L’accumulo delle cariche elettrostatiche sui diversi materiali

L’accumulo di energia elettrostatica è un fenomeno che si verifica con frequenza nelle industrie dell’automazione. Ma da cosa è provocato? Quando si lavorano ad alta velocità materiali neutri come carta e plastica, per esempio, è possibile che questi subiscano pressioni tali da causare uno squilibrio elettrico dei loro atomi, il quale porta alla formazione di carica elettrostatica.

Inizialmente, l’energia elettrostatica può passare inosservata, ma se continua ad accumularsi può raggiungere livelli critici, danneggiare le attrezzature e interferire con il processo produttivo.

I settori che subiscono maggiormente le conseguenze di questo fenomeno sono quelli del packaging, della stampa, del tessile e del converting, cioè settori in cui vengono lavorati materiali neutri, appunto carta e plastica, ma anche tessuti.

Esploriamo insieme il fenomeno dell’accumulo di cariche elettrostatiche per capire come prevenirlo e gestire i problemi che ne derivano.

Fattori che influenzano l’accumulo di cariche elettrostatiche

L’energia statica in azienda si accumula quando i macchinari generano una pressione sul materiale neutro, tale da causare la sottrazione di elettroni dagli atomi e la rottura dell’equilibrio elettrico. Questo fenomeno può, a sua volta, creare forze di attrazione e repulsione tra i corpi, provocando vari problemi alla produzione.  

I fattori alla base di questo fenomeno sono diversi. Primo fra tutti la natura stessa del materiale e le sue caratteristiche chimico-fisiche. Infatti, i corpi conduttori (rame, argento, zinco…) dove gli elettroni sono liberi di muoversi, permettono una facile dispersione della carica elettrica che attraversa il materiale. Nei materiali isolanti (carta, plastica e tessuti), al contrario, gli elettroni hanno poca libertà di movimento e questo impedisce il passaggio della corrente elettrica, che rimane quindi imprigionata e genera carica elettrostatica.

Anche l’umidità e le condizioni ambientali sono strettamente correlati all’accumulo delle cariche. Quando il clima è secco, la probabilità che si formi energia statica è alta, mentre in un ambiente con umidità relativa superiore al 60%, l’acqua agisce come un conduttore, impedendo la formazione delle cariche.

Gli effetti dell’accumulo di cariche elettrostatiche su diversi materiali

L’accumulo di cariche elettrostatiche può causare problemi che possono andare dalla riduzione della qualità della produzione a problemi di sicurezza per gli operatori. Gli effetti sono diversi, anche a seconda del materiale coinvolto: per esempio il film plastico attira impurità, i fogli di carta tendono a disallinearsi durante le fasi di taglio o di rilegatura, l’inchiostro usato nella stampa può lasciare sbavature.

Ecco un elenco dei problemi più comuni legati all’accumulo dell’energia statica sui materiali neutri:

• Incendi ed esplosioni: le cariche elettrostatiche, che si accumulano in presenza di polveri o altre sostanze infiammabili, potrebbero generare delle scintille che, a contatto con le particelle, possono innescare detonazioni.
• Scosse agli operatori: si possono verificare quando gli addetti si avvicinano alla zona elettrificata per ritirare i prodotti. La scossa subita non è molto forte, ma può avere conseguenze più serie se la persona ha una reazione improvvisa, perché potrebbe cadere, ferirsi o ferire altri colleghi. 
• Attrazione di contaminanti come polvere, pelucchi e altre impurità: le forze di attrazione generate dall’energia elettrostatica possono attirare sui materiali impurità che aderiscono al prodotto e lo contaminano.
• Rallentamento – o interruzione – dei processi di produzione: le forze di attrazione o di repulsione create dell’energia elettrostatica fanno incollare i materiali tra di loro o fuoriuscire i liquidi dagli stampi di riempimento costringendo l’operatore a fermare l’impianto o a ridurre la velocità di produzione per risolvere il problema.
• Aumento degli scarti di produzione: la contaminazione delle polveri e il danneggiamento dei materiali (come indicato nei punti precedenti) hanno un impatto negativo sulla qualità del prodotto finito, che dovrà essere scartato.

Non ci sono però solo lati negativi. Esistono casi in cui le cariche elettrostatiche possono essere utilizzate a nostro vantaggio per migliorare alcuni processi di produzione. Infatti, è possibile utilizzare strumenti che possono generare e controllare l’energia statica per unire, quando necessario, due materiali e consentire il corretto svolgimento di diverse fasi produttive. Si tratta di dispositivi generatori, che applicano le cariche per tutta la durata della lavorazione e per il tempo necessario, evitando l’uso di colle o adesivi.

Metodi per prevenire l’accumulo di cariche elettrostatiche

Esistono diverse tecniche da adottare per evitare l’accumulo di cariche elettrostatiche sulle varie superfici. Una soluzione può essere l’utilizzo di materiali antistatici e il controllo costante del livello di umidità relativo all’interno dello stabilimento, attraverso l’umidificazione dell’ambiente. 

