Regolatori pneumatici.
Riferimenti g e n e r a l i : M m e m b r a n a
C camera a depressione E molle di reazione A asta di regolazione
T tubazioni di collegamento col V e n t u r i Lc Leva di comando
Fig. 35. — Regolatore tipo CAV per tutti i regimi.
è del tipo ad azione indiretta con cilindro servomotore a doppio effetto.
Adatto ad essere montato sul lato destro o sinistro del motore ed a funzionare con rotazione destra o sinistra del- l'albero di comando, mediante opportuno montaggio della pompa ad ingranaggi E.
11 circuito é secondo lo schema di fig. 21, con 1 aggiunta della valvola Vm di regolazione del minimo.
Può essere impiegato su motori per trazione stradale e ferroviaria.
Figg. 33-34. — Regolatori tipo Bosch per tutti i regimi.
Sono del tipo semplice ad azione diretta, particolarmente studiati per una grande produzione e con possibilità di in- stallazione e di comando sia sul lato destro che sul lato sinistro del motore.
Vengono largamente impiegati sui motori di piccola ci- lindrata per autoveicoli stradali e sui trattori agricoli, quando non vi siano elevate esigenze relative al grado di irregola- rità e quando siano sufficienti piccole forze di regolazione.
Regolatori idraulici.
Riferimenti g e n e r a l i : E p o m p a ad ingranaggi P1 stantuffo amplificatore F foratura di trafilamento V valvola
PV stantuffo-valvola M1 molla della valvola
M molla dello stantuffo servomotore
L organo di comando (azionato dall'acceleratore).
Fig. 36. — Regolatore tipo Fiat per tutti i regimi.
è del tipo ad azione indiretta con cilindro servomotore a semplice effetto.
Adatto ad essere montato sul lato destro o sinistro del motore ed a funzionare con rotazione destra o sinistra del- l'albero di comando, mediante la commutazione in Cm dei condotti d'uscita e d'entrata della pompa ad ingranaggi E.
Il circuito è secondo lo schema di fig. 22.
La struttura é semplificata rispetto al tipo precedente.
Fig. 37. — Schema idraulico del regolatore a semplice effetto di fig. 36.
Regolatori misti.
Fig. 37.
Fig. 38. — Regolatore a tutti i regimi ad azione centri- fuga e pneumatica stabilizzata da ammortizzatore idraulico.
é costituito da un gruppo regolatore centrifugo C, la cui azione é integrata da un gruppo regolatore pneumatico P e stabilizzata da un ammortizzatore idraulico I.
é di impiego particolare.
Osvaldo Gorrini
Finitura e protezione delle lamiere metalliche nelle carrozzerie di serie
La vita di un'autovettura non é misurata semplicemente da quella dei suoi organi meccanici. é perciò che, nella odierna produzione di grande serie, anche i problemi connessi con la verniciatura delle carrozzerie hanno assunto una enorme importanza. Essi sono tuttavia generalmente poco conosciuti. Nel presente ar- ticolo vengono ricordati agli ingegneri i principi scientifici su cui si basa la verniciatura; viene fatto il punto sui materiali e i metodi più moderni usati nella grande industria e in particolare viene descritta una
grande realizzazione in questo campo, cioé l'impianto di verniciatura della FIAT Sezione Auto.
Fig. 36.
1. - Introduzione.
In attesa che le m a t e r i e plastiche, attraversata la fase sperimentale a t t u a l e , si dimostrino atte a so- stituire i m a t e r i a l i metallici, p e r alcuni a n n i , secon- do il p a r e r e degli esperti, la carrozzeria dell'auto- mobile di serie, generalizzatasi sul tipo p o r t a n t e , sarà ancora in prevalenza costituita da lamiere me- talliche s t a m p a t e alla pressa e saldate. Il m a t e r i a l e che unisce la resistenza alla facilità di stampaggio e di saldatura e al basso costo è la lamiera di ac- ciaio dolce p e r stampaggio p r o f o n d o . L ' a l l u m i n i o legato e bonificato p o t r e b b e presentare dei van- taggi p e r il peso ma é di costo t r o p p o elevato.
La lamiera di acciaio dolce non possiede nè p u ò arrivare a possedere u n o stato superficiale estetica- niente accettabile e n o n é stabile nel t e m p o perchè sotto l'azione degli agenti atmosferici si ossida.
Si p o t r e b b e pensare all'acciaio inossidabile e ciò
é già stato fatto p e r i vagoni ferroviari ( B u d d ) ma per la carrozzeria il suo costo é ancora t r o p p o ele- vato e o b b l i g h e r e b b e a l l ' i m p i e g o di grandi quan- tità di m a t e r i a l i strategici (Nichel e Cromo).
La lamiera di acciaio deve essere perciò t r a t - tata in m o d o da p r e s e n t a r e u n a finitura estetica- m e n t e gradevole e tale da consentire u n a estesa gamma di colori e di aspetti p e r accontentare t u t t i i gusti. I n o l t r e deve essere p r o t e t t a contro l'azione degli agenti atmosferici p e r un p e r i o d o di t e m p o sufficientemente lungo ( p r a t i c a m e n t e alcuni anni)..
La soluzione di queste d u e esigenze è data dalla protezione del metallo a mezzo della vernice, cioé di u n a pellicola di sostanza organica che p u ò ve- nire a p p l i c a t a in moltissimi m o d i ed essere costi- tuita da un estesissimo n u m e r o di sostanze.
Qui ci soffermeremo in p a r t i c o l a r e sul ciclo di verniciatura a base sintetica a forno.
Le vernici sintetiche infatti si sono dimostrate
le p i ù resistenti agli agenti atmosferici. I n o l t r e la loro applicazione si presta p i ù di ogni a l t r o t i p o ad essere fatta con sistemi a u t o m a t i c i c h e , p u r ri- chiedendo costosi e i m p o n e n t i i m p i a n t i , p e r m e t t o n o celerità di p r o d u z i o n e , il c h e , nelle grandi serie, costituisce un notevole vantaggio economico.
2. - La corrosione atmosferica dei metalli.
E s a m i n i a m o d a p p r i m a che cosa avviene del me- tallo esposto senza p r o t e z i o n i agli agenti atmosfe- rici.
G e n e r a l m e n t e i metalli si trovano in n a t u r a allo stato ossidato sotto forma di m i n e r a l i e la loro ri- duzione richiede un certo dispendio di energia.
I metalli così estratti (eccezione fatta p e r i me- talli nobili) sono instabili e m o s t r a n o u n a tendenza generale a r i t o r n a r e allo stato ossidato attraverso u n processo n a t u r a l e .
Esposti d u n q u e all'aria secca i metalli si rico- p r o n o di un film superficiale di ossido sottilissimo.
In questo caso la reazione è p u r a m e n t e chimica. Il film è protettivo p e r c h è l'ossido è p i ù stabile del metallo. In queste condizioni il metallo sarebbe passivato e la corrosione non si manifesterebbe.
In pratica l'aria è u m i d a e bagna la superficie metallica e allora subentra un altro t i p o di reazione cioè la reazione elettrochimica. L'elettrolita nel no- stro caso è l ' a c q u a . Il metallo si ossida in u n a zona (catodo) e la riduzione avviene in u n ' a l t r a zona (anodo). Anodo e catodo fanno p a r t e di un circuito elettrico chiuso e il sistema costituisce u n a « cella elettrolitica ».
L ' a c q u a contiene ioni idrogeno positivi e ossi- drili negativi formatisi in seguito alla dissociazione delle molecole d ' a c q u a . Questa dissociazione è favo- rita dal fatto che l ' a c q u a che si deposita sul me- tallo non è m a i p u r a ma contiene dei p r o d o t t i acidi dovuti a l l ' i n q u i n a m e n t o dell'atmosfera p e r fumi, e in riva al m a r e contiene cloruri.
La cella stessa è sorgente di energia elettrica, stabilendosi u n a differenza di potenziale fra anodo e catodo in seguito alla loro immersione nell'elet- trolita. In altre parole essa è u n a vera e p r o p r i a p i l a . Le differenze di potenziale che creano la cor- rente possono essere dovute alla s t r u t t u r a etero- genea del m a t e r i a l e costituente la lamiera che con- tiene p i ù di u n a fase (ferrite, perlite ecc.) o alla presenza di i m p u r i t à o di scaglie di ossido o anche all'esistenza di tensioni. Il metallo deformato in- fatti t e n d e ad essere anodico rispetto alla p a r t e non deformata.
La reazione elettrochimica è molto p i ù perico- losa di quella chimica perchè i composti che si ge- n e r a n o nella reazione sono solubili n e l l ' e l e t t r o l i t a . Il metallo resta così c o n t i n u a m e n t e scoperto e si verifica la corrosione p r o p r i a m e n t e detta.
