Extra krasbescherming via polymeer gebaseerde coatings Daan Dewulf Sirris Smart Coating Application Lab

18.11.14 1 © sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Inleiding tot (krasvaste) polymeer coatings

18.11.14 2

Kunststoffen meer onderhevig aan externe invloeden

Krassen, abrasie, UV-degradatie, warmte,…

Beschermen via (kraswerende) polymeercoatings

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Inleiding tot (krasvaste) polymeer coatings

18.11.14 3

Beschermen van metallische substraten Verhinderen van roest

Clearcoat/topcoat/hardcoat Poedercoating

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Inleiding tot krasvaste polymeer coatings

18.11.14 4

Definities Kras: een door een kracht geïnduceerde groef-

vormige beschadiging veroorzaakt door een scherp object Sleutels, winkelkarretjes ed. Veroorzaken breuk in coating

Abrasie: een fenomeen veroorzaakt door de mechanische actie van wrijven, schrapen of erosie waarbij voortdurend kleine deeltjes uit het materiaaloppervlak worden weggenomen

Micro- abrasie (engels: “mar”): degradatie van een oppervlak door een groot aantal microkrassen of microputjes, waardoor de glans of transparantie merkbaar vermindert Car wash-krassen Veroorzaken geen breuk in de coating Verlies van glans

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

18.11.14 5

Toepassingsgebieden Krasvaste coatings op optische lenzen Automotive glanscoatings Vloervernis ( “epoxy-vloeren”) Laminaatvloer/parket …

Behoudt van onderliggende materiaal eigenschappen Transparantie Dikte van de coating

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Inleiding tot krasvaste polymeer coatings

Greep uit de verschillende soorten polymeer gebaseerde coatings

18.11.14 6

Polyester (acrylaat) Epoxy (acrylaat) Poly-urethaan (acrylaat) Melamine (acrylaat) Silicone …

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Verschillende soorten polymeren

18.11.14 7

Keuze polymeer afhankelijk van gewenste eigenschappen

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Urethaan Epoxy

Polyester Bron: Allnex UV uithardende harsen

Verschillende soorten polymeren

18.11.14 8

Keuze van polymeer? Substraat adhesie Uithardings mechanismen Uv of thermisch

Transparantie Hardheid/flexibiliteit Corrosie resistentie …

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Van polymeer naar coating formulatie

18.11.14 9

Formulatie: - Hars (polymeer basis) - (reactieve) verdunner - Additieven (+ foto initiator) pigmenten, keramische (nano)deeltjes,

ontschuimers, verdikkers, vloeiverbeteraars,…

Uitharding (“curing”) Kamer temperatuur Thermisch/IR UV

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Voorbehandeling oppervlakken Meest cruciale stap Bevochtings- en hechtingsproblemen oplossen door:

Reinigen met detergenten en ontvettingsmiddelen Verruwen van het oppervlak

Niet interessant indien transparantie is vereist

Chemische oxidatie (etsen) Corona—plasma behandeling

Verhogen oppervlakte energie

Een ‘goede’ coating, kan ‘slechte’ eigenschappen vertonen indien geen rekening wordt gehouden met een correcte voorbehandeling

Applicatiemethoden Spraycoaten

Snel Moeilijke geometrieen mogelijk Weinig coatingvloeistof Goed automatiseerbaar

Nood aan procesoptimalisatie

• Orange peel • Overspray

Hoge flux van lucht • Nood aan stofvrije ruimte!

