L’industria dei condensatori deve fronteggiare una forte concorrenza che la costringe ad economizzare sui costi di produzione e sulle materie prime. Al contrario, i consumatori clienti richiedono sempre più alta qualità e affidabilità a bassi prezzi.
L’imperativo per il produttore è l’automazione spinta degli impianti e la riduzione dei costi, come il consumo di film metallizzato, i metalli da spruzzare (Zn) e la riduzione degli scarti.
Funzione del rivestimento spruzzato su un condensatore ottenuto da film metallizzato
La funzione della spruzzatura di zinco è quella di creare una conduttività elettrica tra il rivestimento metallico del film conduttore isolato e la piastrina. Questo contatto deve avere la resistenza più bassa possibile. Inoltre, il rivestimento deve essere meccanicamente stabile per resistere alla saldatura dei conduttori isolati.
Sensibilità termica del film metallizzato
Il film base che successivamente viene metallizzato nei condensatori può essere ottenuto da polietilene, policarbonati, politetrafluoruro etilene, polipropilene, ed altri. Ciascuno di questi film ha delle caratteristiche comuni: la deformazione o la temperatura di fusione del film molto al di sotto della temperatura della particella nel processo di spruzzatura. I film metallizzati con zinco, alluminio e loro leghe non influenzano la sensibilità tecnica del film di base. Un fattore che ha influenza sulla sensibilità termica del film durante il processo di spruzzatura è lo spessore del film. Un film più spesso è meno soggetto, rispetto ad uno sottile, ad essere danneggiato durante la spruzzatura. Ciò dipende dal fatto che l’energia termica può disperdersi ed espandersi più facilmente attraverso un film più spesso. Inoltre, più stretto è l’avvolgimento, migliore è la resistenza contro i danni causati dall’energia liberata dal processo di spruzzatura, poiché l’ener-gia può essere distribuita regolarmente attraverso l’avvolgimento.
Principi base della spruzzatura termica
Il processo consiste in una fonte di calore che fonde i 2 fili metallici che sono atomizzati in particelle fini. Le particelle vengono accelerate e proiettate verso la superficie per formare un rivestimento a struttura lamellare. Nel processo della spruzzatura ad arco elettrico due fili (uno positivo e l’altro negativo) sono alimentati contemporaneamente e continuamente al punto del corto circuito, creando un arco elettrico e, grazie al getto di aria compressa, le particelle finissime del metallo fuso vengono proiettate verso il substrato.L’attrezzatura consiste in un trasformatore ed una pistola. Con il trasformatore elettrico in corrente continua il voltaggio non deve scendere al di sotto di 1,5 volte durante l’operazione. In origine si usava un trasformatore per saldare, il quale richiedeva un voltaggio più alto di quello necessario, con effetti negativi ai quali accenneremo in seguito. Il processo è a corrente alternativa con frequenza di 18 KHz. Durante l’alternanza, il plasma tra le due punte dei fili si espande e si contrae. Ciò causa la resistenza a cambiare, seguita da una corrente pulsante. L’impendenza del trasformatore deve essere in grado di adattarsi a questo comportamento e, sfortunatamente, il trasformatore della saldatrice non è in grado di eseguire questa operazione. Un miglior approccio è usare un generatore specificatamente progettato e realizzato per spruzzare con l’arco elettrico, che è in grado di alimentare il voltaggio richiesto senza un calo significativa del voltaggio.
Cavi e flessibili che collegano il generatore ai tubi di contatto con una resistenza minore possibile.
I cavi devono essere in grado di rilasciare l’elettricità generata e originata velocemente dal resistore.
Il sistema di alimentazione dei fili
Deve essere in grado di alimentare i due fili in continuo e ad uguale velocità. Una irregolare o differente velocità dei due fili causa instabilità dell’arco e genera particelle grossolane. Il meccanismo di alimentazione non deve cambiare o danneggiare la superficie dei fili. Ogni tacca o bava sulla superficie del filo, causate dai rulli, potrebbe causare un arco instabile, giacché la sezione trasversale non è più continua.
I tubi di contatto
Servono a trasferire l’energia del generatore ai due fili; detto trasferimento deve avvenire senza interruzioni e con un contatto meccanico leggermente inclinato. Bisogna evitare tubi di contatto lineari, poiché questi creano delle spire, causando usura della superficie dei tubi di contatto. L’usura consuma rapidamente i tubi di contatto ma, quel che è più grave, crea una instabilità dell’arco elettrico che causa scintille, blocchi e aggrovigliamenti. I tubi curvati obbligano il filo a mantenere un contatto uniforme e un facile scivolamento in avanti nei tubi; tutto ciò si traduce in un passaggio di corrente uniforme e conforme. I tubi curvati trasferiscono il punto di contatto con precisione al corto circuito. Questo controlla la lunghezza del filo tra il punto di contatto e l’arco. La resistenza lungo la lunghezza del filo è sempre la stessa e assicura un arco molto stabile. Il secondo compito dei tubi di contatto è quello di presentare entrambi i fili contemporaneamente all’appuntamento dell’arco elettrico. I fili devono essere allineati esattamente uno di fronte all’altro per consentire la più alta densità di corrente nel plasma e ciò aumenta la stabilità dell’arco.