P e r evitare la corrosione ne consegue che oc- corre p r e p a r a r e il metallo in modo che n o n presenti alcuna traccia di ossido e, in un t e m p o estrema- m e n t e breve, fissarlo con una pellicola di u n a so- stanza i m p e r m e a b i l e a l l ' a c q u a e perfettamente ade- rente al metallo che deve mantenersi tale p e r un
periodo di t e m p o abbastanza lungo (alcuni a n n i ) . Questa pellicola è quella che c o m u n e m e n t e si chiama u n a vernice e, oltre alla funzione protettiva, deve a d e m p i e r e anche alla funzione estetica di ren- dere gradevole l'aspetto dell'oggetto verniciato.
3. - Vernici e processi relativi (concetti generali).
Se noi p r e n d i a m o un pezzo di lamiera da auto- mobile verniciata e riusciamo a staccarne (con molta difficoltà) la pellicola di vernice (film) tro- veremo che essa ha u n o spessore di circa 1/10 di m m . , possiede un certo grado di flessibilità e men- t r e presenta un aspetto brillante sulla superficie esterna, su quella interna a contatto del metallo ha in genere un aspetto opaco e di colore diverso dalla superficie esterna. Questo perchè la pellicola n o n è composta t u t t a dello stesso m a t e r i a l e , ma ri- sulta di u n a serie di strati contenenti ognuno so- stanze diverse adatte alla funzione specifica dello strato stesso.
La pellicola solida che noi a b b i a m o staccata è il risultato di u n a serie di processi. Al m o m e n t o della loro applicazione i singoli strati e r a n o p e r ò allo stato liquido e solo in seguito, con l'esposizione a l l ' a r i a e con l ' a i u t o del calore, si sono i n d u r i t i . A questo p u n t o è o p p o r t u n o d a r e u n a defini- zione di vernice e degli elementi che la costitui- scono: p e r vernice (1) si intende u n a miscela di differenti sostanze avente la peculiare p r o p r i e t à di formare un film elastico e a d e r e n t e al s u p p o r t o su cui sono state a p p l i c a t e .
Schematicamente essa consta dei seguenti ele- m e n t i costitutivi :
— Un veicolo, costituito da resine naturali o sinte- tiche e da plastificanti cioè da sostanze capaci di conferire elasticità e resistenza a l l ' u r t o alle resine che, sole, sarebbero d u r e e fragili.
— P i g m e n t i o cariche — sono sostanze sotto forma di finissima dispersione che h a n n o il compito di colorante ed opacizzante e riempitivo cioè in u l t i m a analisi di r e n d e r e coprente la p i t t u r a .
— Solventi e diluenti — sono sostanze volatili che h a n n o solo la funzione transitoria di r i d u r r e la viscosità del complesso p e r r e n d e r l o applicabile, e a b b a n d o n a n o in un t e m p o r e l a t i v a m e n t e breve la vernice.
Ciò premesso, la composizione delle vernici so- v r a p p o s t e si sceglie in base alla funzione di ciascuni di esse.
Così, le vernici a contatto dei metalli sono cari- cate con p i g m e n t i capaci di esplicare azione anti- corrosiva. Ciò p e r evitare focolai di corrosione do- vuti alle celle elettrolitiche che possono formarsi nel caso che la vernice risulti porosa o venga par- zialmente asportata in seguito a rigature od u r t i .
(1) A tal proposito la nomenclatura è varia e purtroppo imprecisa. Per vernice si intende una sostanza trasparente, quindi non coprente. Con pittura si designa invece un com- plesso coprente colorato contenente pigmenti opachi in finis- sima dispersione. Noi useremo in questo articolo l'uno l'altro dei termini senza distinzione.
ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 • OTTOBRE 1953 ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953
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Questi p i g m e n t i esercitano u n a vera e p r o p r i a azione inibitrice contro l ' a r r u g g i n i m e n t o o p e r c h è h a n n o c o m p o r t a m e n t o a n o d i c o (polvere di allumi- n i o , ossido di zinco, polvere di zinco) o p e r c h è con- tengono sali solubili ( c r o m a t o di zinco, potassio) che esercitano sul ferro una forte azione ossidante e passivante.
La funzione di questa vernice, che viene detta a n t i r u g g i n e , è d u n q u e quella di evitare la forma- zione di focolai di corrosione e la propagazione di questa sotto la vernice.
La vernice successiva è detta di fondo.
In alcuni processi m o d e r n i i p i g m e n t i anticorro- sivi si i n c o r p o r a n o nella vernice di fondo e allora le vernici sovrapposte si r i d u c o n o a d u e .
Come è noto la superficie della lamiera n o n è liscia ma presenta o n d u l a z i o n i , r i g a t u r e , segni di utensile, l i m a t u r e conseguenti alla lavorazione della carrozzeria. Occorre che la vernice r i e m p i a questi avvallamenti. Successivamente questi strati saranno livellati con asportazione a mezzo di carte abrasive e levigati p e r p r e p a r a r e la sede dello strato finale c h e , per essere b r i l l a n t e , r i c h i e d e di distendersi su u n a superficie perfettamente levigata.
La p r o p r i e t à f o n d a m e n t a l e della vernice di fondo è d u n q u e quella di essere riempitiva e facil- m e n t e levigabile.
P e r ottenere questo risultato, il r a p p o r t o pig- mento-veicolo della vernice di fondo è molto alto e di conseguenza l ' i m p e r m e a b i l i t à ne risulta ri- dotta. P e r questo motivo, in alcuni casi, sulla ver- nice di fondo si da una vernice i n t e r m e d i a fra quella di fondo e lo smalto, ricca di veicolo detta
« Sealer ».
In genere p e r ò l ' i m p o r t a n t e funzione di imper- meabilità viene invece affidata alla vernice a finire o smalto che è quella che costituisce gli u l t i m i strati esterni. Essa inoltre è quella che a d e m p i e alla fun- zione estetica. Deve perciò essere i m p e r m e a b i l e , b r i l l a n t e , d u r a e dotata di colori attraenti e du- revoli.
Lo smalto dovrà perciò avere un veicolo in r a p - p o r t o p r e d o m i n a n t e rispetto al p i g m e n t o e capace di una forte distensione onde avere la massima bril- lantezza senza possibilmente ricorrere ad operazioni m a n u a l i di levigatura.
P e r c h è questa pellicola costituita da tre strati di vernici di p r o p r i e t à diverse aderisca in m o d o perfetto e durevole alla lamiera sottostante è indi- spensabile p r e p a r a r e accuratamente il m e t a l l o . Come si è detto la p r o p r i e t à fondamentale di u n a vernice è quella di fornire, q u a n d o applicata sotto forma di u n o strato sottile, un film d u r o e resistente.
Si distinguono due fondamentali processi di fil- mazione :
1) filmazione p e r via fisica. Essa è dovuta al- l ' a l l o n t a n a m e n t o delle sostanze volatili contenute nella vernice.
In questo processo nessuna trasformazione chi- mica è subita dai costituenti del veicolo.
Seguono il processo di filmazione 1), le vernici contenenti come veicolo esteri cellulosici (in par- ticolare nitrocellulosa) e in generale resine t e r m o - plastiche. Il film ottenuto da queste vernici è in
potenzialmente in grado di p r o g r e d i r e indefinita- m e n t e , conducendo alla formazione di molecole il- limitate.
Si deve distinguere fra « polimerizzazione vera » che è il processo p u r a m e n t e additivo di molecole semplici ( m o n o m e r i ) nel senso di Carothers e poli- condensazione che è u n a reazione da cui si liberano come sottoprodotti sostanze relativamente semplici come l'acqua. è i m p o r t a n t e osservare ai nostri fini che il processo di polimerizzazione provoca, m a n m a n o che progredisce, u n a variazione dello stato di aggregazione delle sostanze di p a r t e n z a . Ciò è in relazione col fatto che l'accrescimento della mole- cola ne ostacola sempre p i ù la m o b i l i t à . Si p u ò pas- sare così dallo stato aeriforme di p a r t e n z a , attra- verso quello liquido a u n o solido finale con continuo i n c r e m e n t o del m o d u l o di elasticità e del limite di scorrimento, m a n m a n o che la polimerizzazione progredisce.
Resine termoplastiche e termoindurenti.
Una resina si dice termoplastica q u a n d o p e r ef- fetto del calore si rammollisce e indurisce col raf- freddamento e questo p u ò ripetersi indefinitamente.
Si a m m e t t e che le macromolecole che le costitui- scono siano lineari e legate fra loro da legami se- c o n d a r i , cosicchè p e r effetto del riscaldamento, l'agitazione termica è sufficiente a sovrastare le forze attrattive e ha luogo il r a m m o l l i m e n t o . Non vi è p u n t o di fusione definito p e r c h è le macromolecole h a n n o dimensioni varie. P e r la stessa ragione tali resine sono solubili in o p p o r t u n i solventi e q u i n d i esse possono essere plastificate. Questa plastifica-
zione p e r soluzione è dovuta sostanzialmente a un solvente a bassissima tensione di v a p o r e c h e , inter- ponendosi fra u n a macromolecola e l ' a l t r a , ne favo- risce lo scorrimento reciproco in seguito a solleci- tazione meccanica esterna.
