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Articoli - Archivio

19/12/2013
DAL CAUCCIÙ ALLE MESCOLE "SEGRETE"

 

Il percorso evolutivo dei materiali è stato lungo e complesso


L’evoluzione dei pneumatici è stata lunga e continua, anche per quanto riguarda gli elastomeri impiegati. L’apporto dell’ industria chimica è risultato fondamentale, e lo è tuttora…



Massimo Clarke

 


Sotto un’apparenza semplice i pneumatici moderni nascondono grandi contenuti tecnologici, non solo a livello di struttura complessiva, di profilo e di numero e disposizione delle tele, ma anche di materiali. Di particolare importanza sono state l’apparizione di elastomeri sintetici dalle caratteristiche adeguate e l’aggiunta alla gomma di appropriate cariche di rinforzo, che hanno consentito lo sviluppo di mescole via via più sofisticate e efficaci. Il percorso evolutivo è stato assai meno semplice di quanto non si possa pensare e ha richiesto molti anni. La vita utile dei pneumatici è aumentata e così pure le loro prestazioni; oggi si può disporre invariabilmente di un grip elevato, che si accompagna a una ridotta resistenza di rotolamento e a una rimarchevole silenziosità di funzionamento. La difficoltà nasce dal fatto che le esigenze sono contrastanti. Come tutti gli appassionati sanno bene, se si impiega una mescola che offre un’aderenza migliore si deve rinunciare a qualcosa in fatto di durata, in quanto l’usura è più rapida. E viceversa.


La composizione tipica di una mescola si trova agevolmente sui libri, ma si tratta di informazioni sempre molto generiche e semplicistiche. In linea di massima non si sbaglia indicando un contenuto in gomma che va dal 45 al 65%, una quantità di cariche di rinforzo dell’ordine del 25-40%, più additivi e prodotti per la vulcanizzazione (9–20% circa). Nell’ambito di quella che viene definita gomma rientrano tanto quella naturale (NR, ovvero natural rubber, che dal punto di vista chimico è poli-isoprene) quanto gli elastomeri sintetici; nella maggior parte dei casi questi ultimi oggi sono in quantità nettamente maggiore. Sapere esattamente quali elastomeri e quali cariche vengono impiegate e, cosa importantissima, in quale misura, è praticamente impossibile; i produttori si guardano bene dal divulgare le composizioni esatte delle mescole impiegate per i loro pneumatici. Gli elastomeri sintetici impiegati possono essere anche una ventina (o più!), le varietà di gomme naturali 7 - 8 e i tipi di cariche oltre una decina. E poi ci sono le modalità con le quali si svolgono alcune fasi del procedimento produttivo, che vengono accuratamente tenute nascoste. A rendere la situazione più complessa contribuisce il fatto che le mescole impiegate in uno stesso pneumatico non di rado sono differenti; nelle varie parti (battistrada, fianchi, …) le esigenze sono infatti diverse.

La strada per arrivare alla situazione attuale è stata lunga e costellata da alcune tappe davvero fondamentali. In fondo tutto è cominciato con la scoperta accidentale della vulcanizzazione della gomma naturale da parte di Charles Goodyear nel 1839. In precedenza la gomma, che veniva ottenuta partendo dal lattice della Hevea brasiliensis, una pianta tropicale, aveva caratteristiche scadenti e trovava ben poche applicazioni. Tra l’altro veniva impiegata per cancellare, strofinandola sullo scritto, e questo ha fatto sì che gli inglesi la chiamassero rubber (dal verbo to rub, che significa appunto strofinare).


La vulcanizzazione determina, grazie all’azione del calore e di una opportuna sostanza chimica (di norma si tratta di zolfo), la formazione di legami trasversali tra le lunghe catene polimeriche, ovvero tra le macromolecole dell’elastomero. La struttura reticolata che così si ottiene impedisce che, sotto l’azione di una forza, abbiano luogo scorrimenti irreversibili delle catene molecolari. Queste ultime si “distendono” ma poi, cessata la sollecitazione perturbante, si riavvolgono; il pezzo pertanto torna alle dimensioni e alla forma che aveva in origine. Grazie alla vulcanizzazione la gomma da appiccicosa, plastica e tenera si trasforma in un materiale elastico, dotato di una maggiore durezza e con caratteristiche meccaniche nettamente superiori. Il processo ha luogo a temperature che generalmente sono comprese tra 130 e 180 °C. Appositi acceleranti e attivatori (come l’ossido di zinco) migliorano e rendono più rapida la reticolazione.


All’inizio del ventesimo secolo in Germania sono iniziate le prime ricerche tese alla realizzazione di un materiale che potesse sostituire la gomma naturale. Sono così stati ottenuti i primi elastomeri sintetici, prodotti partendo dal carbone. Il primo brevetto della Bayer in questo campo è relativo all’isoprene sintetico e risale al 1909. Nel 1912 la Continental ha realizzato i primi pneumatici sperimentali in gomma sintetica. Durante la prima guerra mondiale sempre in Germania, ha trovato i primi impieghi la gomma butadienica, con risultati non sempre soddisfacenti. Le ricerche sono continuate negli anni Venti fino a ottenere un elastomero sintetico dalle eccellenti caratteristiche, costituito da un polimero stirene-butadiene, che è stato denominato Buna S e che ha iniziato a essere prodotto in serie presso la IG Farben nel 1933. Il brevetto è stato quasi subito venduto a una azienda americana del gruppo Standard Oil. Pneumatici con mescola costituita da gomma sintetica sono stati prodotti nel 1935-36 dalla Fulda, dalla Continental e dalla Metzeler; nel 1937 hanno fatto la loro comparsa anche negli USA per merito della Goodrich.


Nel 1938 in Germania sono state prodotte 5.700 tonnellate di Buna S, che sono salite a 130.000 nel 1944. Negli USA, dopo che i giapponesi si erano impossessati delle grandi piantagioni del sud-est asiatico nelle quali veniva prodotta la gomma naturale, è stata sviluppata a tempo di record una colossale rete di stabilimenti per la produzione del Buna S (chiamato dagli americani Government Rubber Styrene, ovvero GRS), che nel 1945 è stata in grado di fornire ben 840.000 tonnellate di questo elastomero.


Oggi il gruppo delle gomme stireniche-butadieniche è noto con la sigla SBR e trova larghissimo impiego nelle mescole per pneumatici, in particolar modo se destinate al battistrada. Per ragioni economiche attualmente quasi tutti gli elastomeri sintetici vengono ottenuti partendo dal petrolio e non dal carbone.

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