IL SISTEMA DI ATOMIZZAZIONE
Guida l’aria compressa al punto dell’arco elettrico, al vertice dei due tubi di contatto. Per un arco stabile è molto importante che la pressione del plasma sia costante. Solo con una pressione costante e con la fusione dei due fili con la stessa uniformità di corrente, il sistema può produrre una fusione a temperatura costante. Concentrando l’aria compressa nel e dietro il plasma, si ottiene un getto concentrato, poiché la grandezza delle particelle e la loro distribuzione sono influenzate dalla concentrazione del gas.
IMPORTANZA DELLA TENSIONE NEL BILANCIO ENERGETICO DELL’ARCO ELETTRICO
Usando un determinato voltaggio, una determinata pressione dell’aria e un determinato diametro del filo, la capacità di spruzzatura in Kg/h è direttamente correlata all’amperaggio che, durante la spruzzatura di zinco, corrisponda a 1:10. L’energia totale in una particella fusa può essere descritta come segue: energia di preriscaldamento (dalla temperatura di fusione alla temperatura di surriscaldamento)
Qp+Qm*Qo = Q totale
Esempio
T Fusione T Evapoorazione
Zn 420° 907°
Sn 232° 2360°
Al 660° 2500°
Ciò significa che la temperatura di una particella fusa può essere tra quella di fusione e quella di evaporazione. Riscaldando il filo oltre la temperatura di fusione, si verifica un surriscaldamento del metallo, con la conseguente riduzione della qualità dell’intero processo di spruzzatura. L’energia del plasma nell’arco si calcola Q plasma V*1, assumendo che non c’è perdita di energia sotto forma di radiazioni; tutta questa energia è trasferita alla fusione. La tensione minima nella spruzzatura di un filo di zinco di diametro 1,6 mm è di 18 volte e ciò significa che per fondere 10 Kg di zinco necessitano 100 amp, per cui l’energia minima necessaria per fondere 10 Kg di zinco è 18 volx100 = 1.800 watt.
Se aumentiamo i volt a 24 e fondiamo 10 Kg/Zn/n = 24×100 = 2.400 watts. L’extra energia determina particelle con più alta temperatura ed il bisogno di aumentare la distanza di spruzzatura. La temperatura delle particelle può salire fino a quella di evaporazione.
SENSITIVITA’ TERMICA DEL FILM METALLIZZATO
E’ necessario mantenere la temperatura delle particelle fuse, quando raggiungono la superficie del film, più bassa possibile e, per fare ciò, bisogna mantenere il voltaggio (tensione) il più basso possibile, compatibilmente con la stabilità dell’arco.
IMPORTANZA DELLE DIMENSIONI DELLE PARTICELLE
La temperatura delle particelle che si depositano sulla superficie del film è eguale alla temperatura del metallo. E’ molto probabile che la temperatura delle particelle sia molto al di sopra della temperatura di fusione del film. La temperatura di distanza del film è molto più bassa della temperatura di fusione delle particelle spruzzate. E’ molto importante che l’energia in una sola particella venga trasmessa al film in modo tale che il film non venga distrutto ma soltanto fuso nel punto di impatto. L’energia totale delle particelle spruzzate deve consentire al film di raffreddarsi senza l’accumulo di calore e senza causare distorsioni al film. Uno speciale ugello atomizzatore consentirà al getto di spruzzatura, con una apposita pressione dell’aria, di rimandare la grandezza delle particelle in un intervallo ristretto. Il secondo vantaggio dell’apposito ugello atomizzatore è un getto di spruzzatura molto concentrato, per evitare sia l’over spray sia la conseguente perdita di filo.
IMPORTANZA DELLA DISTANZA DI SPRUZZATURA
La distanza di spruzzatura influenza la temperatura delle particelle al contatto con la superficie. Durante la spruzzatura dell’arco sulla superficie nel condensatore le particelle si raffreddano. Il più importante deposito è il primo applicato sulla superficie del film. Una volta che il deposito metallico è applicato, c’è una conduttività di calore. Il calore delle particelle successive è rilasciato dal deposito e si espande in modo eguale attraverso il metallo disponibile, seguito dal rilascio di aria sottostante. Per una buona aderenza alla superficie del film e dopo il primo deposito sul condensatore sullo strato già formato, è importante che la particella spruzzata sia ancora allo stato fuso. Tutte le particelle solidificate rimbalzano fuori dalla superficie oppure rimangono intrappolate nello strato in via di formazione. Quando rimbalzano esse influenzano solo l’efficienza del deposito. Quando sono intrappolate nello strato e tra il film e lo strato in formazione, queste particelle non fuse ridurranno l’aderenza del metallo e la coesione. Basilarmente più corta è la distanza della spruzzatura (senza danneggiare la superficie del film) migliore è la qualità del rivestimento e minore è la formazione di scarti. Se l’intervallo della grandezza della temperatura delle particelle è ampio, grazie all’alto voltaggio ed al surriscaldamento delle particelle, la distanza deve essere progettata per compensare questo. Quindi deve essere aumentata per tenere conto della particella con la più alta temperatura in modo da evitare che il film si distorca. D’altra parte sappiamo che le particelle più fini si solidificano prima del contatto con il film quando la distanza è troppo alta, determinando il problema descritto prima. Inoltre, l’efficienza del deposito precipiterà rapidamente e aumenterà il consumo di metallo aumentando la distanza. La minore distanza usata nel film di propilene, quando si spruzza zinco, è di 120 mm operando sotto condizioni di produzioni controllate.
La qualità della spruzzatura delle teste dei condensatori può essere aumentata riducendo contemporaneamente i costi di produzione, se la grandezza e la temperatura delle particelle sono contenute in un intervallo ristretto.