P e r contro le t e r m o i n d u r e n t i d a p p r i m a si ram- molliscono, ma al persistere del riscaldamento indu- riscono in m o d o definitivo, trasformandosi irrever- sibilmente in sostanze infusibili e insolubili. Queste resine h a n n o nella p r i m a fase della loro formazione (stato A o resolo) u n a s t r u t t u r a macromolecolare simile a quella delle t e r m o p l a s t i c h e . Sulla super- ficie delle macromolecole esistono p e r ò posizioni reattive, in corrispondenza delle quali si creano le- gami p r i m a r i fra le singole macromolecole, che per- t a n t o si collegano in un reticolo tridimensionale
(stato C, resite) infusibile.
T u t t e le resine di questo t i p o , sono poste ih commercio nello stato A di completa fusibilità o in u n o stato i n t e r m e d i o (stato B, resitolo) in cui vi è ancora fusibilità ma incompleta solubilità.
Funzionalità ed esempi di resinificazione per poli- condensazione.
Il concetto più i m p o r t a n t e nella chimica delle resine sintetiche è certamente quello di funziona- lità, poichè la possibilità di formazione di macro- molecole da reazioni fra molecole semplici d i p e n d e dal n u m e r o dei g r u p p i funzionali presenti nelle molecole di p a r t e n z a . P e r g r u p p o funzionale si in- tende un g r u p p o che è reattivo nelle condizioni di e s p e r i m e n t o . P e r chiarire questa asserzione e d a r e insieme un q u a d r o del meccanismo di accrescimento Fig. 2 - Circuito I. - Ingresso nella galleria di fosfatazione a spruzzo.
generale privo di lucentezza, p e r ò essendo molto d u r o è atto a ricevere u n a levigatura p e r azione meccanica.
2) Filmazione p e r via chimica. In questo caso il veicolo subisce trasformazioni c h i m i c h e , p e r lo p i ù di policondensazione o di polimerizzazione che lo fanno passare dallo stato liquido o pastoso a quello solido definitivo. Seguono il processo 2) le vernici sintetiche, in particolare quelle glicerofta- liche. Esse possono d a r e , passando attraverso gradi di pastosità via via decrescente, dei film brillanti senza richiedere processi di levigatura meccanica.
4. - Una rassegna della chimica delle resine sintetiche.
Molecole e macromolecole.
L'esistenza di molecole è dovuta ai legami p r i - m a r i . Ve ne sono di due t i p i , l'eteropolare o ionico e l ' o m o p o l a r e .
Il p r i m o è quello che si stabilisce fra due atomi o p p o s t a m e n t e ionizzati ( p e r es. fra gli ioni Na+
e Cl– ). N e l l ' o m o p o l a r e gli atomi si accomunano due o p i ù elettroni di valenza e in questo scambio viene m e n o la determinazione di a p p a r t e n e n z a di tali elettroni agli atomi r e a g e n t i : è questo il caso dei legami C—C, C = C, C—H ecc.
Questi legami p r i m a r i , cui sono dovute le rea- zioni chimiche, h a n n o la p r o p r i e t à tipica della sa- t u r a b i l i t à , corrispondente al ben noto concetto di valenza.
Una seconda categoria di legami con equivalente energetico assai m i n o r e dei p r i m a r i (valutabile in poche u n i t à di K c a i / m o l e ) , è quello dei legami se- c o n d a r i . Ad essi è attribuita la funzione di vincolo intermolecolare e q u i n d i la coesione della m a t e r i a . La loro entità rispetto a quella dell'agitazione ter- mica delle molecole d e t e r m i n a i vari stati di aggre- gazione (aeriforme, liquido, solido).
I legami secondari si estrinsecano nei liquidi con la tensione superficiale. Quésta è in generale p i ù forte nei liquidi polari che negli a p o l a r i .
Collegati con l'entità e la n a t u r a dei legami se- condari sono anche i fenomeni di adesione di un liquido su un solido. Se nell'interfaccia le forze di attrazione m u t u a fra le molecole del liquido e del solido prevalgono sulla coesione del l i q u i d o , que- s t ' u l t i m o « bagna » il solido e vi aderisce disten- dendosi. Nel caso contrario si raccoglie in gocce.
Esistono sostanze costituite da molecole giganti, formate da un grande n u m e r o di atomi (fino a pa- recchie migliaia) q u i n d i a elevato peso molecolare (fino a parecchie centinaia di migliaia).
G e n e r a l m e n t e queste « macromolecole » che sono costituite dalla ripetizione di elementi mole- colari relativamente semplici ( m o n o m e r i ) si dicono
« polimeri ». La n a t u r a ci offre esempi di siffatta)
« macromolecole », così la gomma, la b a l a t a , ecc.
Le resine sintetiche sono delle sostanze artifi- ciali costituite da p o l i m e r i . È perciò che il processo di sintesi che p o r t a alla formazione di queste ma- cromolecole vien detto « polimerizzazione ». Se- condo Carothers si intende p e r polimerizzazione un processo di concatenamenti intermolecolari che è
molecolare, esamineremo un complesso di reazioni fra un acido organico e un alcool.
L'acido acetico (I) reagisce con alcool meti- lico ( I I ) p r o d u c e n d o acetato di metile ( I I I ) ed eli- m i n a n d o acqua :
(I) ( I I ) ( I I I )
I g r u p p i funzionali sono il carbossile (—COOH) e l'ossidrile ( — O H ) . Il p r o d o t t o della reazione ( I I I ) n o n ne possiede nessuno e la reazione si i n t e r r o m p e . Acido acetico (I) e un alcool biossidrilico, il gli- col etilenico ( I V ) , reagiscono in due t e m p i : p r i m a si forma il glicol monoacetato il quale c o n t e n e n d o ancora un ossidrile reagisce u l t e r i o r m e n t e con ( I ) . d a n d o glicol diacetato (V). Si ha p e r c i ò :
(dove con —A e — F — , sono indicati i radicali degli acidi, cioè quello che r i m a n e togliendo dai carbos- sili i g r u p p i — O H , e con —G < il radicale glice- rico, cioè quello che r i m a n e togliendo —H dagli os- sidrili).
Questo schema raffrontato con la molecola (X) mostra che i p u n t i reattivi laterali della glicerina sono stati saturati dall'acido grasso.
Nella fase finale, p e r effetto di riscaldamento in presenza di ossigeno si giunge al reticolo:
I g r u p p i — A — O — A — e — A — A — che fanno da p o n t e fra le macromolecole gliceroftaliche r a p - presentano rispettivamente l'ossidazione e la poli- merizzazione dell'acido grasso i n s a t u r o . Questi p o n t i sono m e n o rigidi di quelli che legano le m a c r o m o - lecole (XI).
L ' e s e m p i o p o r t a t o è quello di u n a resina modi- ficata del t i p o gliceroftalico costituente il veicolo delle vernici « sintetiche ».
In particolare illustra i p r i n c i p i chimici sui quali si basa la filmazione p e r via chimica.
5. - Elementi costitutivi delle ver- nici.
A) Il veicolo. — Schematicamente c o m p r e n d e un elemento rigido (resina) e un elemento plastifi- cante. La p r o p r i e t à filmogena p u ò a p p a r t e n e r e al- l ' u n o o a l l ' a l t r o elemento.
Il processo evolutivo con cui dalle vecchie ver- nici oleoresinose si è giunti alle vernici m o d e r n e ci consente di v a l u t a r e l ' e n o r m e c o n t r i b u t o dato dalla chimica al c a m p o della protezione organica dei metalli.
I veicoli a base oleoresinosa si valevano di p r o - dotti n a t u r a l i : oli siccativi e resine. L'olio siccativo aveva funzione plastificante e filmogena. La resina conferiva alla pellicola dell'olio maggiore lucen- tezza, durezza, resistenza ed adesione.
Le p r o p r i e t à della vernice così formulata risen- tivano della incostanza dei p r o d o t t i n a t u r a l i im- piegati.
A questo stato di indeterminatezza si pose ri- m e d i o u s a n d o , in luogo delle resine n a t u r a l i , altre resine ottenute dalla modificazione chimica di quelle n a t u r a l i .
Ma a n c h e con ciò rimaneva il fatto sostanziale che il veicolo continuava ad essere u n a miscela fisica di due c o m p o n e n t i , ciascuno dei quali m a n t e n e v a in seno alla miscela la p r o p r i a i n d i v i d u a l i t à , confe- rendole i p r o p r i pregi ma anche le p r o p r i e lacune caratteristiche. La resistenza all'invecchiamento della vernice continuava a identificarsi con quella del c o m p o n e n t e m e n o resistente ed era piuttosto bassa. I n o l t r e l'essicazione era t r o p p o lenta p e r le m o d e r n e industrie.
Una p r i m a soluzione fu r a p p r e s e n t a t a dai vei- coli a base di esteri cellulosici (in particolare n i t r o - cellulosa) associati a resine n a t u r a l i e plastificanti.
ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953 ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 19S3
A n c h e in questo caso la reazione si arresta p e r esaurimento di g r u p p i funzionali.