In alternativa, si possono impiegare additivi antistatici: agenti chimici da aggiungere ai prodotti o alle sostanze lavorate per ridurre la tendenza ad accumulare energia elettrostatica. Questi prodotti migliorano la conduttività della superficie dei materiali neutri e riducono la loro resistività elettrica, favorendo la dissipazione della carica. Questi agenti possono essere interni o esterni. I primi possono essere combinati con altre sostanze durante la loro lavorazione e sono più resistenti e performanti rispetto agli esterni. I secondi, come gli spray, devono essere applicati direttamente sulla superficie da proteggere. 

Come risolvere il problema dell’accumulo delle cariche elettrostatiche

Le strategie possibili per risolvere il problema dell’accumulo di cariche elettrostatiche su diversi materiali sono numerose, tra queste, i più noti sono: sistemi antistatici, sistemi di messa a terra e sistemi di pulizia. Vediamoli nel dettaglio.

1. Sistemi antistatici 

Tra i dispositivi antistatici le barre ionizzanti attive rappresentano una delle migliori soluzioni contro l’energia elettrostatica. 

Questi sistemi sono progettati per essere installati nelle aree in cui si generano cariche elettrostatiche, dove le neutralizzano tramite la ionizzazione dell’aria. Il processo consiste nel generare una corona di energia ad alta intensità, che a sua volta crea una nube di ioni positivi e negativi in grado di eliminare l’energia statica presente sulla superficie dei materiali che la attraversano.

Esistono diversi modelli di sistemi di ionizzazione, alcuni dei quali sono stati appositamente sviluppati per essere utilizzati in aree ATEX garantendo un alto livello di sicurezza.

Altre soluzioni ionizzanti sono le spazzole antistatiche, utilizzate soprattutto su pannelli, lastre, bobine di tessuto o plastica. Composte spesso da fibre di carbonio, queste spazzole non entrano in contatto col materiale, ma vengono montate a distanza di qualche millimetro. Alcuni modelli funzionano come sistemi passivi che conducono le cariche elettrostatiche al suolo, dissipandole.

2. Sistemi di pulizia antistatica

Quando si tratta di mantenere un materiale pulito e privo di polveri, il ricorso a sistemi di pulizia antistatica può essere l’alternativa più indicata. Infatti, le cariche elettrostatiche presenti sui materiali e sui macchinari attraggono particelle di polvere e sporco, che devono essere rimosse con cura.

Quali sistemi preferire?
Per esempio, Meech ha messo a punto una soluzione innovativa: il sistema antistatico IonWash™, che si dimostra efficace nella rimozione di vari tipi di contaminanti tridimensionali, come capelli, fibre, polvere ambientale, insetti e sfridi di lavorazioni precedenti. Questo sistema rappresenta una soluzione all’avanguardia per mantenere un ambiente di lavoro pulito e sicuro.

Fonte immagine Meech

In alternativa, la gamma Web Cleaning – sempre di Meech – comprende una serie di dispositivi altrettanto efficaci nella rimozione dei contaminanti e nella neutralizzazione dell’energia statica. 

3. Sistemi di messa a terra

Infine, esistono diversi dispositivi passivi che possono essere utilizzati per la messa a terra e la protezione dalle cariche elettrostatiche. Tra questi, le barre passive sono una soluzione vantaggiosa, in grado di dissipare l’elettricità statica verso terra, perché non devono essere collegate a un alimentatore.  

Anche i tappeti antistatici rappresentano un’alternativa efficace per proteggere sia gli operatori che le apparecchiature elettroniche sensibili all’energia elettrostatica. Solitamente realizzati in gomma, questi tappeti trovano spesso impiego in ambienti molto affollati a causa del passaggio di persone e di frequenti spostamenti di materiali. È importante che presentino un’ottima aderenza al pavimento per prevenire scivolamenti e altri incidenti e possono essere associati ad altri dispositivi di messa a terra, come cavi, spine e saldatori.

Come scegliere la soluzione migliore per la propria azienda?

L’accumulo di cariche elettrostatiche rappresenta un problema diffuso in molti settori industriali. Tuttavia, la soluzione a questa criticità richiede una valutazione specifica che tenga conto di vari fattori, tra cui il tipo di materiale utilizzato, il processo di lavorazione e la macchina automatica impiegata.

Infatti, è importante sottolineare che la scelta del prodotto antistatico migliore, da solo, spesso non è sufficiente per eliminare le cariche. È fondamentale il supporto di un professionista che, con un sopralluogo in azienda e la misurazione dell’elettricità elettrostatica, possa suggerire la soluzione più adatta e specifica.

Contattaci per una consulenza: un nostro tecnico fisserà un sopralluogo nella tua azienda per analizzare la situazione e testare il dispositivo migliore per le tue esigenze.