LE APPLICAZIONI DEL PLASMA QUALE STRUMENTO DI INNOVAZIONEPER LE PMI PIEMONTESI. Il trattamento delle polveri a che scopo? Ing.

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Guglielmo Farina
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1 LE APPLICAZIONI DEL PLASMA QUALE STRUMENTO DI INNOVAZIONEPER LE PMI PIEMONTESI Il trattamento delle polveri a che scopo? Ing. Danilo Musella Torino 27/05/2014

2 Azienda Diener electronic Comparazione tra tecniche di attivazione Costi di processo in bassa pressione Aplicazioni Trattamenti al plasma di polveri Torino,

3 Diener electronic GmbH & Co. KG We did move our company to our new premises in January ,500 m² total space Torino,

4 Reattori al plasma: - Vendita, Vendita a rate, Noleggio Servizi: - Sviluppo di processo - Consulenza - Trattamento conto terzi Torino,

5 Torino,

6 In low pressure plasma a gas under vacuum is excited by some supply of energy. Energyrich ions and electrons are created along with other reactive particles that form the plasma. By impact of these species, surfaces can be modified very efficiently. There are three basic plasma effects in the low pressure plasma micro sandblasting chemical reaction UV radiation Torino,

7 PlasmaBeam PC PlasmaBeam PlasmaBeam Duo, double nozzle arrangement Torino,

8 Low pressure- and atmospheric plasma practically every kind of material can be precision cleaned with plasma Low pressure plasma plastics, semiconductors, glass, ceramics, hybrid materials Low pressure- and atmospheric plasma practically every material can be activated with plasma Low pressure plasma all technical materials, metals, glass, ceramics Torino,

10 Torino,

11 Di seguito sono elencate le tecniche di trattamento, in ordine crescente di efficienza ed in ordine crescente di costo di impianto (il costo di impianto va comunque considerato in base ad altri fattori; es. Tipo di applicazione, oggetto da trattare, integrazione, tempo ciclo etc.) 1. Flammatura 2. Trattamento corona 3. Plasma atmosferico 4. Plasma a bassa pressione Trattamento 2D Pulizia: no Attivazione: si (bassa efficienza) Necessità robot & integrazione : si Consumabile: gas Introduce temperatura: si Sicurezza: bassa Trattamento 2D Pulizia: no Attivazione: si (media efficienza) Necessità robot & integrazione : si Consumabile: nessuno Introduce temperatura: no Sicurezza: alta Trattamento 2D Pulizia: si Attivazione: si (alta efficienza) Necessità robot & integrazione : si Consumabile: atm/ o2 Introduce temperatura: si Sicurezza: alta Trattamento 3D Pulizia: si Attivazione: si (massima efficienza) Necessità robot & integrazione : no Consumabile: O2 Introduce temperatura: no Sicurezza: alta

12 Forza di adesione: Se la fiammatura da risultati di adesione sufficienti, le altre tecniche daranno risultati di adesione superiori. Uniformità di trattamento: 1) Fiammatura, Trattamento corona & Plasma atmosferico, sono trattamenti Bi-dimensionali. L uniformità e l efficienza del trattamento dipendono dalle velocità di trattamento (velocità robot) e dalla distanza dal substrato. Questo rende la messa a punto di processo più lunga e il processo è suscettibile a variabilità dovuta alla geometria variabile dei componenti e/o alla loro deformazione. 2) Plasma sottovuoto è un trattamento tri-dimensionale (i componenti Vengono introdotti in un volume di gas plasma che li tratta uniformemente e ripetibilmente indipendentemente dalla geometria, sull intera superficie.

13 1. Fiammatura, Trattamento corona, Plasma atmosferico, vengono montati su robot. I costi dell impianto vengono guidati dal numero di robot e dai costi di integrazione. Ogni stazione, 1 o 2 robot, è dedicata ad un unico tipo di componente 1. Plasma sottovuoto I costi sono relativi alla dimensione della camera (quanti componenti vengono trattati contemporaneamente). L impianto può trattare qualsiasi componente che riesce a contenere, e trattare simultaneamente differenti materiali (es. Paraurti, parabrezza, parti interne, ecc.) Torino,

