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03/05/2021
Il rivestimento interno dei pneumatici che trattiene l’aria

Innerliner

 

Le ruote di un’automobile – o di una motocicletta – possono essere visivamente suggestive, con i loro cerchi in lega dal disegno elaborato e le coperture nere con un battistrada dal disegno dinamico

Nicodemo Angì

Bridgestone investe sulla “puncture solutions”

Le ruote di un’automobile – o di una motocicletta – possono essere visivamente suggestive, con i loro cerchi in lega dal disegno elaborato e le coperture nere con un battistrada dal disegno dinamico. La sostanza di una moderna copertura tubeless non si ferma però agli elementi visibili ma comprende anche un elemento cruciale quanto poco conosciuto: il rivestimento interno o innerliner. Questo sottile strato riveste l’interno del pneumatico tubeless e assolve a diverse funzioni, la prima delle quali è garantire l’impermeabilità nei confronti dell’aria. L’assenza di camera d’aria, che poteva essere costruita con materiali ottimizzati per la tenuta pneumatica, ha obbligato i costruttori a assegnare questa funzione alla copertura. Ecco quindi apparire l’innerliner, un rivestimento ottimizzato per trattenere l’aria il più possibile.

 

Funzioni importanti

La ritenzione del gas, aria o azoto che sia, è essenziale per mantenere la pressione corretta, che è poi una delle variabili, insieme allo stato del battistrada, che più influisce sulle prestazioni della copertura. Non è difficile mantenere la pressione corretta dei pneumatici eppure più o meno regolarmente arriva la notizia che la Polizia ha trovato molte automobili con i pneumatici non in regola. Una recente indagine ha rilevato pneumatici sgonfi, battistrada quasi lisci se non danneggiati e altre non conformità in quasi 1 veicolo su 5. Anche negli Stati Uniti la situazione non è buona se 1 americano su 3 non sa quando occorre cambiare le gomme e il 40% valuta la pressione dei pneumatici basandosi solo sull’osservazione.

Liner a elevata impermeabilità sono necessari oggi più che mai perché gli intervalli di manutenzione si sono allungati e alcune automobili li determinano dinamicamente in funzione del tipo di utilizzo. Se i tagliandi sono diradati le occasioni per controllare i pneumatici sono meno frequenti e quindi gli innerliner devono essere ancor più “ermetici”.

 

Nuova mobilità esigente

Il mantenimento della corretta pressione di gonfiaggio è essenziale anche per ottenere la massima efficienza del veicolo. Una pressione di gonfiaggio minore di quella ottimale aumenta la temperatura di lavoro della copertura, ne abbrevia la vita e aumenta gli attriti e quindi consumi ed emissioni. In tempi di veicoli elettrificati ed elettrici questo aspetto è ancor più grave perché diminuisce l’autonomia e la “pulizia” promessa da questi powertrain.  Con i cambiamenti nella mobilità, già in atto e che arriveranno, ci sarà sempre più bisogno di pneumatici esenti da manutenzione con tassi di perdita d’aria più bassi possibili. La ricerca sui materiali è quindi ancor più intensa e ExxonMobil, per esempio, ha sviluppato un suo composto. Sono ormai decenni che il polimero per gli innerliner è l’isobutilene-isoprene alogenato, abbreviato in alobutile, diverso dalla gomma naturale e dai polimeri Sbr e Br usati per gli altri elementi.

 

La chimica aiuta

Questi ultimi sono piuttosto porosi, dato che i loro legami carbonio-carbonio sono angolati a 109°, e quindi poco adatti a costituire lo strato interno di tenuta per l’aria. Nell’isobutilene l’angolo aumenta a 123° e si può dire che più l’angolo tra gli atomi di carbonio è vicino ai 180° più le catene polimeriche sono “piatte”. In questo modo si riescono a inserire più catene polimeriche per unità di volume, ostacolando la fuga delle molecole del gas. Tuttavia, un polimero di solo isobutilene non dà una gomma abbastanza consistente, cosa che si può ottenere con piccole quantità di isoprene. In questo modo si può ottenere una buona polimerizzazione. La presenza di alogeni, come il bromo o il cloro migliora poi l’adesione del liner all’interno della carcassa. Per migliorare la lavorabilità si aggiungono vari filler, alcuni dei quali simili a quelli usati nella carcassa. Essi però, avendo un basso peso molecolare, sono più permeabili al gas mentre l’isobutilene ha una certa tendenza a degradarsi con il calore.

 

Creato per i liner

La ricetta di ExxonMobil ha sviluppato quindi dei polimeri diversi: si tratta isobutilene-co-parametilstirene bromurato (Bimsm) privo di isoprene. Il nome commerciale del composto è Exxpro. La ‘spina dorsale’ ha i legami saturi ed è quindi poco incline a ossidarsi con il calore. La struttura è più compatta e le molecole di gas si trovano davanti un percorso molto tortuoso e sfuggono con difficoltà. La formulazione 3563, studiata appositamente per i liner, è più lavorabile e più stabile dimensionalmente. Il black carbon (nerofumo) usato per migliorarne le caratteristiche si disperde molto meglio, dando una consistenza migliore. Anche altre aziende stanno ricercando formulazioni sempre migliori per gli innerliner e quindi possiamo essere fiduciosi che i pneumatici adatti alla nuova mobilità stanno arrivando e saranno sempre migliori.

