Il processo di rivestimento in polvere comporta tre fasi fondamentali: la preparazione della parte o il pretrattamento, l’applicazione della polvere e l’indurimento.
Processi di preparazione della parte e attrezzatureModifica
La rimozione di olio, sporco, grassi di lubrificazione, ossidi di metallo, scaglie di saldatura ecc. è essenziale prima del processo di rivestimento in polvere. Può essere fatto con una varietà di metodi chimici e meccanici. La scelta del metodo dipende dalle dimensioni e dal materiale della parte da rivestire con la polvere, dal tipo di impurità da rimuovere e dai requisiti di prestazione del prodotto finito. Alcuni materiali plastici e compositi sensibili al calore hanno basse tensioni superficiali e il trattamento al plasma può essere necessario per migliorare l’adesione della polvere.
I pretrattamenti chimici comportano l’uso di fosfati o cromati in applicazione per immersione o a spruzzo. Questi si verificano spesso in più fasi e consistono in sgrassaggio, incisione, de-smacchiatura, vari risciacqui e la fosfatazione o cromatazione finale del substrato & nuovo legame chimico nanotecnologico. Il processo di pretrattamento pulisce e migliora l’adesione della polvere al metallo. Recentemente sono stati sviluppati ulteriori processi che evitano l’uso di cromati, poiché questi possono essere tossici per l’ambiente. Il titanio zirconio e i silani offrono prestazioni simili contro la corrosione e l’adesione della polvere.
In molte applicazioni di fascia alta, la parte viene elettro-rivestita dopo il processo di pretrattamento e successivamente all’applicazione della vernice in polvere. Ciò si è rivelato particolarmente utile nel settore automobilistico e in altre applicazioni che richiedono caratteristiche prestazionali di alto livello.
Un altro metodo di preparazione della superficie prima del rivestimento è noto come sabbiatura abrasiva o sabbiatura e granigliatura. I mezzi di sabbiatura e gli abrasivi per la granigliatura sono usati per fornire la testurizzazione e la preparazione della superficie, l’incisione, la finitura e la sgrassatura dei prodotti fatti di legno, plastica o vetro. Le proprietà più importanti da considerare sono la composizione chimica e la densità, la forma e la dimensione delle particelle e la resistenza all’impatto.
La graniglia di carburo di silicio è fragile, affilata e adatta alla macinazione di metalli e materiali non metallici a bassa resistenza. Le granigliatrici con mezzi plastici usano abrasivi plastici che sono sensibili ai substrati come l’alluminio, ma sono comunque adatte per la de-rivestimento e la finitura delle superfici. La granigliatrice a sabbia usa cristalli di elevata purezza che hanno un basso contenuto di metallo. La graniglia di vetro contiene perle di vetro di varie dimensioni.
La graniglia di acciaio fuso o la graniglia di acciaio è usata per pulire e preparare la superficie prima del rivestimento. La granigliatura ricicla il materiale ed è ecologica. Questo metodo di preparazione è molto efficiente su parti in acciaio come travi a I, angoli, tubi e pezzi fabbricati di grandi dimensioni.
Diverse applicazioni di rivestimento in polvere possono richiedere metodi alternativi di preparazione come la granigliatura abrasiva prima del rivestimento. Il mercato dei consumatori online offre tipicamente servizi di sabbiatura media accoppiati ai loro servizi di rivestimento a costi aggiuntivi.
Un recente sviluppo per l’industria del rivestimento in polvere è l’uso del pretrattamento al plasma per le plastiche sensibili al calore e i compositi. Questi materiali hanno tipicamente delle superfici a bassa energia, sono idrofobici e hanno un basso grado di bagnabilità, il che influisce negativamente sull’adesione del rivestimento. Il trattamento al plasma pulisce fisicamente, incide e fornisce siti di legame chimicamente attivi per l’ancoraggio dei rivestimenti. Il risultato è una superficie idrofila e bagnabile che si presta al flusso e all’adesione del rivestimento.
Processi di applicazione della polvereModifica
Esempio di pistole a spruzzo per il rivestimento in polvere
Il modo più comune di applicare il rivestimento in polvere agli oggetti metallici è quello di spruzzare la polvere utilizzando una pistola elettrostatica, o pistola corona. La pistola imprime una carica negativa alla polvere, che viene poi spruzzata verso l’oggetto messo a terra tramite spruzzatura meccanica o ad aria compressa e poi accelerata verso il pezzo in lavorazione dalla potente carica elettrostatica. Esiste un’ampia varietà di ugelli disponibili per l’uso nel rivestimento elettrostatico. Il tipo di ugello usato dipenderà dalla forma del pezzo da verniciare e dalla consistenza della vernice. L’oggetto viene poi riscaldato, e la polvere si scioglie in una pellicola uniforme, e viene poi raffreddata per formare un rivestimento duro. È anche comune riscaldare prima il metallo e poi spruzzare la polvere sul substrato caldo. Il preriscaldamento può aiutare a ottenere una finitura più uniforme, ma può anche creare altri problemi, come le colate causate dall’eccesso di polvere. Vedere l’articolo “Fusion Bonded Epoxy Coatings”
Un altro tipo di pistola si chiama pistola tribo, che carica la polvere per attrito (triboelettrico). In questo caso, la polvere raccoglie una carica positiva mentre sfrega lungo la parete di un tubo di teflon all’interno della canna della pistola. Queste particelle di polvere caricate aderiscono poi al substrato messo a terra. L’uso di una pistola tribo richiede una diversa formulazione della polvere rispetto alle più comuni pistole corona. Tuttavia, le pistole a tribo non sono soggette ad alcuni dei problemi associati alle pistole a corona, come la ionizzazione posteriore e l’effetto gabbia di Faraday.
