01 October 2015

Pneumatici sportivi, contatto pieno

Il Continental Sport Contact, destinato alle vetture sportive e supersportive, è stato presentato nella sua sesta edizione, fornendoci il pretesto per vedere un po’ più da vicino quali siano le dinamiche, e le alchimie, che danno origine a coperture sempre più performanti e sicure....

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Continental ci ha invitato nell’esclusivo circuito di Bilster Berg, unica pista sportiva tedesca di iniziativa totalmente privata, per presentare il nuovo modello di punta delle coperture sportive per automobili: lo Sport Contact 6 (SC6). Il lancio di un nuovo pneumatico per vetture supersportive è il pretesto ideale, oltre che per lanciarsi in qualche adrenalinico giro in pista, per scoprire qualcosa in più su struttura e logiche di realizzazione che caratterizzano le moderne coperture stradali, e per rendersi conto di quali sono le complesse attività di ricerca, sperimentazione e test che portano alla messa a punto di un modello top di gamma come il nuovo SC6.

Migliorare un prodotto già molto performante come lo Sport Contact 5 non è facile né scontato, ma la guerra in corso tra i colossi della gomma, combattuta a colpi di maggiore durata, maggiore performance, maggiore sicurezza e sempre più sbandierata eco-compatibilità, impone che ogni 3 o 4 anni sia dato alla luce un nuovo e rivoluzionario pneumatico che porta a nuovi livelli le suelencate qualità. Approfittando dell’occasione abbiamo quindi preso il nuovo SC6 come “case study” e, grazie alla collaborazione degli ingegneri Continental, cercato di capire meglio cosa c’è sotto alla pelle, o meglio, al battistrada, di una moderna gomma stradale. L’SC6 appartiene alla categoria UHP, cioè Ultra High Performance, pneumatici in cui convergono l’élite delle tecnologie produttive e della ricerca sui materiali e sulla struttura fisica e chimica di quelle che sono le “calzature” di automobili in grado di viaggiare a 350 km/h. Per ottenere queste performance i tecnici partono innanzitutto dalla ricetta base, cioè dai componenti essenziali di una mescola UHP. Nel caso in esame gli “ingredienti” sono molteplici, di origine naturale o sintetica, e in molti casi coperti da segreto industriale. I principali sono silicati, gomma sintetica o naturale, resine di vario tipo, nero di carbonio (una forma di particolato carbonioso ad alto rapporto superficie/volume come parametro importante per la resa colorimetrica; si ottiene dalla combustione incompleta di prodotti petroliferi pesanti quali catrame di carbon fossile, catrame ottenuto dal cracking dell'etilene, o da grassi e oli vegetali e si utilizza, appunto, come pigmento per il rinforzamento della gomma e dei prodotti plastici), cui si aggiungono zolfo, olii vegetali, acceleratori chimici e agenti anti-invecchiamento di vario tipo.

La combinazione degli elementi e la lavorazione cui sono sottoposti conferiscono le volute proprietà allo pneumatico, che sarà più o meno rigido e più o meno resiliente, più duraturo o performante, più o meno adatto a fondo bagnato. Continental ha dimostrato come queste componenti influiscano sul risultato attraverso un esperimento, con cui si sceglievano le percentuali di silice, nero di carbonio, resine e gomme naturali per ottenere le proprietà finali, in termini di rigidità e isteresi (la proprietà dei materiali che non ritornano alla configurazione iniziale a seguito di una sollecitazione, ma presentano una deformazione residua; per esempio è il fenomeno per il quale le guarnizioni plastiche nelle giunture si degradano dopo un certo tempo), comportamento su fondo asciutto o bagnato, anche in dipendenza dalla temperatura. I moderni pneumatici, compreso il nuovo SC6, sono strutturati “a zone”, per semplificare suddivise in fascia di aderenza, fascia flessibile e fascia rigida.

La prima corrisponde grossomodo al battistrada e alla cintura, la seconda al fianco, la terza al “tallone”. Per ognuna di queste zone Continental ha cercato di migliorare caratteristiche materiche e prestazionali del precedente SC5, e ci ha svelato altri dettagli sulla struttura e la forme delle moderne gomme stradali. Cioè, perché mai il battistrada è progettato con quei tagli sempre diversi, simmetrici o asimmetrici, scanalati o no ecc..? Senza entrare nel dettaglio dell’anima dello pneumatico, che nel caso del nuovo SC6 include nuove conformazioni della cintura e il nuovo materiale Aralon 350 (una combinazione di aramide e nylon dalle notevoli prestazioni meccaniche) per la cintura, si vedrà come ogni componente è anche studiata in termini di comportamento dinamico sulle differenti superfici in quanto, sempre semplificando, i meccanismi che ne regolano il comportamento e le interazioni sono diversi e conseguenti a differenti proprietà.