Se invece si considera la reazione fra acido ossa- lico (VI) e glicol etilenico (IV), e n t r a m b i bivalenti, il p r i m o p r o d o t t o di reazione (VII) contiene due g r u p p i funzionali (carbossili) e p e r t a n t o p u ò an- cora reagire con il glicol etilenico.
388 389
P e r la molecola (VIII) si ripresenta la stessa si- tuazione che p e r la ( V I I ) e p e r t a n t o la reazione p u ò , a l m e n o p o t e n z i a l m e n t e , proseguire all'infinito.
Si ha così formazione di u n a macromolecola lineare e la resina risultante è u n a termoplastica.
Considerando in u l t i m o la reazione fra acido os- salico ( V I ) e un alcool triossidrilico, la glice- rina (IX), il p r i m o p r o d o t t o di reazione (X) pre- senta q u a t t r o g r u p p i funzionali, due dei quali la- terali :
La molecola (X) p u ò q u i n d i accrescersi ancora in p i ù di due direzioni. La sostanza risultante, come si è detto al paragrafo p r e c e d e n t e , è perciò u n a re- sina t e r m o i n d u r e n t e , e la macromolecola (XI) r a p - presenta il p r o d o t t o finale della reazione (stato ter- m o i n d u r i t o , o stato C).
Il proseguimento delle reazioni a) e b) dà due esempi di resinificazione p e r policondensazione.
La conclusione che si p u ò t r a r r e dallo schema di reazioni esaminato e che costituisce u n o dei po- stulati di Kienle è che « p e r ottenere macromole- cole, le molecole di partenza devono contenere cia- scuna almeno due g r u p p i funzionali ».
Con due g r u p p i funzionali p e r ciascuna mole- cola, si forma u n a resina termoplastica (come dal proseguimento della reazione a) m e n t r e se a l m e n o u n a delle molecole di partenza ne ha p i ù di due si forma u n a resina t e r m o i n d u r e n t e (proseguimento della reazione b).
Un esempio di polimerizzazione vera.
Un tipico caso di polimerizzazione vera è il se- guente :
cloruro di vinile polivinilcloruro (gas) (solido)
Si ha formazione di una macromolecola lineare ( q u i n d i di u n a resina termoplastica) p e r r o t t u r a del d o p p i o legame C = C, in accordo col postulato di K i e n l e , poichè le molecole del cloruro di vinile sono bireattive nella reazione indicata.
Resine gliceroftaliche modificate.
È stato dettagliatamente esaminato il meccani- smo di resinificazione p e r policondensazione alchi- dica, cioè fra acidi organici ed alcoli polivalenti, (acido ossalico e glicol etilenico, e acido ossalico e glicerina). La scelta di questi e s e m p i , oltre che allo scopo dimostrativo che ci p r o p o n e v a m o , è interes- sante ai nostri fini perchè un caso p a r t i c o l a r e , quello della reazione fra acido ftalico, C6H4 (COOH)2 e glicerina è di somma i m p o r t a n z a p e r le m o d e r n e vernici « sintetiche ». Questa i m p o r t a n z a ( c o m u n e del resto a t u t t e le altre alchidiche) sta nel fatto che è possibile « modificare » le resine che ne nascono, legandole c h i m i c a m e n t e in fase formazione con altre molecole, p e r es. di oli siccativi.
Questa modificazione, che dà origine a u n a illi- m i t a t a gamma di p r o d o t t i , in d i p e n d e n z a della va- rietà degli agenti modificanti impiegabili, della loro percentuale rispetto ai reagenti base, e delle moda- lità di reazione, elimina le p r o p r i e t à n o n deside- rate delle resine p u r e , conferendo loro plasticità e resistenza a l l ' u r t o . Si t r a t t a di u n a plastificazione
« i n t e r n a » o chimica, di genere diverso da quella fisica.
Schematicamente la reazione fra un acido grasso insaturo A, glicerina G, e acido ftalico F p o r t a nella p r i m a fase (in assenza di ossigeno) a u n a sostanza molle e appiccicosa avente u n a molecola del t i p o
Fig. 3 - Circuito I. - Cabina n. 3; spruzzatura della vernice di fondo, lato ingresso.
Una seconda soluzione in ordine di t e m p o si ebbe con l ' i n t r o d u z i o n e delle resine gliceroftaliche modificate.
è in certo m o d o ripreso il concetto del binomio olio siccativo-resina, ma n o n si tratta p i ù di u n a miscela fisica ma di un veicolo complesso ottenuto da una reazione t e r n a r i a di cui si è esaminato sche- m a t i c a m e n t e l ' a n d a m e n t o .
Il processo di filmazione è sostanzialmente la continuazione e il c o m p l e t a m e n t o del processo di policondensazione che è alla base della fabbrica- zione della vernice stessa.
Le vernici di questo t i p o p r a t i c a m e n t e comple- tano il processo di filmazione con la loro cottura a differenza di quelle oleo-resinose in cui esso con- t i n u a p e r lungo t e m p o . D o p o cottura esse sono inso- lubili, chimicamente inerti e p i ù stabili della n i t r o che, p e r azione dell'ossigeno atmosferico, subisce gravi alterazioni.
R i c o r d i a m o che in un veicolo le resine glicerof- taliche modificate sono solo la base della formula- zione. Questa è diversa secondo le diverse case pro- duttrici in q u a n t o le resine gliceroftaliche sono state modificate con piccole q u a n t i t à di altre resine, u r e i c h e , m e l a m i n i c h e , fenoliche ecc. che a p p o r t a n o particolari vantaggi come a u m e n t o della durezza, della brillantezza, accelerazione del t e m p o di cot- t u r a ecc.
B) Pigmenti e cariche. — Una vernice senza
pigmento è trasparente e n o n ha perciò p o t e r e co- p r e n t e . Q u a n d o è p i g m e n t a t a si dice p i ù p r o p r i a - m e n t e p i t t u r a .
La pigmentazione delle vernici si fa p e r tre scopi :
1) per i n c r e m e n t a r e l'efficacia protettiva pro- pria della v e r n i c e ;
2) p e r conferire alla vernice p o t e r e coprente ( H i d i n g p o w e r ) ;
3) a scopo colorante.
Nelle vernici antiruggine p r e d o m i n a lo scopo 1).
In quelle di fondo lo scopo 2) e nelle vernici a fi- nire gli scopi 2) e 3). La pigmentazione influenza anche le p r o p r i e t à meccaniche del film. Dal p u n t o di vista fisico le p r o p r i e t à dei p i g m e n t i p i ù interes- santi sono: dimensioni, peso specifico, forma dei g r a n u l i , u m e t t a b i l i t à da p a r t e del veicolo.
Le dimensioni d e t e r m i n a n o il potere c o p r e n t e ; p i ù fine è la macinazione e maggiore è il potere c o p r e n t e .
L ' u m e t t a b i l i t à da p a r t e del veicolo è responsa- bile del fenomeno di agglomerazione del pigmento (caso di u m e t t a z i o n e i n c o m p l e t a ) ; insieme alla forma dei granuli d e t e r m i n a la q u a n t i t à di legante necessaria p e r la dispersione di t u t t o il pigmento.
Dal p u n t o di vista chimico i m p o r t a n o soprat- t u t t o il carattere acido o basico del p i g m e n t o per la dannosa possibilità di interferenza chimica con vei- coli di reattività opposta.
I m p o r t a n t e p u r e la stabilità chimica alla luce, al calore, all'azione d e l l ' a c q u a e dei gas presenti nell'atmosfera.
Circa i r a p p o r t i di scambio con il s u p p o r t o cioè il c o n t r i b u t o anticorrosivo che p u ò dare il p i g m e n t o si è già detto in altra p a r t e .
I p i g m e n t i i m p i e g a t i , rispetto alla loro n a t u r a chimica c o m p r e n d o n o :
1) pigmenti m i n e r a l i (ossidi, c a r b o n a t i , sol- furi, silicati, e c c ) ;
2) p i g m e n t i metallici ( C u , Z n , Sn, A l ) ; 3) p i g m e n t i organici.
C) Solventi e diluenti. — R a p p r e s e n t a n o la p a r t e volatile della vernice. Il solvente vero e p r o - p r i o è quello a cui è dovuta la dispersione del vei- colo. Il diluente è un liquido c h e , p u r n o n avendo capacità solvente, p u ò essere aggiunto alla soluzione senza che si verifichi precipitazione. T a l u n i liquidi sono solventi p e r un veicolo e p e r un a l t r o possono fungere solo da diluenti e viceversa.
Dei solventi p u r i sono interessanti soprattutto il p o t e r e solvente, il peso specifico, la t e m p e r a t u r a di ebollizione, la tensione di v a p o r e , il calore di vapo- rizzazione, e quello specifico.
Passando su un t e r r e n o pratico d i r e m o che il
« solvente » n o n è m a i u n a sostanza p u r a , ma u n a miscela di solventi e d i l u e n t i . La scelta dei compo- n e n t i p u r i va fatta con cura e generalmente deve realizzare un compromesso fra esigenze contrastanti ( p o t e r e solvente, velocità di evaporazione, prezzo).
Tecnicamente la caratteristica p i ù i m p o r t a n t e di questa miscela è la sua curva di distillazione.