14 COSTO OPERATIVO PER USO SISTEMA AL PLASMA TETRA 100 PC LF Descrizione Calcolo Costo per processo Ammortamento Costo consumo Gas ESMPIIO 1: Attivazione al plasma con TETRA 30 PC LF Ammortamento approssimativo annuo in 5 anni circa di EUR Gas processo ossigeno Consumo ca. 0.1 l /min. Consumo di gas per processo = 2 l / processo Costo per l di ossigeno ca. 40 EUR Per processo Euro 40 /10000 l x 2 l = 0,008 cent/proc. CARICO PER Vs. CAMPIONI: 39336,39337,43840, Carico con camera standard profondità 370 mm (5.1) -> 25 pz. per piano = Tot 75 pz. Carica Costo consumo energetico Consumo medio per processo P = ca. 2.5 kwh Totale processo: 20 min. Carico con camera Energia: standard W = P profondità x t =2.5 kw x 1/3h 626 = mm 0.83 kwh (5.2) -> 45 pz. per piano = Tot 135 pz. Carica Prezzo elettricità: EUR 0.20 /kwh Costo consumo energetico: 0.83 kwh x EUR 0.11 = EUR 0.09 Lunghezza processo 20 min. EUR 1.81 EUR 0.01 EUR 0,09 Raffreddamento Nessun consumo EUR 0,00 Aria compressa Nessun consumo EUR 0,00 Manutenzione Costo annuo manutenzione EUR 2000 EUR 0,36 TOTALE Costo totale per processo EUR 2,27 Torino,

16 Torino,

17 Torino,

18 Torino,

19 Torino,

31 Lavaggio 1 fase di sgrassaggio + 3 fasi di risciacquo asciugatura Fiammatura (deformazioni?) Raffreddamento e deionizzazione Verniciatura Polimerizzazi one Primer Controllo bagnabilità

32 Lavaggio 1 fase di sgrassaggio + 3 fasi di risciacquo asciugatura Fiammatura (deformazioni?) Raffreddamento e deionizzazione Polimerizzazi one Primer Controllo bagnabilità

33 Plasma Pulizia da polveri e particelle inorganiche (aria compressa) Verniciatura

34 Il trattamento delle polveri a che scopo? Torino,

35 Trattamento al plasma a bassa pressione di materiali in polvere soluzioni nelle applicazioni di adesione e bagnabilità La tecnologia al plasma offre i seguenti vantaggi : Tecnologia ecologica per il trattamento superficiale Processo più efficace con un'ampia gamma di parametri di processo Sistema di miscelazione per superare il fenomeno di aggregazione e dimensioni superficiali delle polveri da trattare Torino,

36 Materiali Trattati Il trattamento è adatto soprattutto per poliolefine ( LDPE, LLDPE, HDPE, UHMWPE, PP) e SBR per dimensione di particelle che vanno da micrometri fino a pellets. Trattamento di polveri nell industria alimentare Il trattamento di nano materiali e nano particelle ( Nanotubi, Grphene etc.) Trattamento di polveri nel settore farmaceutico Altre possibili applicazioni Torino,

37 Effetti del trattamento al plasma sui polimeri in polvere Le proprietà superficiali vengono modificate da nuovi gruppi funzionali (principalmente OH) che si legano alla catena polimerica. Plasma + Gas di processo Reazione chimica sulla superficie Nuovi gruppi funzionali sulla catena polimerica - es gruppi OH Torino,

38 Effetti del trattamento al plasma sui polimeri in polvere Il materiale in polvere presenta elevata energia superficiale Incremento della bagnabilità della superficie Miglioramento della capacità di dispersione delle polveri Miglioramento delle caratteristiche di adesione Torino,

39 Utilizzo industriale di polveri trattate al plasma Soluzione di problemi attuali o a lungo termine Nuove alternative per i prodotti attuali Nuovo prodotto / ampliamento gamma prodotti Utilizzo di materiali differenti o meno costosi Torino,

40 Utilizzo industriale di polveri trattate al plasma Additivi per vernici Colle Inchiostri da stampa Lavorazione della gomma Dispersione eccellente senza agenti dispersivi Il polimero viene miscelato senza agglomerazione e bolle d aria. Minor consumo della polvere per garantire l effetto richiesto Dispersione in acqua di PE in polvere trattata al plasma (sinistra) e la polvere non modificato (a destra) Torino,

41 Applicazioni di PE trattato al plasma Vernici Stampaggio

Trattamento al plasma di CNT La generazione di differenti gruppi funzionali sulla superficie dei CNT cambia non solo le proprietà chimiche superficiali ma

42 Trattamento al plasma di CNT La generazione di differenti gruppi funzionali sulla superficie dei CNT cambia non solo le proprietà chimiche superficiali ma anche le caratteristiche elettriche e strutturali Possibili applicazioni: Celle a combustibile Differenti processi al plasma in bassa pressione Torino,

43 Describe your application - We ll be happy to work out solutions. Grazie per la cortese Attenzione!

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