Spraycabine @ Smart Coating Lab

Applicatiemethoden

Flow coaten Coatingvloeistof wordt rond gepompt: 85% efficiënt Weinig gevoelig aan stof Afdruipen kan lang duren Beperkte geometrieen Lage viscositeit vereist

Flow coaten van de lens van een koplamp

Applicatiemethoden

Rol coaten

bar-/spiraal coaten m.b.v. meyer spiraal

Goede diktecontrole Snel /egaal proces

Enkel voor vlakke substraten Juiste viscositeit vereist

Applicatiemethoden Dip coaten Snel, egaal, makkelijk

Veel coating vloeistof nodig Ophangpunt Beperkte geometrien Viscositeit/druipers

Karakterisatie methoden krasvastheid/abrasie Hardheid

Potloodhardheid (ASTM D 3363 ): meest gebruikt Kras plaatsen met reeks potloden met oplopende hardheden: 6B - … -

HB – F – 6B – 5B – 4B – 3B – 2B – B – HB – F – H – 2H – 3H – 4H – 5H - 6H Potlood onder hoek van 45° en wordt vooruit verplaatst Hardheid coating is de hardheid van het potlood dat net geen kras

zichtbaar of voelbaar geeft.

Alternatief: Sclerometer Pen met SiC punt die op spanning wordt gebracht door een instelbare veer De spanning wordt verhoogd tot de pen een kras veroorzaakt.

Karakterisatie methoden krasvastheid/abrasie

18.11.14 © sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 16

Abrasie: Taber abraser test (ASTM D4060) Testplaat roteert tegen twee abrasieve wielen Verschillende wielen:

sterk abrasief (H18): abrasieweerstand (meting door gewichtsverlies)

Mild abrasief (CS 10F): micro-abrasie (gloss of haze meting)

25 cycles, uncoated 500 cycles Hardcoated

CS10F wheels with a 500g load

Karakterisatie methoden krasvastheid/abrasie

18.11.14 © sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 17

Clemen test (ISO1518) Bepaling van de weerstand tegen blijvende vervorming door

indringing (= kras) Naald met carbidepunt wordt over het oppervlak verplaatst Normaalkracht loopt op van 1 tot 20 N Kleinste normaalkracht bij blijvende vervorming geeft de

krasweerstand

Verhogen krasvastheid

18.11.14 © sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 18

UA

?

18.11.14 19

Optimaliseren van de basishars (“backbone”)

Bij de productent Optimaliseren door versterken van de formulatie:

HYBRIDE COATING Toevoegen additieven/sol-gel netwerken

Harde nanodeeltjes al dan niet organisch gemodificeerd

Behoud transparantie Lage ladingsfactor Goede inmenging geeft stabiliteit Aggregatie leidt tot hoger viskeus karakter

Frictieverlagende additieven (“Slip”) PTFE deeltjes PE/PP Waxen

Hardheid van de coating gaat omlaag

© sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Krasvastheid en/of abrasieresistentie verhogen

Circular Taber Abraser; ASTM D4060

Weerstand tegen abrasie

18.11.14 © sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

Krasvastheid/abrasieresistentie verhogen door hybride coatings

20

Coating developed @ Sirris Smart Coating App Lab (project IWT-VIS-CO multifunctional coatings)

Comparison with commercial coatings

3-3-2015 © Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 21

Circular Taber Abraser; ASTM D4060

Wat doen wij voor u? Er bestaan al heel wat commercieel

beschikbare krasvaste coatings Welke coating is nu geschikt voor uw

materiaal/applicatie? Hechting en eigenschappen sterk

afhankelijk van substraat

Projecten Advies voor coating Ook reeds bestaande formulaties

verbeteren Applicatie en prototypes maken Coating eigenschappen testen Volgen van de laatste ontwikkelingen!

18.11.14 © sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 22

Zelfherstellende coatings Zelfherstel door microcapsules Schade in vroeg stadium herstellen

Zelfherstellende coatings Zelfherstel door materiaalvloei (lage glastransitie T)

Bayer: 2K PUR Clear Coat toepassing: metallische automotive

Zelfherstel door nieuwe bindingen reversibele waterstofbruggen

bij verhoogde T

+32 472 38 11 60

Daan.dewulf@sirris.be

Daan Dewulf – Project Engineer

3.03.15 © sirris | www.sirris.be | info@sirris.be |

www.sirris.be www.smartcoating.be