La velocità di a l l o n t a n a m e n t o deve essere la p i ù r a p i d a possibile, ma non tale che il raffreddamento provocato dall'evaporazione conduca alla conden-
sazione di un velo di u m i d i t à sulla pellicola in for- m a z i o n e . Ciò vale p r i n c i p a l m e n t e p e r le vernici a filmazione fisica. Il solvente p e r le vernici che de- vono subire u n a cottura in forno non deve giun- gere all'ebollizione d u r a n t e il riscaldamento, perchè ciò p r o v o c h e r e b b e crateri nel film in formazione.
Una caratteristica degna di considerazione p e r un solvente è la capacità di u m e t t a r e il s u p p o r t o p e r c h è ciò è in stretta connessione con l'aderenza finale della vernice. La maggior p a r t e dei solventi bagna c o m p l e t a m e n t e i metalli p u l i t i , ma solo par- zialmente se le superfici sono grasse o c o m u n q u e sporche. Di q u i la necessità di sgrassare i metalli p r i m a della verniciatura.
Le vernici q u a n d o a r r i v a n o a l l ' a p p l i c a t o r e con- tengono già u n a p a r t e di solvente, quella che è ser- vita a disciogliere il veicolo e strettamente neces- saria a evitare la gelificazione della vernice. L ' u l - tima p a r t e è aggiunta p r i m a dell'applicazione sia p e r raggiungere il giusto valore di viscosità, sia per correggere certi difetti.
6. - I processi industriali di ver- niciatura.
Come è già stato accennato, affinchè la pellicola di vernice a b b i a u n a azione protettiva, è assoluta- m e n t e indispensabile che essa aderisca fortemente al m e t a l l o .
P e r avere la massima aderenza, il metallo deve essere c o m p l e t a m e n t e privo di grassi ed ossidi.
Trattamenti preliminari della lamiera.
Il t r a t t a m e n t o p r e l i m i n a r e della lamiera riveste d u n q u e carattere di p r i m a r i a i m p o r t a n z a p e r la Fig. 4 - Circuito I. - Camera di appassimento della vernice di fondo.
buona riuscita della v e r n i c i a t u r a . è ovvio che non si p u ò verniciare su superfici oleate ed ossidate, ed è a l t r e t t a n t o facilmente intuibile che delle lamiere che h a n n o subito lo stampaggio e sono passate lungo una linea di assemblaggio che c o m p r e n d e vari tipi di saldature (a p u n t i , a stagno, ecc.) arrivino alla verniciatura in condizioni tali da richiedere un ac- curato lavoro di sgrassatura e deossidazione.
Il processo classico di p r e p a r a z i o n e della la- m i e r a era, sino a pochi anni fa la sgrassatura con benzina seguita d a l l ' a p p l i c a z i o n e di u n a soluzione al 15-20% di acido fosforico in u n a miscela idro- alcoolica, lavaggio con acqua calda ed asciugatura finale. Questo p r o c e d i m e n t o eseguito m a n u a l m e n t e era b u o n o agli effetti adesione della vernice, ma molto costoso p e r la m a n o d ' o p e r a che richiedeva, e lo spreco di materiali ad alto prezzo come la ben- zina. I n o l t r e , dato che le operazioni n o n e r a n o auto- m a t i c h e , la garanzia che il lavoro fosse ben eseguito era molto aleatoria specie in u n a p r o d u z i o n e di g r a n d e serie.
A t t u a l m e n t e , t u t t e le fabbriche d ' a u t o m o b i l i usano processi di fosfatazione e passivazione previa sgrassatura con soluzioni a caldo (60-70°) a base di detersivi alcalini, emulsioni schiumogene ecc. Que- sti t r a t t a m e n t i a base di fosfati di zinco i quali pos- sono essere a caldo o a freddo h a n n o u n a duplice funzione: trasformano t u t t o l'ossido in fosfato e q u i n d i sono disossidanti; inoltre lasciano sulla su- perficie un velo di sali fosfatici che ha azione passi- vante del ferro. Nei p u n t i dove la vernice p u ò ve- nire intaccata p e r scalfittura o rigature o dove n o n r i c o p r e sufficientemente il metallo sottostante, que- sto velo passivante impedisce alla corrosione di p r o - pagarsi sotto lo strato di vernice.
La nostra pratica ha dimostrato che occorre saper scegliere soluzioni adatte e controllare accu- r a t a m e n t e la formazione di questi strati fosfatici p e r c h è , a p p e n a lo spessore di essi supera un valore che deve essere molto piccolo, l'adesione della ver- nice viene compromessa.
A questo scopo occorre controllare accurata- m e n t e , oltre alla concentrazione dei bagni, il grado d ' a c i d i t à , le t e m p e r a t u r e , i t e m p i di p e r m a n e n z a dei diversi bagni ecc.
Vernice di fondo: caratteristiche e processo di ap- plicazione.
Lo scocca, dopo il t r a t t a m e n t o p r e l i m i n a r e , è p r o n t a a ricevere la m a n o di vernice di fondo.
T r a t t a n d o s i qui solo del t i p o di verniciatura a forno con p r o d o t t i a base di resine gliceroftaliche modificate, n o n p a r l e r e m o dell'applicazione della p r i m a m a n o di vernice antiruggine la cui funzione come già detto a suo t e m p o è esplicata dalla stessa vernice di fondo che viene a possedere le due pro- p r i e t à richieste : potere antiruggine e p o t e r e riem- pitivo.
L ' a p p l i c a z i o n e di questa vernice d i p e n d e molto dallo stato superficiale della l a m i e r a . Infatti le ri- ghe p r o d o t t e dai dischi abrasivi o le eventuali on- dulazioni d e t e r m i n a n o lo spessore di vernice che occorre dare affinchè risultino c o m p l e t a m e n t e co- p e r t e .
Occorre o p e r a r e in m o d o che la vernice di fondo soddisfi alle seguenti c a r a t t e r i s t i c h e :
— P r e s e n t a r e buon p o t e r e r i e m p i t i v o ,
— Avere la massima distensione,
— Evitare colature o r a g g r i n z a m e n t i ,
— Essicare in profondità,
— Non assorbire lo smalto che verrà a p p l i c a t o suc- cessivamente,
— Essere facile da carteggiare,
— M a n t e n e r e u n a buona elasticità.
P e r ottenere questo complesso di p r o p r i e t à oc- corre u n a strettissima collaborazione fra i Tecnici addetti al controllo dei m a t e r i a l i , i Capi responsa- bili della lavorazione ed i Tecnici a d d e t t i al con- trollo ed al b u o n funzionamento degli i m p i a n t i .
E s a m i n i a m o u n o ad u n o i fattori che influiscono sulla b u o n a riuscita del processo. Essi sono : P r o d o t t o .
La vernice di fondo, come già accennato, va op- p o r t u n a m e n t e studiata p e r c h è i r a p p o r t i fra il vei- colo, il solvente ed il p i g m e n t o siano tali da facili- t a r e l ' a p p l i c a z i o n e .
Un fondo t r o p p o povero di resina, assorbe lo smalto e mette in evidenza le r i g a t u r e p r o d o t t e dalla c a r t e g g i a t u r a ; t r o p p o ricco richiede maggior t e m p o nella cottura, ed è t r o p p o d u r o da carteg- giare. Il solvente a basso p u n t o d'ebollizione (100°) favorisce l'applicazione p e r c h è non lascia colare la vernice e p e r m e t t e q u i n d i di a p p l i c a r n e u n o strato p i ù spesso; ma p r o d u c e dei fumi che non vengono assorbiti dalla vernice e p r o d u c o n o la così detta « buccia d ' a r a n c i o ».
P e r contro il solvente ad alto p u n t o d'ebolli- zione (180°-190°) favorisce la distensione ma anche le colature.
Una vernice di fondo è t a n t o p i ù riempitiva, q u a n t o p i ù alta è la p e r c e n t u a l e di p i g m e n t o , p e r ò se si eccede si avrà un p r o d o t t o fragile ed assor- b e n t e .
La viscosità della vernice va p u r e accuratamente controllata p e r c h è influisce notevolmente sugli spes- sori che si vogliono ottenere e sulla distensione finale del p r o d o t t o .
S p r u z z a t u r a .
La spruzzatura della vernice è soggetta a delle prescrizioni, che, se n o n vengono rigorosamente os- servate, c o m p r o m e t t o n o la b u o n a riuscita della ver- niciatura anche se i p r o d o t t i sono ottimi.
Un controllo accurato va anche effettuato sugli i m p i a n t i in q u a n t o occorre g a r a n t i r e :
1) l'aria deve a r r i v a r e « secca ». Tracce di u m i d i t à provocano delle « forature »;
2) nella cabina occorre garantire il p i ù pos- sibile u n a t e m p e r a t u r a ed u n a u m i d i t à costante (25°-27° di t e m p . e 40-50% di u m i d i t à ) ; se l'am- biente è t r o p p o « secco » la vernice forma più fa- cilmente la buccia d ' a r a n c i o , se è t r o p p o u m i d o e freddo si ha tendenza alle c o l a t u r e .
