Passi avanti verso il motore di plastica

by Redazione 0

Solvay_polimotor2

solvay_pa6_polimotor2Carrozzeria, pianali, paraurti e presto anche intere vetrature: i materiali plastici stanno cannibalizzando l’automobile e non solo nelle parti di carrozzeria. Basta guardare da vicino una moderna autovettura per accorgersi quanto le plastiche siano presenti anche sotto il cofano: condotti aria e carburante, serbatoi, ventole e griglie.
Più difficile è la sostituzione del metallo nel blocco motore, dove pressioni, sollecitazioni meccaniche e temperature elevate rendono arduo l’ingresso dei materiali polimerici. O, quanto meno, di quelli più convenzionali.

VERSO IL MOTORE DI PLASTICA. In realtà, dagli anni ’80 del secolo scorso c’è chi sta lavorando al motore tutta-plastica: si tratta di Matti Holtzberg, un progettista visionario che insieme a Ford ha iniziato a sostituire via via componenti in metallo con materiali termoplastici compositi, additivati e caricati con fibre di vetro per resistere alle condizioni estreme del motore, dando vita al progetto Polimotor. Il progetto è stato ripreso l’anno scorso, ribattezzato Polimotor 2, grazie all’arrivo di un nuovo partner tecnologico: il gruppo chimico Solvay, che ha nel suo portafolgio materiali avanzati, molti dei quali già oggi sostiuiscono acciaio e alluminio in applicazioni strutturali soggette a condzioni estreme, dall’aerospaziale all’oil&gas.
L’obiettivo di Polimotor 2 è di rimpiazzare, utilizzando tecnopolimeri, un’altra decina di componenti (tra cui pompa di acque e olio, corpo farfallato, distribuzione carburante, ingranaggii del pignone.) così da poter realizzare un motore motore a quattro cilindri, con doppio albero a camme, pesante circa 67 kg, una quarantina in meno di quelli tradizionali. E per dimostrare che si tratta di un vero propulsore e non di un giocattolo, sarà montatao sulla concept-car Norma M-20 che parteciperà, forse già l’anno prossimo, ad una gara negli Stati Uniti.

solvay_peek_polimotor2PEEK SOTTO IL COFANO. Nell’ultimo anno il progetto ha fatto importanti passi avanti, grazie allo sviluppo di alcuni pezzi critici del propulsore: il condotto di mandata carburante (fuel intake runners), per esempio è stato realizzato da Arevo Labs mediante Reinforced Filament Fusion, nuova tecnica per la stampa 3D di materiali compositi, utilizzando un grado PEEK di Solvay, polietereterchetone rinforzato con 10% di fibra di carbonio, materiale dalle elevate prestazioni tecniche, anche se molto costoso (foto a sinistra). La sostituzione ha permesso di dimezzare il peso del componente, mantenendo elevate prestazioni meccaniche, termiche (fino a 240°C) e di resistenza chimica, soprattutto verso i carburanti. È di Solvay anche la polvere a base di poliammide e fibra vetro (40%) Sinterline Technyl, utilizzata per produrre, mediante sinterizzazione laser selettiva (SLS), la camera plenum dello stesso motore (foto in alto a sinistra). In questo caso, il componente stampato in 3D sostituisce un pezzo in precedenza ottenuto mediante stampaggio ad iniezione.

solvay_pignine_paiPIGNONE IN PAI. Un altro materiale polimerico per uso ingegneristico, la poliammide-immide (PAI) Torlon di Solvay, è stata selezionata per produrre il pignone per albero a camme di Polimotor 2, in sostituzione di un analogo componente in alluminio. Ne servono tre di questi pezzi: due con diametro di 102 mm e uno da 51 mm, fissati ad un’estremità dell’albero a camme e collegati alla cinghia di trasmissione. Soggetti a coppia elevata, alte temperature, vibrazioni e all’attacco di sali e fluidi automotive i pignoni devono garantire affidabilità anche in condizioni estreme, senza deformarsi.

raccordo_polimotor2PPA E FLUOROPOLIMERI. È passato alla plastica anche il raccordo per adduzione e scarico acqua del sistema di raffreddamento del motore, realizzato in poliftalammide (PPA) rinforzata 30% fibra di vetro, accoppiato con una guarnizione in fluoroelastomero , entrambi formulati da Solvay. Il pezzo, che connette la testa del motore al radiatore attraverso un tubo di gomma, è stato progettato e stampato ad iniezione dalla statunitense Molding Concepts. Nelle auto da corsa è generalmente realizzato in alluminio, mentre nei motori convenzionali viene stampato con poliammide 66, in funzione dei requisiti termici.
Ultimo componente sviluppato, in ordine di tempo,è il sistema di distribuzione del carburante ai quattro iniettori (fuel rail), stampato ad iniezione con polifenilsulfone (PPS Ryton) rinforzato con 40% fibra vetro, un altro materiale polimerico dalle elevate proprietà meccaniche e termiche, resistente alla deformazione e all’aggressione di prodotti chimici. Riducendo il numero dei componenti da sei a uno e sostituendo il metallo con PPS, si è ottenuto un risparmio di peso fino al 30%. A questo componente sono associate sei guarnizioni, per le quali è stato scelto il fluoropolimero Tecnoflon VPL.

14538-Fraunhofer_ICT_motoreC’È ANCORA METALLO. Polimotor 2 non è ancora un motore 100% plastica: cilindri e pistoni sono ancora in metallo e, forse, lo resteranno a lungo, anche se non per sempre. In Germania, per esempio, i ricercatori del Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT, in collaborazione con la divisione tecnopolimeri di Sumitomo Bakelite, hanno sviluppato un blocco cilindri in materiale composito rinforzato con fibre di vetro (55%), nell’ambito di un progetto per la produzione di un nuovo motore monocilindrico leggero (nella foto). Il componente in plastica pesa il 20% in meno di un blocco di alluminio, con un costo di produzione comparabile.
Visto il rapido sviluppo della mobilità elettrica, c’è solo da chiedersi se il motore di plastica arriverà prima dell’estinzione del motore a combustione interna.