La polvere può anche essere applicata usando dischi elettrostatici appositamente adattati.
Un altro metodo di applicazione della vernice in polvere, chiamato metodo a letto fluido, consiste nel riscaldare il substrato e poi immergerlo in un letto aerato e pieno di polvere. La polvere si attacca e si fonde all’oggetto caldo. Un ulteriore riscaldamento è solitamente necessario per finire di indurire il rivestimento. Questo metodo è generalmente usato quando lo spessore desiderato del rivestimento deve superare i 300 micrometri. Questo è il modo in cui la maggior parte dei rack per lavastoviglie sono rivestiti.
Rivestimento elettrostatico a letto fluidoModifica
L’applicazione elettrostatica a letto fluido utilizza la stessa tecnica di fluidizzazione del processo convenzionale di immersione a letto fluido ma con una profondità molto maggiore della polvere nel letto. Un mezzo di carica elettrostatica è posto all’interno del letto in modo che il materiale in polvere si carichi quando l’aria di fluidizzazione lo solleva. Le particelle di polvere caricate si muovono verso l’alto e formano una nuvola di polvere carica sopra il letto fluido. Quando una parte messa a terra passa attraverso la nuvola carica, le particelle saranno attratte dalla sua superficie. Le parti non vengono preriscaldate come nel processo convenzionale di immersione a letto fluido.
Rivestimento a pennello magnetico elettrostatico (EMB)
Un metodo di rivestimento per materiali piatti che applica la polvere con un rullo, permettendo velocità relativamente alte e uno spessore accurato dello strato tra 5 e 100 micrometri. La base di questo processo è la tecnologia convenzionale delle copiatrici. È attualmente in uso in alcune applicazioni di rivestimento e sembra promettente per il rivestimento in polvere commerciale su substrati piatti (acciaio, alluminio, MDF, carta, cartone) così come in processi da foglio a foglio e/o da rotolo a rotolo. Questo processo può essere potenzialmente integrato in una linea di rivestimento esistente.
Polimerizzazione
ThermosetEdit
Quando una polvere termoindurente viene esposta a una temperatura elevata, inizia a fondere, scorre fuori e poi reagisce chimicamente per formare un polimero di peso molecolare più elevato in una struttura a rete. Questo processo di polimerizzazione, chiamato reticolazione, richiede una certa temperatura per un certo periodo di tempo per raggiungere la completa polimerizzazione e stabilire tutte le proprietà del film per cui il materiale è stato progettato.
L’architettura della resina poliestere e il tipo di agente di polimerizzazione hanno un impatto importante sulla reticolazione.
Comunemente le polveri polimerizzano a 200 °C (390 °F)/temperatura dell’oggetto per 10 minuti, nel mercato europeo e asiatico un programma di polimerizzazione di 180 °C (356 °F) per 10 minuti è stato lo standard industriale per decenni ma oggi si sta spostando verso un livello di temperatura di 160 °C (320 °F) allo stesso tempo di polimerizzazione. I sistemi ibridi avanzati per applicazioni in interni sono stabiliti per polimerizzare a un livello di temperatura di 125-130 °C (257-266 °F) preferibilmente per applicazioni su pannelli di fibra a media densità (MDF); le polveri durevoli per esterni con triglicidil isocianurato (TGIC) come indurente possono operare a un livello di temperatura simile, mentre i sistemi senza TGIC con β-idrossi alchilamidi come agenti indurenti sono limitati a circa 160 °C (320 °F).
L’approccio low bake si traduce in un risparmio energetico soprattutto nei casi in cui il rivestimento di parti massicce è compito dell’operazione di rivestimento. Il tempo totale di permanenza nel forno deve essere di soli 18-19 minuti per curare completamente la polvere reattiva a 180 °C (356 °F).
Una sfida importante per tutti i sistemi a bassa cottura è quella di ottimizzare contemporaneamente la reattività, il flusso (aspetto del film di polvere) e la stabilità di stoccaggio. Le polveri polimerizzate a bassa temperatura tendono ad avere meno stabilità del colore rispetto alle loro controparti a cottura standard perché contengono catalizzatori per aumentare la polimerizzazione accelerata. I poliesteri HAA tendono a ingiallire più dei poliesteri TGIC.
Il programma di polimerizzazione può variare in base alle specifiche del produttore. L’applicazione di energia al prodotto da polimerizzare può essere realizzata con forni di polimerizzazione a convezione, forni di polimerizzazione a infrarossi o con un processo di polimerizzazione laser. Quest’ultimo dimostra una riduzione significativa del tempo di polimerizzazione.
UV CureEdit
I rivestimenti in polvere polimerizzati con raggi ultravioletti (UV) sono in uso commerciale dagli anni ’90 e sono stati inizialmente sviluppati per la finitura di componenti di mobili in cartone a media densità (MDF) sensibili al calore. Questa tecnologia di rivestimento richiede meno energia termica e polimerizza molto più velocemente delle vernici in polvere polimerizzate termicamente. I tipici tempi di permanenza nel forno per le vernici in polvere polimerizzabili UV sono di 1-2 minuti con temperature del rivestimento che raggiungono i 110-130°C. L’uso di sistemi di polimerizzazione UV LED, che sono altamente efficienti dal punto di vista energetico e non generano energia IR dalla testa della lampada, rendono la vernice in polvere polimerizzata UV ancora più desiderabile per la finitura di una varietà di materiali e assemblaggi sensibili al calore. Un ulteriore vantaggio delle vernici in polvere ad essiccazione UV è che il ciclo totale del processo, dall’applicazione all’essiccazione, è più veloce rispetto ad altri metodi di rivestimento.