Dalle fibre di vetro importanti invenzioni ora in commercio per ridurre i consumi delle auto

La fibre di vetro è un materiale utilizzato per la produzione di materiali compositi ,ovvero materiali strutturali avanzati in cui diversi componenti sono integrati tra loro per produrre un materiale di caratteristiche meccaniche sorprendenti. Tali materiali sono caratterizzati da proprietà meccaniche “specifiche” più alte di quelle dei metalli, cioè, resistenza più alta a parità di peso.
L’esperienza comune ci dice che il vetro monolitico è un materiale fragile. Se esso invece viene filato a diametri d’ordine inferiore al decimo di millimetro perde la sua caratteristica fragilità per divenire un materiale ad elevata resistenza meccanica . Questo perché la fragilità del vetro comune è dovuta al gran numero di difetti della cristallizzazione che agiscono come microfratture e zone di concentrazione degli sforzi. Al contrario la fibra di vetro non presenta tutti questi difetti, per cui raggiunge resistenze alte meccaniche.Si distinguono vari tipi di fibre a seconda delle loro caratteristiche, che ne condizionano l’impiego.
La disposizione delle fibre nell’ambito della matrice può aumentare la resistenza del materiale nelle direzioni richieste per soddisfare i requisiti di una struttura soggetta a sforzi multiassiali ( fibre a rete ) oppure a sforzi sull’asse di trazione ( fibre unidirezionali ).
Le fibre unidirezionali si possono suddividere in fasci di fili di vetro che variano dai 4000 fili, ai 1000 fili, con un diametro compreso tra 1,6 mm, per le più grandi, ad un diametro di 1 mm per le più piccole.
Le fibre a rete sono dei fasci incrociati di fibre immerse sempre in un complesso di monomeri e polimeri che incrementano la compattezza e la resistenza del prodotto finale in tutte le direzioni. Possiamo così ottenere un prodotto dalle proprietà meccaniche eccezionali come: resistenza alla flessione di 900-1280 MPA, più di una lega Cromo Cobalto, modulo elastico di 27 GPA che ci permette una grande resistenza ai carichi dinamici, una forza di adesione di 27 GPA tale da assicurare una forte adesività sia ai compositi sia ai bonding.
Le fibre di vetro sono largamente utilizzate nella produzione di compositi strutturali in campo aerospaziale, nautico, automobilistico, associati a matrici diverse, ad esempio poliammidiche o epossidiche, ma comunque resine sintetiche. La Klevers Italiana sfrutta da quasi 30 anni le caratteristiche della fibra di vetro nel settore dell’isolamento termico ed acustico , producendo e commercializzando prodotti e manufatti con base lana di vetro. La lana di vetro viene prodotta portando a fusione ad una temperatura compresa tra i 1.300-1.500°C una miscela di vetro e sabbia che successivamente viene convertita in fibre, con l’aggiunta di un legante che aumenta la coesione delle fibre stesse ottenute; questo legante è la parte fondamentale e il segreto industriale del processo produttivo della lana di vetro. Questa fibra viene quindi riscaldata a circa 200°C e sottoposta a calandratura per conferirle ulteriore resistenza meccanica e stabilità. Infine la lana di vetro viene filata, cardata , o tagliata ricavandone rotoli o pannelli e bobine.

Proprio alle fibre di vetro si sono ispirati gli ingegneri Gastank Sweden AB per produrre le bombole ad alta pressione per automobili che utilizzano metano (CNG) per la loro propulsione. Grazie all’esclusivo sviluppo di fibra di vetro ad alte prestazioni HiPer-tex™ di 3B, GASTANK Sweden AB è oggi in grado di produrre bombole che soddisfano i requisiti molto restrittivi ECE R110, relativi all’impiego di bombole ad alta pressione di tipo IV, contenenti metano compresso per autoveicoli.

Il metano si è molto diffuso negli ultimi anni e oltre 11 milioni di veicoli nel mondo approfittano di questo carburante abbondante e ambientalmente vantaggioso. Attualmente, le bombole ad alta pressione sono realizzate in acciaio e sono estremamente pesanti, contribuendo in modo significativo al peso della vettura e comportando dunque un notevole aumento dei consumi. In alternativa, possono essere utilizzati i leggeri compositi con fibra di carbonio, tuttavia il costo di questo componente è spesso proibitivo per la maggior parte dei veicoli.

Il Professor Kurt Berglund – Presidente di GASTANK Sweden AB, con sede a Piteå, in Svezia afferma entusiasticamente: “Le fibre ad alte prestazioni HiPer-tex™ permettono di colmare il divario tra il peso elevato dell’acciaio e gli alti costi dei compositi in fibra di carbonio, grazie alla loro capacità di fornire un pacchetto completo di proprietà a costi contenuti. Questo rende disponibili bombole leggere per metano ad una fascia molto più ampia di clienti. Di conseguenza, ciò avrà un impatto estremamente positivo sui consumi di energia e sulle emissioni di CO2, grazie alla continua crescita del metano come carburante per autotrazione.”

Gli impianti a metano equipaggiano approssimativamente 2 milioni di auto l’anno e sulle vetture possono essere installate fino a 4 bombole. Alcuni costruttori offrono una versione a metano su richiesta, ma molti veicoli vengono trasformati a metano successivamente e ci si attende che l’utilizzo del metano cresca ad un tasso del 18% all’anno.

Le fibre HiPer-tex™ ad alte prestazioni sono ideali per applicazioni automobilistiche, oltre che per molti altri segmenti industriali, per effetto della crescente domanda di riduzione pesi, congiunta a prestazioni più elevate, raggiungibili economicamente con produzioni su vasta scala. Diverse sono le tecnologie di produzione di queste bombole e le più importanti verranno trattate nelle prossime settimane con un articolo dettagliato sull’argomento.

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