Forskare vid Fraunhofer IPA har utvecklat en nydesignad reometer, som för första gången kan användas för att exakt mäta de viskoelastiska egenskaperna hos färger under torkning och härdning.
Modellen för utvecklingen av tekniken var fladdermössens ekolokalisering.
– Tidigare var man tvungen att använda kostsamma och tidskrävande trial and error-tester för att ta reda på när färg beter sig optimalt, förklarar dr Fabian Seeler.
I projektet PaintVisco har han nu tagit fram ett simuleringsprogram med vilket färgernas egenskaper kan bestämmas virtuellt.
Att utveckla datormodellen var en verklig utmaning för IPA-forskaren och hans team eftersom färger är viskoelastiska. Det betyder att de ändrar sina egenskaper som en funktion av tid och temperatur. Till en början beter de sig mer som vätskor, senare mer som fasta ämnen. Viskoelasticiteten är däremot avgörande för att förutsäga en färgs förmåga att jämna ut ojämnheter. Det kan vara ytliga penselmärken, men även porer, vågiga strukturer och kanter under färgskiktet.
En ny mätteknik tillhandahåller data
En mängd data behövs för att simulera detta mycket komplexa beteende hos färger. De mätanordningar som ska leverera dessa kallas rotationsreometrar. De bestämmer färgernas flytbarhet genom att rotera eller vibrera ett tunt flytande färgprov med en skiva påsatt och sedan mäta den kraft som krävs för deformationen.
– Tidigare anordningar hindrar lösningsmedlen från att avdunsta, så resultaten är endast av begränsad betydelse för färgindustrin. Dessutom visar sådana mätningar alltid bara en liten, godtyckligt utvald del av materialets beteende, eftersom mätningar ofta bara görs med en enda vibrationsfrekvens, berättar Fabian Seeler.
Tillsammans med sitt team har han utvecklat en ny mätteknik med naturen som inspiration.
– Vi kopierade mätprincipen från fladdermöss, berättar Fabian Seeler.
Fladdermusen använder korta ultraljudsanrop för orientering. Varje anrop innehåller låga och höga frekvenser som smälter in i varandra och reflekteras av omgivningen. Fladdermusen känner genom ekot var hinder eller byte finns. Genom att upprepa signalerna kan fladdermusen spåra hur avståndet till ett hinder förändras över tid eller hur bytet rör sig.
PaintVisco-reometern fungerar som en fladdermus med flytande sammanslagna frekvenser. Det är dock inte ultraljudsanropen som varieras, utan snarare de frekvenser som färgprovet deformeras med. Genom att upprepa sekvensen av frekvenser kan förändringen i färgens viskoelastiska egenskaper under härdningen registreras.
Simuleringar som sparar resurser
Utvecklingen och introduktionen av en ny beläggning tar flera år och kostar miljoner. I framtiden kan PaintVisco-simuleringarna hjälpa tillverkare att optimera flödet av sina färger redan under utvecklingsstadiet, föra ut nya produkter på marknaden snabbare och ge dem ytterligare information till användarna. Detaljerad information skulle hjälpa lackeringsverkstäderna att spara på dyra provkörningar och därmed nå bästa resultat snabbare, vilket är fördelar som kan vara avgörande för konkurrensen i tider av stigande gas- och elpriser och personalbrist.
