Nel 2012 l’EPA (Environmental Protection Agency) statunitense ha stabilito che il parco nazionale di automobili debba raggiungere una media di 54,5 miglia per gallone entro il 2025, al fine di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e ridurre al minimo le emissioni; molte altre nazioni hanno a loro volta adottato nuove norme simili. Per soddisfare questi nuovi standard, l’industria automobilistica ha dovuto trovare nuovi modi per rendere le auto più leggere senza sacrificare robustezza e integrità strutturale.
Jari Sopanen, Regional Manager presso Exel Composites, spiega perché i componenti termoindurenti rappresentano uno dei migliori sostituti dell’acciaio.
I compositi termoindurenti sono formati utilizzando fibre di vetro, carbonio o aramide, che vengono combinate con resine come poliesteri, esteri di vinile, epossidici o resine fenoliche. Questi materiali compositi sono utilizzati in vari settori, ma sono particolarmente importanti nella produzione di componenti di aeromobili e veicoli spaziali.
Grazie alla ricerca e allo sviluppo nel settore aerospaziale, i materiali compositi vengono utilizzati anche in altre forme di trasporto a causa dell’elevata domanda di veicoli e componenti leggeri. Questa tendenza, chiamata light-weighting, cerca di utilizzare materiali innovativi per ridurre il peso dei prodotti. Di conseguenza, i materiali compositi trovano sempre maggiore impiego nella produzione, in particolare per parti e componenti automobilistici.
Secondo le associazioni statunitensi di produttori di materiali compositi, la fibra di vetro è uno dei materiali di rinforzo chiave utilizzati nel settore dei compositi termoindurenti statunitense. Grazie alle sue proprietà durevoli, costituisce un buon sostituto dell’acciaio nei componenti strutturali per veicoli, come alberi di trasmissione, paraurti ed elementi portanti del tettuccio.
Ridurre il peso dei componenti è fondamentale per aumentare l’efficienza dei sistemi automobilistici. La fibra di carbonio, ad esempio, ha proprietà paragonabili a quelle dell’acciaio, ma con solo un quinto del peso. Indipendentemente dalla modalità di trasporto, è facile osservare i benefici che si possono ottenere eliminando questa quantità di peso da un veicolo.
Inoltre, se confrontati direttamente con l’acciaio, i materiali compositi sono in grado di soddisfare o superare le esigenze relative alle proprietà dei materiali dell’industria automobilistica, come bassi coefficienti di espansione termica per la conduzione del calore, stabilità dimensionale per il mantenimento della forma, resistenza alla corrosione in condizioni di umidità, e resistenza agli impatti in modo da resistere all’uso ripetuto.
Il peso ridotto dei componenti compositi contribuisce inoltre a fornire un adeguato assorbimento acustico e garantisce prestazioni complessivamente più silenziose.
Un tipo di auto che può trarre enormi vantaggi dai componenti compositi è costituito dai veicoli elettrici. Le batterie sono pesanti e, sebbene la tecnologia stia facendo progressi a un ritmo vertiginoso, è molto probabile che il peso complessivo delle batterie non diminuisca poiché verrà utilizzata qualsiasi miniaturizzazione al fine di installare più batterie per aumentare l’autonomia e la potenza.
Ridurre al minimo il peso dei componenti è, quindi, fondamentale, e le alternative in fibra di vetro e fibra di carbonio sono estremamente adatte per questo tipo di light-weighting, specialmente per i veicoli elettrici. Le batterie dei veicoli elettrici, ad esempio, devono essere conservate in apposite scatole per proteggerle, ma anche per evitare che le scariche causino shock ai passeggeri.
I metalli sono conduttivi, il che li rende inadatti, mentre la maggior parte dei materiali compositi non lo è. Questo significa che la realizzazione in materiali compositi, che possiedono un rapporto resistenza/peso superiore, risulta perfetta per questa applicazione. A causa dell’attuale distanza limitata percorribile dai veicoli elettrici, la riduzione del peso può produrre notevoli margini di guadagno.
I materiali compositi si stanno attrezzando per essere ben più di semplici componenti strutturali per automobili. In effetti, molti paesi asiatici stanno aumentando la produzione di materiali compositi, poiché questi ultimi stanno diventando sempre più popolari nel settore elettronico, in particolare fra le aziende che forniscono componentistica al settore automobilistico.
Mentre il Nord America e l’Europa rappresentano una quota chiave del mercato globale dei compositi termoindurenti, che si sta espandendo per via delle industrie automobilistiche e aerospaziali locali presenti in queste regioni, si prevede anche un aumento della domanda di veicoli elettrici e leggeri per spingere il mercato dei materiali compositi nella regione Asia-Pacifico e oltre.
Visto che i governi di tutto il mondo desiderano adottare standard di efficienza energetica più rigidi, la riduzione del peso dei veicoli rappresenta un obiettivo raggiungibile che può aiutare i produttori di automobili a rispettare le normative. Grazie agli sviluppi che hanno interessato i materiali compositi, questi ultimi sono ora molto più adatti alle applicazioni automobilistiche rispetto all’acciaio ed è tempo che le case automobilistiche inizino a prendere in considerazione questi materiali come una soluzione praticabile.