decenniet ersatt fosfatering i många nya linjer. Skikttjockleken ligger på 20 till 80 nanometer. Processen arbetar vid lägre temperatur, ofta mellan 20 och 40 °C, ger lägre slammängder och kortare cykeltider. Korrosionsprestandan motsvarar i flertalet fall järnfosfat och med rätt formulering även zinkfosfat.
Sista steget i förbehandlingen är sköljning, ofta med avjoniserat vatten, följt av torkning i tunnel vid 120 till 160 °C. Restfukt under pulverapplikationen ger blåsor och porer i den härdade ytan.
Applicering av pulvret
Pulvret består av termohärdande bindemedel, pigment, fyllmedel och härdare, malet till en partikelstorlek på i regel 30 till 50 mikrometer. När pulvret laddas elektrostatiskt fastnar det på det jordade godset och hålls på plats av elektrostatiska krafter tills härdningen påbörjas.
Två laddningsprinciper används. Coronaladdning sker via en högspänningselektrod i pistolspetsen, normalt 60 till 100 kV. Metoden är effektiv på öppna ytor men kan ge problem i fördjupningar genom så kallad Faradayeffekt, där fältlinjerna inte når in i hörn och spår. Triboladdning sker genom friktion mellan pulvret och pistolens innerväggar, ofta av PTFE. Triboladdning hanterar geometrier med inåtgående hörn bättre men ställer högre krav på pulverformuleringen och ger lägre uppladdningsnivå.
Pulvertypen väljs efter slutanvändning. Epoxipulver används främst inomhus och i armeringsapplikationer, eftersom det är kemiskt motståndskraftigt men kritar i UV-ljus. Polyesterpulver, ofta TGIC-fritt sedan TGIC klassats som reproduktionstoxiskt enligt CLP, är standard för utomhusbruk och står emot UV och väder. Hybridpulver av epoxi och polyester ger en kompromiss för inomhusbruk där ekonomi och ytfinish är styrande. Polyuretanpulver används där högre kemikalietålighet eller en speciell ytkaraktär krävs, men har snävare härdfönster.
Överskottspulver som inte fastnar samlas upp i en återvinningscyklon eller filter och återförs till systemet. Vid färgbyte måste boxen rengöras grundligt och detta påverkar produktionsplaneringen i kortserietillverkning. Snabba färgbyten under tio minuter är möjliga i moderna boxar med riktad luftström och automatisk rengöring.
Härdning i ugn
Härdningen är en kemisk reaktion, inte en torkning. Pulvret smälter först till en kontinuerlig film och bindemedlet polymeriserar sedan vid förhöjd temperatur. Standardpulver härdas vid 180 till 200 °C godstemperatur i 10 till 20 minuter. Lågtempererade pulver kan härda från cirka 140 °C, vilket är användbart för MDF, värmekänsliga elektroniska komponenter och tjock plåt med lång uppvärmningstid.
Det är godstemperaturen, inte ugnstemperaturen, som styr härdningen. Tunna detaljer hinner snabbt upp till härdtemperatur medan grov plåt och svetsade konstruktioner kräver längre tid. Härdkurvan dokumenteras med datalogger som följer godset genom ugnen, oftast med fyra till åtta termoelement fästa på olika punkter på detaljen. Avvikelser från specificerad härdkurva ger underhärdad eller överhärdad lack med sämre mekaniska egenskaper, dålig glanshållning och i värsta fall vidhäftningsförlust.
Varmförzinkad plåt kräver särskild hantering vid härdningen. Zinkskiktet innehåller porer och inneslutningar som avger gas när godset värms, och gasen tränger ut genom pulverskiktet och bildar nålhål och kratrar. Problemet hanteras antingen med särskilda avgasningspulver eller med en föruppvärmning där plåten värms till över härdtemperaturen innan pulvret läggs på.
Konvektionsugnar med gasbrännare är vanligast i produktionslinjer. IR-ugnar används som förvärmare eller för delar med enkel geometri och ger snabbare uppvärmning. Kombinationslösningar med IR följt av konvektion förekommer i moderna linjer för att korta cykeltiden.