 

 

È ormai consolidata la produzione dei pneumatici “tubeless”, che prevede l’applicazione di un liner con il compito di trattenere l’aria di gonfiaggio. Una delle proprietà chiave dei liner è l’impermeabilità all’aria, fondamentale sia per mantenere nel tempo la pressione di gonfiaggio, e quindi per ridurre la frequenza degli interventi di manutenzione, sia per proteggere l’interno del pneumatico dall’ossidazione per allungarne la vita utile. Negli anni Bridgestone ha sviluppato mescole ad aumentata impermeabilità in grado di ottimizzare le proprietà appena descritte e ridurre gli spessori degli innerliner, in modo da ridurre il peso del pneumatico e la sua resistenza al rotolamento.

 

Pensando alla nuova mobilità

Nel caso dei veicoli elettrici occorre sviluppare gomme con basso attrito al rotolamento per massimizzare l’autonomia. A questo scopo Bridgestone sta sviluppando tecnologie a elevata impermeabilità sia per aumentare la tenuta della pressione che per poter ridurre gli spessori di materiale in modo da produrre gomme sempre più leggere. A questo proposito bisogna considerare che, in aggiunta alla sfida sui materiali, c’è anche quella produttiva che riguarda la lavorazione di componenti di ridotto spessore. Per quanto riguarda vetture in sharing o a guida autonoma, si tratta di modelli che implicano una manutenzione ridotta del veicolo. È per questo che il costruttore giapponese sta considerando di lavorare sulla “puncture solutions”, che può coinvolgere o meno l’innerliner.

 

 

Marco vellone, pr & communication, after sales director


Marco vellone, pr & communication, after sales director

Gli innerliner sono quindi elementi piuttosto interessanti e per saperne di più abbiamo raccolto qualche informazione da Marco Vellone, pr & communication, after sales director di Continental Italia. Abbiamo anche chiesto se le innovazioni nella mobilità – auto elettriche e formule di car sharing/hailing – potessero influire sullo sviluppo degli innerliner. Vellone ci ha confermato quanto l’innerliner sia importante perché tutti gli altri componenti della copertura sono abbastanza permeabili ai gas. La fuoriuscita dell’aria si accentua ogni volta che il pneumatico è sottoposto a forti sollecitazioni, come avviene incontrando le buche o salendo sul marciapiede. Il fenomeno è comunque naturale e ineliminabile e avviene, anche se in modo infinitesimale, a ogni flessione dei fianchi durante la rotazione delle ruote.

 

Elettriche più a rischio

Le auto elettriche sono più sensibili a questo tema per vari motivi. L’esigenza di avere un basso attrito di rotolamento si scontra infatti con un peso mediamente superiore a quello di auto convenzionali paragonabili a un’erogazione della coppia praticamente immediata. Da questo discendono pressioni di gonfiaggio più alte, anche per aumentare la rigidezza del fianco e diminuire i micro slittamenti dovuti alla coppia che arriva in modo impulsivo. Tutti questi fattori complicano il lavoro dell’innerliner.

 

La pressione e le elettriche

Il mantenimento della pressione corretta è importante per elettriche e ibride perché massimizza l’autonomia riducendo la resistenza di rotolamento. In Continental sono stati fatti dei test con Renault Zoe, Ford Focus elettrica e Tesla Model S. Vetture molto diverse, con peso e potenza molto diversi e ruote da 14, 16 e 19 pollici rispettivamente. Si è poi convertita la resistenza al rotolamento in emissione di CO2 equivalente. Dato che le elettriche sono molto efficienti, la riduzione di un kg della CO2 equivalente emessa per attrito corrisponde a un aumento dell’autonomia del 3-4%.

 

Innerliner migliorati per tutti i tipi di pneumatici

Il miglioramento degli innerliner su cui lavora Continental non è dedicato ai soli veicoli elettrici, ha riguardato infatti per prime le gomme dei mezzi pesanti, con pressioni e carichi molto superiori, per estendersi ai veicoli leggeri. L’innovativa tecnologia Air Keep di Continental ha una matrice molecolare con una forma a “labirinto” che, ostacolando il passaggio dell’aria, minimizza la permeabilità del liner. Si tratta di filler che agiscono come tre strati di una rete sovrapposti con una leggera rotazione degli uni rispetto agli altri: si ottengono così degli “ostacoli” sul cammino delle molecole d’aria.

 

Ricette proprietarie e controlli

Questa maggior impermeabilità è utile per tutti i veicoli perché conserva più a lungo buoni livelli di sicurezza, durata e sostenibilità energetica. La ricerca continua ma per ora si prosegue a usare la consolidata base della gomma butilica. I componenti più permeabili sono quelli a basso peso molecolare e per diminuirli – mantenendo la base butilica, costi accettabili e una buona lavorabilità – si sperimentano materiali che però rientrano nel segreto industriale. Il miglioramento degli innerliner è stimolato dall’aumento delle percorrenze fra tagliandi, che sono occasioni per controllare i pneumatici. Alcuni modelli determinano gli intervalli di manutenzione in base all’uso, ma va da sé che un controllo regolare dei pneumatici è una garanzia per la sicurezza. La questione si enfatizza con le elettriche, bisognose di poca manutenzione, e quindi tutta la filiera dovrà unirsi per rappresentare le esigenze manutentive dei pneumatici. Il peso e la coppia robusta usurano le coperture mediamente di più e quindi la manutenzione dev’essere più assidua, cosa che collide con la minor manutenzione della meccanica.

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