20 giugno 2011 06:36

In collaborazione con il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Torino, Victrex ha organizzato il 15 giugno scorso seminario tecnico sull'utilizzo del polietereterchetone (PEEK) nel settore automotive, svolto in partecipazione con aziende partner quali Fluorten, Cattini e Forteq.

Oltre il metallo. L'auto è uno dei settori più innovativi nell'uso di plastiche ingegneristiche, materiali leggeri e performanti che consentono di aumentare le prestazioni e l'affidabilità dei componenti, riducendo al contempo costi e consumi. Il PEEK trova spazio soprattutto sotto il cofano, o nei meccanismi del sedile, in sostituzione di metalli (e talvolta tecnopolimeri), laddove altri materiali non riescono a soddisfare i requisiti termici, meccanici o tribologici; componenti non sempre visibili, ma critici per il corretto funzionamento del motore e degli altri apparati meccanici.

Catena cinematica. Un esempio sono gli alloggiamenti delle trasmissioni, dove il PEEK ha dimostrato di poter sostituire efficacemente non solo i metalli ma anche altri polimeri – come ad esempio PI e PAI - nella produzione di anelli di tenuta, rondelle a spinta e cuscinetti, gabbie per cuscinetti e valvole di controllo, anche grazie alla possibilità di stampare i pezzi ad iniezione con tolleranze ristrette, senza necessità di post-trattamenti. Per questo segmento applicativo, Victrex ha messo a punto il grado PEEK 450FC30, caratterizzato da ottime proprietà di scorrimento a secco, anche senza lubrificazione. Come hanno spiegato i relatori durante il convegno, in sistemi tribologici a secco e con caratteristiche di velocità rotazionali molto elevate, questo materiale forma un film sulla controfaccia che minimizza il coefficiente di frizione e la velocità di usura. Recentemente, Victrex ha introdotto sul mercato anche la serie WG, con i gradi WG 101 e 102, che presentano un minore indice di usura (tra il 25-75%), un ridotto coefficiente di frizione (anche fino al 50%), una diminuzione della temperatura della controfaccia e una migliore forza di compressione, sia in condizioni a secco che in presenza di umidità.

Pompe. Un secondo esempio applicativo riguarda le pompe utilizzate nei sistemi carburante, olio e refrigerante. Fino a non molto tempo fa, i materiali plastici erano limitati alle sole guarnizioni, oppure si realizzavano - ma in termoindurenti - le palette delle pompe e gli alloggiamenti. Di recente sono entrati in campo anche i tecnopolimeri ad alte prestazioni: l’utilizzo del PEEK in rotori e ruote dentate ha consentito di ridurre significativamente sia il peso che le emissioni acustiche, anche di 10dB alla massima velocità. Risultati ottenibili quasi senza scadimento prestazionale: l’efficienza di un rotore per pompa realizzato in PEEK, testato in condizioni di pressione a 145 psi (10 bar) e temperatura di 80 °C, risulta inferiore solo del 5% rispetto ad uno analogo prodotto in metallo sinterizzato. Un altro aspetto critico riguarda le tolleranze, che nello stampaggio ad iniezione si possono ottenere tramite misure appropriate o attraverso l’incapsulamento dei nuclei di acciaio nel PEEK o in polimeri ad elevata resistenza termica. Un altro vantaggio offerto dal polietereterchetone è rappresentato dalla bassa espansione termica lineare, paragonabile a quella degli alloggiamenti in alluminio; ciò rende la relazione fra temperatura e capacità di alimentazione molto simile a quella della configurazione di un rotore in acciaio.

Ingranaggi in plastica. Un terzo esempio dell'impiego del PEEK in ambito automobilistico si trova nelle ruote dentate utilizzate per i meccanismi dei sedili, che dopo l'avvento dei primi crash test erano le uniche che consentivano al sedile di essere regolato anche dopo l'impatto. Le caratteristiche più apprezzate del polimero sono, oltre alle proprietà meccanico-tribologiche, la resistenza alle sostanze aggressive, la resistenza termica e la lunga durata. Per le stesse ragioni, il PEEK è utilizzato per l'ingranaggio di riduzione montato sul motore elettrico che comanda le serrande di ventilazione dei sistemi di aria condizionata; componenti che operano a temperature fino a 80 °C e in condizioni di elevata umidità. In questa specifica applicazione risulta premiante anche la silienziosità operativa offerta dal materiale. Ingranaggi in tecnopolimero si trovano anche nei freni di stazionamento elettrici e nei servosterzi di ultima generazione, dove stanno sostituendo quelli conici di metallo nelle viti senza fine.

Rondelle di spinta. Un ulteriore campo d'impiego concerne la produzione delle rondelle a spinta elicoidali per le trasmissioni automatiche, soggette ad elevate forze assiali e carichi tribologici talvolta estremi. Devono infatti assorbire forze assiali che, nell'auto, risultano tipicamente intorno ai 3000 N a regime, mentre alla massima velocità possono arrivare fino a 6500 rpm. Ne derivano valori che possono raggiungere i 50-70 Mpa m/s al massimo con lubrificazione, a seconda del diametro delle rondelle. Senza contare i requisiti termici, considerando la progressiva riduzione degli spazi sottocofano, che hanno portato ad un aumento delle temperature in prossimità dei componenti meccanici. Victrex propone anche in questo caso il grado speciale 450FC30, modificato con il 10% di fibra di carbonio, grafite e PTFE.

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