Alta tecnologia grazie alle auto in carbonio

5 min tempo di lettura
CFRP, modanatura, fibra di carbonio: l’ampio tema delle auto in carbonio è ricco di termini tecnici. Affronteremo questo labirinto terminologico, cercando di spiegare che cos’è il carbonio, come viene prodotto e quali vantaggi può offrire.

Il 2 luglio 2021

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I materiali in fibra di carbonio acquisiranno sempre più valore nel settore automobilistico. I designer li adorano in tutte le possibili varianti: carbonio puro, carbonio mischiato ad altri elementi, fogli di carbonio… Questo materiale scuro dona un aspetto sportivo e al tempo stesso elegante, sia negli interni sia nelle parti annesse. Anche gli ingegneri non possono farne a meno: le strutture in carbonio sono rigide e robuste, ma con un peso specifico ridotto. Non sorprende che il materiale super tecnologico sia considerato preziosissimo, a tal punto da essere chiamato “oro nero”. Tuttavia, per ottenere un risultato simile, la produzione carbonio deve essere molto laboriosa. Ulteriori informazioni sono disponibili qui.

3 brevi fatti sul carbonio

  1. Il carbonio è leggero e a prova di torsione.
  2. Il carbonio convince grazie al suo aspetto unico.
  3. Le lavorazioni in fibra di carbonio sono realizzate quasi tutte a mano.

Che cos’è il carbonio?

Quando si parla di auto in fibra di carbonio, si intende solitamente che sono realizzate in CFRP (plastica rinforzata con fibra di carbonio). Si tratta di un materiale composito che unisce le caratteristiche positive degli elementi singoli. Di seguito, si utilizzerà il termine “carbonio” per questioni di semplicità.

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Irraggiungibile anche da ferma: limousine BMW M3 Competition dotata di accessori M Performance.
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Gli splitter frontali in carbonio tagliano l’aria senza difficoltà.
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Anche gli specchietti retrovisori ottengono la loro parte di carbonio.
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Gli interni sportivi sono messi in risalto dall’oro nero della modanatura selettore marce.
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Uno spoiler in carbonio completa la parte posteriore dell’auto sopra il portellone …
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… mentre i tubi di scappamento sono integrati in modo ordinato da un diffusore in carbonio.
Consumo di carburante 10,1 − 10 l/100 km (in combinazione)
Consumo energetico 230-228 kWh/100 km (in combinazione)

Come e dove viene utilizzata la fibra di carbonio auto?

Anticipiamo la risposta: nei componenti che devono essere sia robusti sia leggeri e possono essere utilizzati nella produzione di auto. Il carbonio viene, quindi, usato nella cosmonautica (➜ Leggere anche: Vantablack per BMW), e nella realizzazione di aerei, navi e persino biciclette. Nel settore automobilistico, il carbonio, come molti altri materiali, ha trovato la sua strada anche nella produzione di auto da corsa. Infatti, negli sport motoristici ogni chilo conta: la leggerezza sta alla base della creazione di un veicolo destinato alle piste.

In BMW, il materiale viene utilizzato, ad esempio, per i tettucci dei modelli BMW M (➜ Leggere anche: Azzurro, viola, rosso: la storia del logo BMW) e per un design carbonio visibile negli accessori BMW M Performance. In questo articolo le parti in carbonio visibile hanno la priorità. Inoltre, il materiale è presente in componenti della carrozzeria di BMW Serie 7, precedentemente di BMW i8 (➜ Leggere anche: BMW i8: pioniera, icona e classico del futuro) e soprattutto di BMW i3. Nelle auto elettriche (➜ Leggere anche: Giro del mondo alla scoperta della mobilità elettrica), è presente un telaio in carbonio al 100%.

Anche BMW iX approfitta dell’esperienza con il carbonio. In Germania, la CFRP viene prodotta negli stabilimenti BMW di Leipzig e Landshut. Le fibre stesse vengono realizzate a Moses Lake (Stati Uniti), mentre i semilavorati, ovvero le strutture in fibra di carbonio di base, a Wackersdorf (Germania).

I componenti in carbonio visibile affascinano tutti grazie alla tipica struttura a intreccio. Chi ama i materiali high tech adorerà i ricambi in carbonio offerti dagli accessori BMW M Performance. Le possibilità di personalizzazione sono infinite: dagli esterni, con cofano carbonio e spoiler in carbonio posteriore, agli interni, con la piastra carbonio dello sterzo. Ogni desiderio del cliente è un ordine per BMW!

Come si ottiene la fibra di carbonio?

