Una storia della plastica nell'ingegneria automobilistica

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Le materie plastiche sono un materiale popolare nell'ingegneria automobilistica grazie alla loro leggerezza e al costo inferiore. La minore resistenza rispetto ai metalli può essere compensata utilizzando polimeri ad alte prestazioni o combinando la plastica con fibre di vetro o carbonio. I componenti sono realizzati mediante stampaggio ad iniezione.

La plastica esiste da più tempo delle automobili. Il primo materiale termoplastico, chiamato Parkesine, fu presentato da Alexander Parkes all'Esposizione Mondiale del 1862 a Londra. Si trattava di un nitrato di cellulosa ulteriormente sviluppato su base naturale e destinato a sostituire l'avorio. Nel 1886, più di vent'anni dopo, Carl Benz presentò la prima automobile, la Benz Patent-Motorwagen Nummer 1 (autovettura brevettata n. 1). Era fatto di legno e metallo.

La plastica venne infine accettata durante la seconda guerra mondiale, quando l’acciaio venne pesantemente razionato. Nel 1941, Henry Ford tentò di produrre un'auto interamente in plastica. Ci sono voluti altri dieci anni per raggiungere la produzione in serie. Dalla produzione della Ford Modello T nel 1951, la plastica è stata trovata nelle automobili di tutto il mondo.

Oltre ai metalli, la plastica è un materiale ampiamente utilizzato nelle automobili. La plastica è più leggera, riducendo il peso complessivo dell'auto e quindi il consumo di carburante. Sono anche meno costosi e più resistenti alla corrosione dei metalli. Il processo di stampaggio ad iniezione consente di realizzare forme complesse in un unico ciclo produttivo.

Tuttavia, le materie plastiche presentano un grosso svantaggio rispetto ai metalli: la loro resistenza meccanica, chimica e termodinamica è inferiore. Per aumentare questa forza, sono disponibili varie opzioni. Al giorno d'oggi esistono numerosi polimeri tecnici ad alte prestazioni, come il polietereterchetone (PEEK). Il PEEK ha resistenza alle alte temperature e agli agenti chimici ed è quindi adatto per guarnizioni, valvole o componenti elettrici.

Un altro modo per aumentare la resistenza è combinare la plastica con materiali che abbiano proprietà meccaniche migliori. Quando il materiale di riempimento raggiunge una frazione di volume fino all'85%, si parla di plastica altamente riempita. Se il materiale riempitivo è costituito da fibre, i polimeri vengono detti fibrorinforzati. Se le fibre sono lunghe diversi millimetri, il composito viene chiamato materiale termoplastico rinforzato con fibre lunghe (LFRT). Le tipiche fibre di riempimento lunghe sono le fibre di vetro o di carbonio.

Una plastica popolare utilizzata negli interni delle auto è il policarbonato (PC). Il PC è trasparente e viene utilizzato per interruttori e cruscotti. Il poliuretano (PU) viene spesso utilizzato per i cuscini dei sedili, i braccioli e i pannelli delle porte. È morbido, flessibile e confortevole, ha una buona resistenza all'abrasione e può essere prodotto in vari colori e texture.

Un'elevata percentuale di fibre di vetro nel polipropilene (PP) migliora la tenacità e la resistenza dei componenti. Viene spesso utilizzato per applicazioni interne come cruscotti, pannelli delle porte e telai dei sedili o nei componenti della carrozzeria. La poliammide rinforzata con fibra di carbonio (PA) ha un'elevata resistenza alla trazione ed è resistente alla temperatura. Pertanto è particolarmente adatto per applicazioni nel vano motore, come ad esempio negli alloggiamenti dei filtri dell'aria.

Nel processo diretto le fibre di riempimento vengono introdotte nella massa plastica immediatamente prima del processo di stampaggio a iniezione. Ciò consente la lunghezza della fibra, la proporzione e la combinazione di materiali regolabili individualmente per ciascun componente, a seconda della sfida applicativa. Il processo di miscelazione del polimero e della fibra è chiamato compounding. La parte difficile è mantenere la lunghezza delle fibre, poiché i vantaggi meccanici vengono persi se le fibre si rompono prima della creazione del componente. Eventuali rifiuti possono essere trasformati internamente in granulato e riutilizzati. Questo si chiama riciclaggio pre-consumo.

* Dennis Kottmann è il direttore marketing di Surplex.

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