Härdprocessen tolererar inte oplanerade avbrott. Försvinner strömmen mitt i härdcykeln måste godset i regel kasseras eftersom korrekt godstemperatur och tid inte kan garanteras. För anläggningar med kontinuerlig produktion är reservkraft ett sätt att skydda både material och härdkvalitet vid nätavbrott.
Kvalitetskontroll och egenskaper
Den färdiga ytan kontrolleras mot ett antal egenskaper som tillsammans beskriver kvaliteten. Skikttjockleken mäts med induktiv eller virvelströmsmätare enligt ISO 2360 och ligger vanligen mellan 60 och 100 mikrometer. För låg tjocklek ger sämre täckning och korrosionsskydd, för hög tjocklek ger sprödhet och risk för sprickbildning vid mekanisk påverkan.
Vidhäftningen prövas oftast med gitterritsprov enligt ISO 2409, där ett rutnät ritsas i lacken och en tejp dras av. Klassificeringen går från 0, ingen avflagning, till 5, mer än 65 procent borta. För produktionskontroll kompletteras provet med konisk dragprovning eller slagprov enligt ISO 6272 på testplåtar.
Korrosionsprovning sker normalt i saltdimmaskåp enligt ISO 9227, där en ritsad provplåt utsätts för en 5-procentig saltlösning vid 35 °C under ett antal timmar. För utomhusapplikationer specificeras ofta 480 till 1000 timmar utan underflytning från ritsen. Resultaten är jämförande och korrelerar inte direkt mot livslängd i fält, men ger en konsistent metod för att jämföra system.
Glansmätning enligt ISO 2813 vid 60 graders infallsvinkel används för att verifiera att ytan motsvarar referensen. Pulver klassificeras i regel som matt (under 30 GU), halvblank (30 till 70 GU) eller blank (över 70 GU).
Standarder och certifieringar
ISO 12944 beskriver korrosionsskydd av stålkonstruktioner med målningssystem och delar in miljöer i kategorier från C1, uppvärmd inomhusmiljö, till CX, offshore och industri med extrem kemisk belastning. Pulversystem specificeras med kombinationer av förbehandling, primer och topplack utifrån önskad miljökategori och hållbarhetsklass.
Qualicoat och GSB International är två frivilliga kvalitetsmärkningar som ställer krav på hela kedjan från förbehandling till färdig produkt, med återkommande revisioner och provtagning. För fasadapplikationer i aluminium finns Qualicoat Seaside som en utökad klass anpassad för kustmiljö.
Användningsområden
Pulverlackering används där en kombination av jämn ytfinish, mekanisk hållfasthet och rimlig styckkostnad efterfrågas. Inom byggsektorn rör det sig om fasadkassetter, takplåt, plåtinklädnader, räcken och stålkonstruktioner. Inom fordonsindustrin lackeras hjul, fjädrar, chassidelar och olika beslag med pulver. Vitvaruindustrin använder pulver på vitvaror och hushållsmaskiner. Inom el och VVS finns pulverlackerade elskåp, kanaler, radiatorer och armaturer. Möbelindustrin lackerar stomdelar i metall och i ökande utsträckning även MDF.
Den breda användningen följer av att processen är linjebaserad och passar serier från medelstora upp till mycket stora volymer. För enstaka detaljer och små serier blir omställningstid och färgbyteskostnader en begränsande faktor.
Pulverlackering är en teknik som består av många steg
Pulverlackering av plåt är en teknik vars resultat följer av processen i sin helhet snarare än av enskilda steg. Förbehandlingens kemi styr hur lacken binder till metallen, appliceringen styr fördelning och täckning, och härdkurvan bestämmer ytans mekaniska och optiska egenskaper. Kvalitetsutfallet kan beskrivas och mätas med etablerade standarder, och valet mellan olika pulverkemier och förbehandlingstyper bestäms av miljökrav, materialslag och produktionsekonomi. En stabil produktion och en lackerad yta som motsvarar specifikationen förutsätter att stegen förstås i sitt sammanhang och kontrolleras löpande mot dokumenterade processparametrar.
