Un rivestimento che arriva sul pezzo allo stato di polvere
La verniciatura a polvere deposita sul pezzo un solido finemente suddiviso, non una pittura liquida. La polvere è una miscela di resina solida a temperatura ambiente, agenti reticolanti, pigmenti, cariche minerali e additivi di distensione, macinata fino a un diametro delle particelle che sta per la maggior parte fra 2 e 50 micrometri. Non c’è solvente, quindi non c’è niente che debba evaporare: il film si forma per fusione e per reazione chimica dentro un forno.
Il ciclo industriale ha tre momenti separati e ciascuno decide una cosa diversa. Il pretrattamento, cioè sgrassaggio, lavaggio e conversione chimica della superficie, decide se il rivestimento resterà attaccato. L’applicazione elettrostatica su pezzo collegato a terra decide quanta superficie viene coperta e con che uniformità. La cottura decide che cosa quel deposito diventa.
La carica elettrostatica: pistola corona e pistola tribo
Nella pistola corona un elettrodo posto sull’ugello viene portato ad alta tensione, di solito fra 60 e 100 kV. Il campo intorno alla punta strappa elettroni alle molecole dell’aria e genera una nube di ioni; le particelle che attraversano quella zona ne catturano una parte e si caricano. Da lì seguono le linee di campo verso il metallo a terra e vi restano appoggiate senza alcun calore, tenute soltanto dall’attrazione elettrostatica. Un pezzo con la messa a terra difettosa non trattiene niente.
La pistola triboelettrica lavora senza elettrodo e senza ioni liberi: la polvere si carica per strofinio scorrendo lungo un tubo di politetrafluoroetilene dentro la canna, e prende segno positivo. Vuole una formulazione dedicata, perché non tutte le resine si caricano bene per attrito.
Sopra un certo spessore compare il fenomeno opposto, la retroionizzazione: lo strato già deposto accumula carica, comincia a respingere le particelle nuove e gli ioni che continuano ad arrivare lo attraversano scaricandosi, lasciando micro crateri e buccia d’arancia. Alzare la tensione a quel punto non aggiunge spessore, aggiunge difetti.
La gabbia di Faraday negli angoli interni
La carica di un conduttore si dispone sulla sua superficie esterna e all’interno il campo si annulla. Le linee di campo terminano quindi sul metallo a terra più vicino, cioè su spigoli, bordi e facce convesse, mentre dentro una rientranza, un angolo interno, una scanalatura o un profilo scatolato il campo è debole o assente. La particella carica segue il campo, e in quel punto si ferma sull’imboccatura invece di entrare. Il difetto si aggrava con il rapporto fra la profondità della cavità e la sua larghezza.
Le contromisure vanno tutte nella direzione contraria all’istinto. Si abbassa la tensione, dai 60-80 kV correnti a 40-60, perché una particella meno carica prosegue più a lungo prima che il campo la devii; si usa un ugello a fessura per puntare dentro la cavità; si passa a una pistola tribo, che non ha un campo di ioni esterno da cui essere respinti; si trattano prima le zone in ombra a bassa tensione e poi le superfici piane. Anche una granulometria più fine, con mediana sotto i 35 micrometri, penetra meglio.
Nel forno la polvere non asciuga, reticola
Una polvere termoindurente in forno prima fonde e distende, poi i gruppi funzionali della resina reagiscono con il reticolante e formano legami covalenti permanenti. Il film smette di essere un insieme di particelle appiccicate e diventa una rete unica, insolubile e non rifondibile. La gelificazione è irreversibile e il suo momento decide l’aspetto: se arriva troppo presto il fuso non ha avuto tempo di livellare e la superficie resta increspata. Per questo il tempo di gelificazione a una temperatura data è una delle verifiche di routine su una partita.
La cottura si dichiara come tempo a temperatura dell’oggetto, non dell’aria del forno: un valore corrente per l’acciaio da carpenteria è circa 180 °C per una ventina di minuti, e un pezzo massiccio impiega parte di quel tempo solo per arrivarci. Il ventaglio industriale va all’incirca da 140 a 220 °C, con sistemi ibridi a bassa temperatura intorno ai 125-130 °C. Esistono anche polveri termoplastiche, che in forno si limitano a fondere e risolidificare senza reticolare, e che quindi si possono rifondere.
Lo spessore corrente del film asciutto sta intorno ai 60-80 micrometri, e sotto i 50 la superficie liscia non viene. Oltre i 300 si cambia tecnica e si passa al letto fluido, dove il pezzo preriscaldato viene immerso in polvere tenuta in sospensione dall’aria.
Perché la verniciatura a polvere non usa solventi
Il motivo è alla radice: la resina è già solida a temperatura ambiente e non ha bisogno di un liquido che la trasporti e la distenda. Da qui discendono tre conseguenze. In forno non evapora nulla, quindi le emissioni di composti organici volatili sono trascurabili e non serve un impianto di abbattimento. L’eccesso che non si posa sul pezzo non è perduto: cade nella cabina, viene filtrato e rientra nella tramoggia, cosicché a fronte di una resa al primo passaggio dell’ordine del 60-75% il materiale davvero impiegato si avvicina all’intera partita. La terza conseguenza si pubblicizza meno: una nube di polvere organica fine dispersa in aria è combustibile, e non a caso fra le misure di riferimento su una polvere c’è il calcolo del limite inferiore di esplosività.
Che cosa misurano le norme sulle polveri
La serie ISO 8130 riguarda la polvere, non la finitura applicata. La parte 1 determina la distribuzione granulometrica per setacciatura e la parte 13 la stessa grandezza per diffrazione laser; la parte 6 misura il tempo di gelificazione a una temperatura specificata; la parte 8 valuta la stabilità in stoccaggio delle polveri termoindurenti; la parte 4 calcola il limite inferiore di esplosività; la parte 10 misura l’efficienza di deposizione.
Sul rivestimento finito il quadro è più magro. La EN 13438, edizione 2013, copre i rivestimenti organici in polvere applicati su acciaio zincato a caldo o sherardizzato per impieghi da costruzione. Fuori da quel perimetro manca una norma pensata apposta per la protezione anticorrosiva ottenuta con vernice a polvere, e ci si appoggia a quella generale sui sistemi pitturanti, scritta guardando ai cicli a liquido. Il seguito pratico è che la dicitura verniciato a polvere dichiara un processo e non una prestazione: la prestazione è la classe di esposizione dichiarata e la prova che quel rivestimento ha superato.