La spruzzatura a caldo delle vernici ha preso sviluppo in questi u l t i m i a n n i sia in America che in G e r m a n i a .
T u t t i p e r ò h a n n o limitato l'applicazione agli smalti a base n i t r o in cui il vantaggio è evidente dato il basso contenuto in solidi di questi tipi di vernici, rispetto alle vernici sintetiche, in q u a n t o è noto che la spruzzatura a caldo sfrutta la t e m p e - r a t u r a p e r abbassare la viscosità della vernice ridu- cendo così la q u a n t i t à di solvente.
La F I A T dopo o p p o r t u n i esperimenti ha adot- tato questo tipo di spruzzatura p e r l'applicazione delle vernici di fondo a base gliceroftalica.
Riassumiamo in breve le considerazioni che h a n n o p o r t a t o a queste determinazioni.
Come a b b i a m o accennato p r e c e d e n t e m e n t e , nella vernice di fondo, a p a r i t à di residuo a secco, p i ù forte è la p e r c e n t u a l e di p i g m e n t i e p i ù elevato è lo spessore finale che si o t t i e n e ; p e r ò anche l'as- sorbimento dello smalto è t a n t o p i ù notevole q u a n t o p i ù poroso è il fondo sul quale viene a p p l i c a t o .
Infatti molte fabbriche di a u t o m o b i l i , sia ame- ricane che tedesche, ricorrono ad u n a m a n o di
« Sealer » applicata fra il fondo e lo smalto. Que- sta spruzzatura ha lo scopo di r e n d e r e il fondo p i ù i m p e r m e a b i l e .
Volendo evitare questa m a n o i n t e r m e d i a che ri- chiede ulteriore m a n o d ' o p e r a , cabina e f o r n o di cottura e carteggiatura, i tecnici della F I A T h a n n o voluto riassumere nella vernice di fondo le caratte- ristiche che si h a n n o coll'applicazione del b i n o m i o
« F o n d o + Sealer ».
Si è dovuto q u i n d i innanzi t u t t o , variare la for- mulazione della vernice di fondo a u m e n t a n d o la p e r c e n t u a l e di veicolo; r i p o r t i a m o come esempio i dati di massima a titolo informativo di due prodotti usati :
Caratteristiche
Pigmento . . . Veicolo . . . . Solvente . . . Viscosità a 20° .
Vernice di fondo N. 1 antemodifica pronta all'uso 33
16 51
30" coppa Ford 4
Vernice di fondo N. 2 modificata pronta all'uso 20
33 47
100" coppa Ford 4
Con la vernice di fondo N. 2 applicata a 65-70°
si sono ottenuti con u n a sola m a n o incrociata 0,05- 0,07 m m . di residuo solido sulla lamiera senza p r o - vocare colature.
In pratica si è poi anche constatato c h e , va- riando o p p o r t u n a m e n t e i solventi, con l'applica- zione a caldo si riesce ad ottenere u n a distensione notevolmente migliore.
Questo fattore è i m p o r t a n t e nella vernice di fondo in q u a n t o facilita notevolmente l'operazione di carteggiatura.
L ' a u m e n t o della resina nella vernice di fondo richiede, come logico, maggior t e m p o nella c o t t u r a ; si è riusciti ad evitare di allungare il forno di cot- tura i n t r o d u c e n d o nella p r i m a p a r t e del forno ad aria calda u n a batteria di piastre a raggi infrarossi.
Fig. 5 - Circuito II. - Carteggiatura meccanica.
C a r t e g g i a t u r a .
L ' i m p o r t a n z a della carteggiatura è notevole p e r la b u o n a riuscita del processo di verniciatura. Essa serve a livellare bene il fondo in m o d o che le riga- t u r e della lamiera n o n siano p i ù visibili; livella la
« buccia d'arancio » in m o d o che non si sovrap- ponga a quella che si forma con l'applicazione dello smalto di finitura; ed infine favorisce l'ancoraggio dello smalto.
La scelta della carta abrasiva è p u r e i m p o r t a n t e ; è logico che usando carte con abrasivi a grana grossa (220-240) si accelera la lavorazione, ma si p r o d u c o n o rigature t r o p p o profonde. Carte a grana fine (400-600) d a n n o u n a ottima finitura ma ri- chiedono u n t e m p o t r o p p o elevato.
La pratica ha dimostrato che b u o n i risultati si ottengono con le grane 320-360, e questi t i p i sono di uso generale p e r la carteggiatura delle vernici di fondo.
L ' i n d u s t r i a m o d e r n a usa p e r la carteggiatura delle grandi superfici, m a c c h i n e a vibrazione con c o m a n d o p n e u m a t i c o .
Smalto di finitura: caratteristiche e applicazione.
Il sistema di verniciatura con smalti sintetici cotti al forno richiede che questa applicazione venga fatta colla massima c u r a . Gli smalti a base nitrocellu- losa vengono ancora carteggiati e lucidati con pasta e p o l i s h ; lo smalto sintetico, n o .
Ogni a n o m a l i a : scarsa distensione, formazione di fori, colature, « p u n t e di spillo » dovute a pol- vere, che possono essere tollerati nelle verniciature alla n i t r o , nel nostro caso provocano lo scarto.
Queste scocche v a n n o n u o v a m e n t e carteggiate e spruzzate. è q u i n d i facilmente comprensibile come
ATTI E RASSECNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953 ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953
393
C o t t u r a .
392
Fig. 6 - Circuito II e III. - Incroci sopraelevati sul lato di testa e stazione di collaudo.
gli accorgimenti richiesti nella verniciatura del fondo, n e l l ' a p p l i c a z i o n e dello smalto vadano mol- tiplicati.
Pulizia, t e m p e r a t u r a , grado igrometrico della cabina, assenza d ' u m i d i t à n e l l ' a r i a di atomizza- z i o n e ; q u a n t i t à di vernice, pressione d e l l ' a r i a , t e m p o che intercorre fra la p r i m a e la seconda m a n o , e fra la seconda m a n o e l ' e n t r a t a nei forni, abilità degli o p e r a i ; scelta delle vernici e dei solventi p i ù adatti, con relative viscosità, a n d a m e n t o della tem- p e r a t u r a nei forni, velocità d'evaporazione dei sol- venti, aspirazione dei vapori nei forni di cottura sono t u t t i elementi che bisogna conoscere e domi- n a r e se si vogliono evitare scarti.
B u o n i risultati si sono ottenuti i n t e r p o n e n d o fra la cabina di spruzzo ed il forno di cottura u n a ca- m e r a di « appassimento ». Questa c a m e r a , m a n t e - n u t a ad u n a t e m p e r a t u r a di 30-35°, è provvista di camini d'aspirazione a tiraggio n a t u r a l e .
Le scocche che p e r m a n g o n o in questa camera p e r 5' p e r d o n o la p a r t e p i ù leggera del solvente;
questo fa si che e n t r a n d o nel forno di cottura gli smalti n o n formino u n a « crosta » d u r a superficial- m e n t e col pericolo della formazione di « crateri » dovuti al solvente p i ù pesante che r i m a n e imprigio- nato sotto lo strato superficiale già p r e c e d e n t e m e n t e semi-indurito.
I n o l t r e , siccome i v a p o r i di solvente nei forni
d'essicazione vanno aspirati, tanto minore è la quantità di solvente che entra nel forno tanto mag- giore è la sicurezza di ottenere buoni risultati.
Cottura dello smalto.
I forni di cottura dello smalto sono ad aria calda; non si sono ancora introdotte piastre a raggi infrarossi in quanto, in un ciclo a catena è impos- sibile avere una distanza uniforme delle piastre da tutte le varie superfici della scocca. Di conseguenza si avrebbero zone cotte con temperature variabili e questo non facilita l'uniformità dello strato di smalto agli effetti distensione, brillante e uniformità di tinta.
L'andamento delle temperature nei forni di cot- tura deve essere attentamente studiato in rapporto alla qualità delle resine impiegate e specialmente ai tipi di solvente usati ed allo spessore del film. Si è constatato che partendo da una temperatura di 90°
ed arrivando gradualmente, in circa 5' a 130° si ot- tengono i migliori risultati.
Una essicazione troppo rapida può provocare fori dovuti a scoppio; una polimerizzazione insuffi- ciente come tempo o temperatura, che interessi solo lo strato superficiale senza agire in profondità, pro- voca, col tempo, la formazione di fessure superfi- ciali più o meno profonde a seconda dello spessore del film.
Verniciatura ebanisteria e ruote.
Questi particolari della carrozzeria a u t o m o b i l e vengono verniciati con cicli p r o d u t t i v i semplificati.
N e l l ' e b a n i s t e r i a , che n o n è esposta agli agenti a t m o - sferici e in cui p r e d o m i n a perciò il p r o b l e m a este- tico, viene eliminata la vernice di fondo. La p r e p a - razione della lamiera invece subisce il ciclo delle scocche. La spruzzatura p u ò venire fatta in alcuni casi con processi elettrostatici consistenti nel creare un forte c a m p o elettrostatico fra l'atomizzatore e l'oggetto da verniciare messo a t e r r a . La forza di questo c a m p o trasforma la vernice in u n o spruzzo di finissime particelle caricate e crea u n a attrazione che spinge le goccioline a depositarsi in m o d o per- fetto sull'oggetto da verniciare.