Le più importanti sono l’adesione a livello atomico, la micro-flessibilità, dovuta all’isteresi, la frizione viscosa e i fenomeni angolari (in pratica dei micro-incastri) tra le geometrie del battistrada e quelle del manto stradale. Anche in questo caso l’isteresi gioca un’importante ruolo, giacché comporta la risposta dello pneumatico ai cambiamenti di forma, cioè quanto velocemente e in che percentuale la gomma è in grado di ri-adattarsi alle geometrie del “sassolino” d’asfalto successivo. Si capisce come anche i fattori di forma e di deformabilità del singolo blocco siano determinanti per aumentare la superficie di contatto. Il disegno del battistrada è frutto di affinamenti e test fisici, chimici e dinamici, che hanno portato questa fase a diventare una disciplina a parte.

VIBRAZIONI

Osservando gli schemi si nota come vi sia una ripetizione asimmetrica delle larghezze dei blocchi e della loro sequenza. Questo e altri accorgimenti servono a evitare il fenomeno della risonanza (dovuta al ripetersi alla stessa frequenza delle sollecitazioni, che genera ulteriori sollecitazioni in crescita esponenziale), quindi a evitare vibrazioni crescenti, che determinerebbero perdita di aderenza, e a attutire i fenomeni rumorosi (una delle qualità più ricercate nei moderni pneumatici è la silenziosità al rotolamento).
 
Senza inoltrarci in un’analisi approfondita, basti sapere che l’area di effettivo contatto, a livello molecolare, di uno pneumatico con il manto stradale è circa del 1% della apparente zona coperta , quindi un’altra delle importanti proprietà della mescola finale è l’adesione a livello atomico al manto stradale: in questo senso vanno gli studi dei polimeri e delle loro combinazioni con resine e gomma naturale. I legami atomici sono ovviamente soggetti a cambiare, per numero e forza, dipendentemente dal contesto fisico e chimico, con i risultati migliori che si cercano i quelli più costanti al variare di velocità, temperatura e conformazione del manto. Per questo Continental ha ricercato, nella mescola “Black Chili”, il maggior numero possibile di interazioni molecolari tra gomma e strada, ovviamente tenendo conto dell’utilizzo sportivo cui sono destinati gli SC6, quindi con incremento dei legami alle medie e alte velocità. 
 
STAMPA AD ALTA DEFINIZIONE
I moderni pneumatici UHP sono il frutto, come visto, di complesse sperimentazioni, ricerche sui materiali e test fisici e chimici, che convergono nella fase finale di produzione di massa. Non credo sia mistero che le gomme stradali sono prodotte per stampaggio, quindi ricavate da un “guscio” in cui si inietta la materia finale in stato liquido, per poi farla passare attraverso le fasi di raffreddamento, vulcanizzazione e sbavatura, ma quali sono le tecniche maggiormente utilizzate per la produzione degli stampi da cui usciranno le nuove coperture destinate al mercato di massa? In Continental ci si affida, principalmente, alla fresatura o alla colata (“casting”). Gli stampi, tutti, sono prodotti in “settori” sfasati, cioè il guscio finale di 360° è suddiviso in differenti pezzi, necessità del processo produttivo, che sono di grandezza differente e le cui giunzioni sono linee “spezzate”. Questa irregolarità è voluta, in quanto evita debolezze strutturali del prodotto finale e potenziali effetti di risonanza di cui sopra.
 
La realizzazione tramite fresatura, più elaborata, consente maggiore uniformità e precisione (si parla, in ogni caso, di decimi di millimetro), ed è dedicata a pneumatici destinati a segmenti di mercato più ridotti e specialistici, mentre la colatura è utilizzata per volumi maggiori e grandi numeri. La prima fase di analisi e progettazione è, naturalmente, eseguita attraverso software dedicati e successiva lavorazione al CAM, ma in ogni caso il fattore umano è importante, specie nelle fasi finali di controllo dei settori degli stampi e di verifica delle geometrie. E’ evidente che il livello di accuratezza, prestazioni e affidabilità raggiunto dai modelli di punta come l’SC6 sia l’attuale stato dell’arte, ma il confronto con la concorrenza è costante e inarrestabile. Speriamo, in ogni caso, di essere riusciti a dare uno spaccato di quanto sia complessa, ormai, anche la realizzazione delle coperture stradali, che un tempo erano considerate complementi “impliciti” e quasi banali delle vetture.

 

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