Il carbonio è, dunque, un materiale composito che viene utilizzato nella produzione di auto: in componenti come gli accessori BMW M Performance oppure in elementi interi, come, ad esempio, il telaio fibra di carbonio. Per ottenere il materiale, sono necessarie le fibre di carbonio e una struttura di supporto realizzata con plastiche termoindurenti, la cosiddetta matrice. Quest’ultima può essere costituita da diversi materiali, come la resina sintetica. La matrice lega le fibre e riempie gli spazi tra una e l’altra. Dato che a temperatura ambiente la resina sintetica inizierebbe a reticolare, viene conservata arrotolata a -18 °C. In seguito, viene riscaldata a temperatura ambiente il giorno prima della nuova lavorazione.

Le fibre di carbonio sono molto sottili (spesso un decimo rispetto a un capello umano). Fondamentale per la stabilità è la direzione in cui vengono posizionate: solo se parallele sono davvero rigide. Per i componenti delle strutture, vengono avvolti insieme circa 50.000 filamenti singoli nei fasci, i cosiddetti “roving”. Nelle parti a carbonio visibile sono circa 3.000. Dai roving nascono tessuti piatti con direzioni diverse, per ottenere rigidità in tutti i versi. Se accavallati, si ottengono i semilavorati.

Questi vengono, quindi, posizionati per avere delle forme e “cotti” insieme. In questo passaggio, chiamato “in autoclave”, la matrice in plastica termoindurente viene indurita a 120 °C e con una pressione elevata per circa due ore. La resina reticola e dà la forma finale al componente. Il risultato è una parte in carbonio che, in base alle necessità (elementi della carrozzeria), può essere unita ad altre. Infine, le parti visibili vengono ricoperte con una vernice trasparente, in modo che la tipica struttura del carbonio resti visibile e il materiale non si danneggi.

I componenti in carbonio visibile sono quasi tutti realizzati a mano, pertanto con un grande dispendio di tempo: la produzione di un singolo elemento può durare un giorno intero. Preparazione, taglio, indurimento in autoclave, deformazione, affilatura delle frese, verniciatura… tutto porta via un sacco di tempo. Tuttavia, alla fine si ottiene anche una qualità elevata ed esclusiva.

Quali sono le caratteristiche del carbonio?

Il carbonio si distingue da altri materiali per diverse caratteristiche positive. Uno dei vantaggi è un’elevata rigidità. La struttura in fibra di carbonio è estremamente stabile e può assorbire grosse quantità di energia d’urto. Se utilizzato nei punti giusti, il carbonio aumenta la sicurezza del veicolo.

Un altro vantaggio è dato dal peso specifico ridotto: i componenti della carrozzeria in alluminio, uno dei metalli leggeri principali, possono pesare fino al 20-30% in più rispetto agli elementi corrispondenti in carbonio; con l’acciaio si arriva addirittura al 50%. Con un peso inferiore, si consuma meno carburante o energia elettrica (➜ Leggere anche: Auto elettriche: le tipologie da conoscere), pertanto si ottiene una carbon footprint migliore. Inoltre, anche le caratteristiche dei veicoli sportivi ricevono una spinta in avanti grazie all’impiego del carbonio. Dopotutto, se sono più leggeri, sono più veloci.

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Come un enorme telaio: la produzione dei semilavorati BMW a Wackersdorf.
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Un roving di fibre di carbonio è composto da migliaia di filamenti singoli.
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Senza sforzo: i collaboratori del centro di produzione e innovazione BMW di Landshut trasportano un telaio laterale in CFRP per il modello BMW i8.
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Un semilavorato, chiamato anche tessuto multiassiale, in primo piano.
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Una carrozzeria in CFRP del modello BMW i3 viene portato al passaggio successivo della produzione nello stabilimento BMW di Lipsia.

Un ulteriore vantaggio di questo incredibile materiale è la possibilità di creare quasi ogni forma desiderata in fase di produzione. Offre resistenza alla corrosione, lunga durata, dilatazione termica ridotta, termostabilità a lungo termine e resistenza alla fatica da vibrazione. Tuttavia, tutte queste proprietà presentano anche un punto a sfavore: la produzione è molto laboriosa. D’altra parte, in caso di un ingente numero di pezzi e con il progredire delle innovazioni, il costo fibra carbonio tenderà a diminuire.

In breve, non esiste un materiale che sia così leggero e offra una quantità di caratteristiche pari al carbonio. E il suo magnifico aspetto non guasta, come dimostrato dai componenti in carbonio visibile degli accessori BMW M Performance.

Foto: BMW; Autore: Nils Arnold; Illustrazioni: Cyprian Lothringer

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