Nelle r u o t e , dove il p r o b l e m a estetico è m e n o i m p o r t a n t e , si fa a m e n o della vernice di fondo.
P e r questi accessori di dimensioni ridotte ri- spetto alle scocche ha g r a n d e i m p o r t a n z a la mecca- nizzazione del t r a s p o r t o .
Diluizione centralizzata dei prodotti.
Ancora oggi nelle piccole industrie è radicato il sistema che il verniciatore si diluisce il p r o d o t t o come preferisce. Questo è un retaggio della appli- cazione a pennello in cui si richiede a l l ' o p e r a i o u n a maggiore specializzazione e perciò la diluizione della vernice avviene a seconda delle a b i t u d i n i e capacità personali. è ovvio che questo non è possi- bile negli stabilimenti dove si lavora in serie; in questo caso è indispensabile avere u n a sala di p r e - p a r a z i o n e in cui vengano rigorosamente eseguite le diluizioni dei p r o d o t t i in m o d o u n i f o r m e e facil- m e n t e controllabile dai tecnici a d d e t t i ai processi di verniciatura.
La F I A T dispone di u n a centrale vernici con 18 g r u p p i di mescolatori.
Ogni g r u p p o è formato da due vasche in cui la vernice viene diluita alla viscosità v o l u t a ; la pre- senza di 2 mescolatori p e r ogni g r u p p o è indispen- sabile p e r c h è , m e n t r e viene spruzzata la vernice con- t e n u t a in u n o di essi, l ' o p e r a i o p r e p a r a il secondo.
Detti mescolatori sono collegati fra di loro p e r cui non si h a n n o i n t e r r u z i o n i .
La vernice p r o n t a all'uso viene a u t o m a t i c a m e n t e filtrata e p o m p a t a d i r e t t a m e n t e nelle cabine di spruzzatura m e d i a n t e tubazioni in r a m e di andata e r i t o r n o .
7. - L'impianto di verniciatura del- lo Stabilimento Fiat Mirafìori.
L ' i m p i a n t o di verniciatura della F I A T Sezione Auto è stato costruito n e l l ' a n n o 1950 ed ha u n a po- tenzialità di circa 640 scocche in 15 ore.
T r a n n e che sul lato di testa, dove avviene lo smistamento delle scocche, l ' i m p i a n t o è circondato da pareti vetrate. Ciò ha lo scopo di r i d u r r e al mas- simo gli scambi coll'esterno (ingresso di polvere dagli i m p i a n t i attigui).
Nella p i a n t a di fig. 1, si n o t a n o anzitutto i 3 circuiti di verniciatura delle scocche. Al I circuito convergono dal p o l m o n e , le scocche n u d e c h e , d o p o
alcune fasi p r e p a r a t o r i e , e n t r a n o nella grande gal- leria dove avviene il processo di fosfatazione a spruzzo (fig. 2). Seguono : il forno 1 di asciugatura, la cabina N. 1 dove le saldature a stagno di riem- p i m e n t o fra le lamiere vengono sigillate con ver- nici speciali, la cabina N. 2 nella quale si vernicia il fondo della scocca. Si h a n n o poi la cabina N. 3, dove viene spruzzata a caldo la vernice di fondo (in fig. 3 che mostra la cabina dal lato ingresso, sono ben visibili in alto a sinistra gli a p p a r e c c h i B e d e p e r il riscaldamento della vernice), la camera di « appassimento » (fig. 4) e il forno N. 2 p e r la cottura della vernice di fondo. Il percorso su que- sto p r i m o circuito t e r m i n a con un p r i m o collaudo p e r la ricerca e la riparazione di eventuali piccoli difetti della lamiera che solo a questo p u n t o , dato lo stato già r e l a t i v a m e n t e lucido conferito dalla ver- nice di fondo, possono essere rivelati.
Le scocche vengono q u i n d i immesse sul secondo circuito, che inizia con la carteggiatura della ver- nice di fondo (fig. 5) eseguita con levigatrici mecca- niche in presenza d ' a c q u a . Segue u n a carteggiatura di revisione a m a n o , q u i n d i il lavaggio, l'asciuga- t u r a (forno N. 3) e la strofinatura, p u r e eseguita m a n u a l m e n t e . Si ha poi l'applicazione della vernice a finire (smalto), nella cabina N. 4, l'« appassi- m e n t o » e q u i n d i la cottura dello smalto nel forno N. 4. Il circuito t e r m i n a con le operazioni di col- l a u d o (fig. 6) e con esso il ciclo di verniciatura. Le scocche vengono q u i n d i p o r t a t e nel p o l m o n e di rac- colta.
Il terzo circuito è integrativo del secondo, di cui ha potenzialità m i n o r e , ed è adibito s o p r a t t u t t o alle scocche p i ù grandi.
Fig. 7 - Sottopiano - Centrale preparazione vernici.
Fig. 8 - Laboratorio chimico.
Analogamente al circuito I I , vi si eseguono so- stanzialmente la carteggiatura meccanica e u n a re- visione m a n u a l e , l'applicazione dello smalto nella cabina N. 5 e la cottura di esso nel forno N. 6.
Oltre ai 3 circuiti p e r le scocche, vi è un circuito a t r a s p o r t a t o r i m o n o r o t a i a p e r la verniciatura del- l'ebanisteria e u n a linea p e r la verniciatura bico- lore.
Nel sottopiano vi è l ' i m p i a n t o p e r la verniciatura delle r u o t e . Qui, oltre ai complessi servizi richiesti p e r il funzionamento di un così vasto i m p i a n t o , vi è p u r e la centrale di p r e p a r a z i o n e delle vernici (fig. 7) (diluizione ed eventuali correzioni) e di pompaggio alle cabine.
L ' i m p i a n t o di verniciatura è dotato di un pic- colo laboratorio p e r la determinazione di alcune caratteristiche delle vernici ( p o t e r e c o p r e n t e , dilui- bilità, capacità di distensione ecc.) (fig. 8).
L'energia termica necessaria p e r il riscaldamento degli stadi di fosfatazione, dei forni di cottura delle vernici, dei forni di asciugatura e delle cabine di spruzzatura proviene sotto forma di v a p o r e a 200°
dalla centrale termoelettrica. La sottocentrale ter- mica annessa a l l ' i m p i a n t o di verniciatura ha fun- zione di smistamento e riduzione del v a p o r e . Essa possiede tuttavia a n c h e due caldaie elettriche p e r produzione di vapore nei casi di emergenza.
Una p a r t e di questa energia proviene anche da gas i l l u m i n a n t e e u n a piccola p a r t e da energia elet- trica ( r a d i a t o r i a piastre).
Una notevole massa d ' a r i a è messa in movimento p e r il condizionamento delle cabine di s p r u z z a t u r a , lo smaltimento dei v a p o r i di solventi dai forni di cottura e il necessario a p p o r t o di aria p e r la cottura stessa.
L ' a r i a p e r le cabine di s p r u z z a t u r a , d o p o essere stata prelevata dall'esterno e prefiltrata, passa ne- gli scambiatori p e r il condizionamento della tem- p e r a t u r a , q u i n d i viene convogliata da soffiatori, e n t r o la cabina attraverso il soffitto costituito da u n a seconda serie di filtri (fig. 3).
La corrente d ' a r i a avvolge le scocche d a l l ' a l t o al basso, q u i n d i attraverso la griglia del p a v i m e n t o , sotto cui subisce un lavaggio in corrente d ' a c q u a ,
e l ' i n t e r c a p e d i n e delle p a r e t i laterali viene aspirata da p o m p e t i p o « Buffalo » ed eliminata (fig. 9).
Nel complesso le cabine sono in pressione, per- chè la potenza dei soffiatori p r e d o m i n a su quella degli aspiratori.
A dare u n ' i d e a della grandiosità d e l l ' i m p i a n t o oltre alle figure valgono le cifre r i p o r t a t e in calce a fig. 1.
8. - Le prove di Laboratorio.
Da q u a n t o è stato scritto nei precedenti capitoli, risulta in t u t t a la sua i m p o n e n z a il p r o b l e m a del controllo dei m a t e r i a l i e dei processi usati nella verniciatura.
Solo prove significative e r i p r o d u c i b i l i , metodi- camente r i p e t u t e , possono assicurare la costanza dei risultati in u n a serie di processi così complessi come quelli testè descritti. In questa m a t e r i a n o n sono a disposizione delle prove rigorose e normalizzate come n e l c a m p o dei metalli, ma le prove sono ne- cessariamente e m p i r i c h e : f o r t u n a t a m e n t e invece in questo c a m p o c'è u n a b u o n a rispondenza fra i ri- sultati sul provino e quelli in vera scala sull'intera carrozzeria. Il successo p r o d u t t i v o si basa d u n q u e u n i c a m e n t e sulla felice scelta di m e t o d i di prova che siano in b u o n a correlazione con il comporta- m e n t o p r a t i c o .
