Professor Plastics ha due parole per voi: Carbon Fiber.
Progettando e costruendo le nostre nuove auto, le case automobilistiche si rivolgono sempre più alla fibra di carbonio, lo stesso tipo di materiale usato negli aerei high-tech 787 Dreamliner della Boeing. Si dice che sia fino a 10 volte più forte dell’acciaio ma quattro volte più leggero.
Oltre che nelle auto e nel settore aerospaziale, la fibra di carbonio è usata negli articoli sportivi, nelle turbine di energia eolica, nelle applicazioni militari e altro ancora. E si prevede che il suo utilizzo raddoppierà o addirittura triplicherà entro il 2020.
Quindi… cos’è la fibra di carbonio? E perché al Professor Plastics interessa? Voglio dire, non è una plastica, giusto?
È vero che la fibra di carbonio non è una plastica. È una fibra (o filamento) di diametro incredibilmente piccolo, fatta principalmente di atomi di carbonio. E intendo piccolo – di solito tra 5 e 10 micron di diametro (un micron è un milionesimo di metro o circa 0,000039 pollici). Queste fibre di solito sono raggruppate per formare un filo (o stoppa) che spesso viene tessuto in un tessuto.
Potresti ricordare dalle lezioni di chimica che i diamanti – una delle sostanze naturali più dure – sono composti da atomi di carbonio disposti in un reticolo particolare. Quindi non è sorprendente che la fibra di carbonio sia rigida, forte e leggera, oltre che resistente agli agenti chimici e tollerante alle alte temperature. Sembra l’ideale per fare oggetti.
Beh, da sola, la fibra di carbonio spesso non è l’ideale. In genere viene combinata con altri materiali per fornire le proprietà necessarie per il telaio di un’auto da corsa o la fusoliera di un aereo o un arto protesico o una racchetta da tennis o una canna da pesca o un telaio di bicicletta.
In genere combinata con quali altri materiali, vi chiederete? Plastica.
Il termine “fibra di carbonio” quando viene usato in termini profani (come nelle notizie) si riferisce più spesso alla “plastica rinforzata con fibra di carbonio” – cioè, un composito fatto di fibre di carbonio PIÙ qualche tipo di plastica. O qualche combinazione di plastica. E forse qualche altro materiale. Dato che “plastiche rinforzate con fibra di carbonio” è una parola grossa, molte persone la abbreviano semplicemente in: “fibra di carbonio” o “composito di fibra di carbonio”. E la “plastica” viene dimenticata. (Che tristezza.)
Combinare la fibra di carbonio con la plastica è un po’ come aggiungere l’armatura (“barra di rinforzo”) al cemento, che crea il “cemento armato”. La combinazione di fibra di carbonio e plastica si traduce in materiali con qualità da superuomo, tra cui maggiore forza e durata.
La combinazione di fibra di carbonio e plastica si traduce in materiali con qualità da superuomo, tra cui maggiore forza e durata.
Come detto sopra, le nostre nuove auto probabilmente vedranno una rapida crescita nell’uso di plastiche rinforzate con fibra di carbonio. (Fino ad oggi, i componenti auto in CFRP – telaio, spoiler, tetti, cofani e molte parti interne ed esterne – sono stati impiegati per lo più, ma non esclusivamente, in auto di lusso o ad alte prestazioni a causa degli alti costi di produzione. Oggi molte case automobilistiche (ad esempio, Ford, Mercedes, General Motors, BMW) stanno investendo molto nelle applicazioni CFRP, ora che i costi stanno scendendo e le nuove tecnologie permettono di produrre questi componenti più rapidamente.
Perché dovrebbe interessare a noi automobilisti (o passeggeri)? Perché un maggiore uso di CFRP può ridurre il peso del veicolo, migliorare il risparmio di carburante e contribuire alla sicurezza.
- Peso/economia del carburante: Come notato sopra, il CFRP è molto più forte dell’acciaio ma più leggero, quindi i componenti dell’auto possono essere resi più leggeri. Questo è uno dei motivi per cui Ford ha collaborato con la Dow Chemical Company per espandere l’uso del CFRP, con l’obiettivo di ridurre il peso delle auto di 750 libbre entro il 2020. Solo una riduzione del 10 per cento del peso del veicolo può aumentare l’efficienza del carburante dal 6 all’8 per cento nel corso della vita delle auto di oggi. Questo è un sacco di gas.
- Sicurezza: I componenti auto in CFRP possono avere un tasso di assorbimento di energia più alto dell’acciaio, il che può contribuire a migliorare la sicurezza in caso di collisione. Per esempio, le auto da corsa oggi sono fatte in gran parte con CFRP, il che ha portato a una riduzione del peso, un miglioramento delle prestazioni e una maggiore sicurezza. Come altri progressi di sicurezza sviluppati per la pista, i componenti CFRP ora sono diretti verso l’uso tradizionale nell’auto familiare.
La crescita dei componenti auto CFRP espanderà l’uso già ampio e crescente della plastica nelle nostre auto. Le nuove auto di oggi sono già composte da circa il 10 per cento di plastica in peso, ma il 50 per cento di plastica in volume.
La combinazione di fibra di carbonio e plastica è pronta a espandere ulteriormente questo rapporto, contribuendo nel contempo all’efficienza del carburante e alla nostra sicurezza.
Fibra di carbonio. Sembra un materiale ideale. Basta non dimenticare la plastica …
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