Lackforschung: Kampf dem Kratzer
Das optische Erscheinungsbild von lackierten Oberflächen hat gerade im Automobilsektor einen hohen Stellenwert. Feine Kratzer, die z.B. beim Waschen entstehen, beeinträchtigen nicht nur die optische Qualität, sie können im Extremfall die Schutzfunktion des Lackes zunichte machen. Die Entwicklung von kratzfesteren Decklacken ist deshalb ein stets aktuelles Entwicklungsthema. Dabei steht die Kratzfestigkeit teilweise in Konkurrenz zu anderen wichtigen Gebrauchseigenschaften, wie z.B. der Stoß- und Steinschlagfestigkeit, der Alterungsbeständigkeit oder der Farbechtheit.
Das Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke (fpl) in Stuttgart will mit seinen Untersuchungen dazu beitragen, die Prozesse des Verkratzens von Lacken wissenschaftlich zu beschreiben und den Zusammenhang mit physikalisch-chemischen Eigenschaften von Beschichtungen herzustellen. Kenntnis dieser Zusammenhänge bieten den Lackherstellern die Möglichkeit, ihre Rezepturen gezielt zu optimieren.
Einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Verkratzbarkeit bietet der sogenannte Nano-Scratch-Test. Dabei wird mit einer Nadel ein einzelner Kratzer von wenigen Mikrometern Tiefe erzeugt. Die Apparatur misst und kontrolliert die Kratzgeschwindigkeit, die einwirkenden Kräfte und die erzeugte Kratztiefe. Nach dem Kratzen wird die Kratzfurche noch einmal abgetastet, um das Zurückfedern und Zurückfließen (Reflow) des Lackes zu bewerten. Diese viskoelastische Eigenschaft lässt die ursprüngliche Kratzertiefe um über die Hälfte zurückgehen.
Kratzt man mit stetig zunehmender Kraft, so dringt die Nadel erst sehr wenig in den Lack ein. Das Material wird dabei nur zur Seite geschoben und fließt plastisch. Überschreitet die Kraft senkrecht zur Oberfläche einen kritischen Wert (kritische Normalkraft), so kann das Material der Nadel nicht mehr schnell genug ausweichen, und es bilden sich Risse. Im Gegensatz zu der rein plastischen Verformung sind die Risse nicht mehr rückgängig zu machen, auch nicht bei höheren Temperaturen, bei denen plastische Verformungen sich teilweise vollständig zurückbilden. Für den Lackentwickler bedeutet dies, dass Lacke, die eine sehr hohe kritische Normalkraft aufweisen und ein gutes Reflow-Verhalten zeigen, auch in der Praxis „kratzfeste“ Oberflächen bilden.