Dal p u n t o di vista d e l l ' u t i l i z z a t o l e vi sono due generi di p r o v e :
a) prove sui p r o d o t t i vernicianti p r i m a del- l ' a p p l i c a z i o n e ;
b) prove sui m a t e r i a l i d o p o l'applicazione.
Le prove a) c o m p r e n d o n o sostanzialmente l'ana- lisi chimica.
La separazione dei p i g m e n t i dalla vernice è fatta n o r m a l m e n t e p e r centrifugazione. I solventi si separano invece p e r distillazione. P e r l'analisi del veicolo valgono i consueti m e t o d i della chimica organica integrati da m e t o d i fisici.
F r a questi m e t o d i fisici un posto particolare me- rita l'analisi p e r mezzo di spettrografia all'infra- rosso. Dal dominio della ricerca p u r a , questo me- todo è e n t r a t o solo di recente n e l c a m p o pratico.
Ogni sostanza organica ha un suo caratteristico spet- t r o di assorbimento nell'infrarosso ed esistono a l l ' u o p o degli atlanti che raccolgono questi spettri p e r u n grande n u m e r o d i sostanze p u r e .
F r a le prove b) un g r u p p o t e n d e a stabilire le caratteristiche applicative della vernice. F r a esse r i c o r d i a m o :
— P r o v a di d i l u i b i l i t à : serve a stabilire quale te- nore di sostanze volatili richiede la vernice per avere la giusta viscosità di applicazione. La mi- sura di viscosità cinematica viene p r a t i c a m e n t e eseguita con un viscosimetro a efflusso (coppa F o r d ) .
— Capacità di distensione: p e r le vernici a spruzzo non richiedenti levigatura finale come le glice- roftaliche, è dannosa agli effetti estetici la for-
mazione di « buccia d'arancio ». La F I A T va- luta la tendenza alla formazione di essa, p r e p a - r a n d o in condizioni di spruzzatura ben control- lata (pressione d ' a r i a , viscosità, distanza della pistola, n u m e r o di passate) un provino su sup- p o r t o di vetro p i a n o . P e r l ' a p p l i c a z i o n e si usa un a p p a r e c c h i o che fa m u o v e r e il provino da- vanti alla pistola a velocità u n i f o r m e . La valu- tazione della buccia di arancio è fatta p e r con- fronto, ma si tende a sostituirla con u n a m i s u r a assoluta.
— T e m p o di c o t t u r a : viene d e t e r m i n a t o p e r le vernici a forno, controllando l ' a n d a m e n t o du- rezza-tempo (a p a r i t à di t e m p e r a t u r a ) o durezza- t e m p e r a t u r a (a p a r i t à di t e m p o ) .
— Caratteristiche di carteggiatura ( p e r i fondi): si valuta con il peso di m a t e r i a l e asportato da u n a carta abrasiva di caratteristiche n o t e e sotto mo- dalità di abrasione d e t e r m i n a n t e .
I n v e r s a m e n t e , con u n a vernice di definite carat- teristiche, si p u ò valutare l'attività di u n a carta abrasiva.
— Potere c o p r e n t e : la prova è eseguita stendendo la v e r n i c e , g e n e r a l m e n t e con un a p p l i c a t o r e a coltello, su u n a a p p o s i t a superficie c o n t r a s t a t a a zone bianche e n e r e . Il potere coprente è valu- tato sulla riduzione di contrasto conseguita tra zone bianche e n e r e .
Un altro g r u p p o di p r o v e t e n d e a stabilire le caratteristiche della vernice d o p o applicazione.
Queste p r o v e si eseguono su provini che sono stati p r e p a r a t i esattamente col ciclo seguito in p r o d u - z i o n e , sia p e r il s u p p o r t o che p e r i vari strati di vernice, spessore e m o d a l i t à di cottura.
F r a esse si ricorda :
— D u r e z z a : esistono metodi sclerometrici e metodi basati sullo s m o r z a m e n t o di un p e n d o l o (deri- vato d a l l ' H e r b e r t , usato un t e m p o p e r i me- talli). Un altro m e t o d o , e m p i r i c o , ma assai utile p e r c h è r e n d e possibile la valutazione di du- rezza in loco, su carrozzerie verniciate, c o m p o r t a l'uso di u n a serie di m a t i t e di t u t t e le durezze.
Il g r u p p o di m a t i t e r a p p r e s e n t a u n a serie di Mohs.
La durezza si esprime con la sigla della mina p i ù d u r a che non scalfisce il film. La serie da B a 3H ( 1 4 ÷ 2 8 Vickers) copre c o m p l e t a m e n t e il c a m p o di durezza delle vernici.
— Elasticità e aderenza al s u p p o r t o : n o n è facile separare la misura di queste grandezze.
P e r la valutazione esistono un m e t o d o dinamico e m e t o d i statici.
Il p r i m o consiste in u n a prova di u r t o m e d i a n t e un peso cadente da altezza n o t a . F r a i secondi ri- cordiamo la prova di i m b u t i t u r a secondo Erichsen.
P i ù idoneo è p e r ò il m e t o d o di avvolgere su un m a n d r i n o conico il provino con la vernice all'e- sterno (Arlt).
P o i c h è la vernice viene in t a l m o d o stirata in misura diversa da p u n t o a p u n t o e calcolabile dallo spessore del s u p p o r t o e dal d i a m e t r o di avvolgi-
m e n t o , si p u ò stabilire quale è lo stiramento mas- simo che la vernice p u ò subire sul r a p p o r t o senza r o m p e r s i .
N e l l ' a p p a r e c c h i o Arlt la vernice subisce da u n ' e s t r e m i t à a l l ' a l t r a del m a n d r i n o conico u n o sti- r a m e n t o compreso fra 2 e 2 0 % (con u n o spessore di s u p p o r t o di 0,8 m m . ) .
Siccome nel p i e g a m e n t o vi è anche u n a flessione, u n a insufficiente aderenza della vernice conduce a un distacco o a sfaldamento e p e r t a n t o la prova dà p u r e un indice dell'adesione.
La misura dell'adesione p u r a è generalmente difficile. I metodi quantitativi sono assai complicati e poco pratici.
Due m e t o d i basati sul distacco, il p r i m o p e r vi- brazioni a frequenza ultrasonica e il secondo p e r centrifugazione su u n a sfera posta in r a p i d a rota- zione ( d i a m e t r o sfera circa 6 m m . , velocità 2 mi- lioni di giri al m i n u t o ) p e r mezzo di un c a m p o ma- gnetico r o t a n t e , h a n n o p i ù interesse scientifico che p r a t i c o .
— Brillantezza: esistono sia metodi soggettivi ba- sati sulla nitidezza di u n a i m m a g i n e riflessa dalla superficie verniciata, sia m e t o d i oggettivi.
Il reflettometro a cellula fotoelettrica è fra i m e t o d i oggettivi il mezzo p i ù comodo e sicuro;
la misura è fatta v a l u t a n d o la p e r c e n t u a l e di luce regolarmente riflessa dalla superficie.
G e n e r a l m e n t e l'angolo di incidenza è di 60°. Si esprime il risultato come p e r c e n t u a l e della luce ri- flessa dal provino rispetto a quella riflessa nelle stesse condizioni da un vetro n e r o a superficie otti- camente lavorata, di cui è calcolabile esattamente il p o t e r e riflettente colla legge di Fresnel.
Le p r o v e descritte sono la m i s u r a di a l t r e t t a n t e p r o p r i e t à del film. Siccome queste p r o p r i e t à sono soggette a degradazione in seguito all'invecchia- m e n t o esse sono r i p e t u t e anche dopo la prova di invecchiamento.
In t e m a di controllo r i c o r d i a m o quello dello strato fosfatico sulle l a m i e r e di ferro. P e r r e n d e r n e possibile l'osservazione microscopica se ne fa u n a r i p r o d u z i o n e in materia plastica t r a s p a r e n t e (re- plica). Una goccia di u n a soluzione di acetato di cellulosa viene posta sulla lamiera fosfatizzata e u n a pellicola p u r e di acetato viene posata sopra la goc- cia e p r e m u t a . D o p o essicazione essa p u ò agevol- m e n t e staccarsi e consente l'osservazione col micro- scopio a contrasto di fase.
Prove accelerate di invecchiamento artificiale.
Gli agenti distruttivi n a t u r a l i tipici sono: la luce del sole, la pioggia, gli sbalzi di t e m p e r a t u r a , l ' u m i d i t à , i gas d e l l ' a r i a , ossigeno in p a r t i c o l a r e . Non sono esclusi altri agenti solo sporadicamente presenti nell'atmosfera o a carattere locale, sia na- t u r a l i (ozono d u r a n t e i t e m p o r a l i , salsedine presso il mare) che artificiali ( p e r es. fumi in zone indu- striali).
Questi agenti h a n n o ciascuno u n a p r o p r i a atti- vità distruttiva, ma la loro combinazione n o n agisce
ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953 ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953
