Nuovo ruolo del carbonio nella costruzione nautica

Nuovo ruolo del carbonio nella costruzione nautica
Da materiale sofisticato e considerato adatto solo all’utilizzo per la costruzione di barche di
Coppa America, one off e gli offshore di Classe Uno, il carbonio sta finalmente ricevendo un
maggiore interesse e credito da parte dei costruttori nautici. La fibra di carbonio presenta una
serie innegabile di vantaggi: i laminati prodotti con il carbonio sono più leggeri di quelli
poliestere/vetro, la resistenza del carbonio+resine epossidiche permette una notevole riduzione
di peso con conseguente risparmio di materiale e quindi di costi e non ultimo, dato che la
produzione in carbonio/epossidica avviene in stampo chiuso, l’impatto ambientale è decisamente
ridotto. Già da tempo gli alberi di molte barche da crociera sono in carbonio e alcuni cantieri
producono sia gli scafi che le coperte utilizzando materiali pre-ipregnati (prepreg) consistenti in
fibre o tessuti di rinforzo impregnati meccanicamente in maniera omogenea di resina epossidica
precatalizzata. Una volta completato il processo di impregnazione la resina viene portata -18° C,
per ridurre l’appiccicosità permettendo di maneggiare facilmente il materiale.
Questo sistema ha il vantaggio di poter utilizzare delle resine molto resistenti troppo viscose per
essere utilizzate nella laminazione manuale. Attualmente i processi più usati che utilizzano
prepregs, richiedono un ciclo di cura ad elevata temperatura (70/80°C) e a pressione per
consolidarsi. Molto importante è curare l’uniformità della distribuzione del calore, durante l’intero
processo si dovrebbe mantenere costante la temperatura, con uno scarto massimo di +/- 2°C.
Un esempio italiano…
Molte aziende producono epossidiche per questi usi, in particolare Elantas Camattini SPA ha messo
a punto una gamma completa di resine da laminazione e infusione abbinabili ad indurenti amminici
a diversa reattività da utilizzare tal quali o in taglio tra loro per ottenere il profilo di reazione
desiderato.
La possibilità di disporre di materiali affidabili facilmente impiegabili con tecniche di progettazione
ingegneristiche rappresenta oggi il principale obiettivo per il successo in molti settori industriali.
L’ottenimento di risultati qualitativi costanti richiede la messa a punto di materiali specifici e
l’accurata conoscenza e controllo dei processi di applicazione.
Vediamo ad esempio i profili caratteristici della resina da stratificazione EC152 con la gamma di
indurenti disponibili caratterizzati da ottimi valori di Interlaminar Shear Strength (ILSS).
Il sistema EC157/W152XLR e’ stato ad esempio utilizzato con successo nell’infusione di uno scafo
di lunghezza pari a 90 piedi.
L’elevata fluidità del sistema (<200 mPas a 25°C) accompagnata al lungo tempo di utilizzo (>180’
a 25°C) e al buon avanzamento della reazione per somministrazione di calore moderato (14-16 ore a
25°C, 6-7 ore a 35°C per spessori di composito di circa 10mm) ha consentito l’infusione di larghe
superfici in tempi molto contenuti (attuale standard meno di 2 ore ) rendendo così possibile un
indurimento uniforme senza tensionamenti. L’ottimizzazione delle proprietà di bagnabilità e
dell’interfaccia fibra/matrice attraverso l’opportuna selezione dei tessuti e della formulazione della
resina ha consentito l’ottenimento di valori di ILSS (Interlaminar Shear Strength) su provini infusi
in laboratorio superiori a 45 MPa, valore più che doppio rispetto alle resine poliesteri di maggior
pregio.
Sostituendo gli indurenti standard con l’indurente termoresistente K58, si ottiene un sistema per
infusione con transizione vetrosa superiore a 120°C indicato per la realizzazione di stampi di
grandi dimensioni per preimpregnati utilizzato con successo dalla ditta VEGA srl.
… e esperienze europee
L’ultimo progetto di Rogers Yacht Design, ora in costruzione, è un cruiser/racer che combina le
tecnologie di ultima generazione e la leggerezza tipiche delle barche da competizione, con il lusso e
l’eleganza di una barca da crociera. Il Roger 82 è in via di costruzione negli USA con il contributo
dei tecnici SP Gurit, che si sono occupati sia del progetto strutturale che dei materiali. La barca è
costruita interamente in pre-preg di carbonio SE70 Prepreg, in gran parte unidirezionale, lo scafo è
quasi completamente costruito in sandwich di pelli di carbonio e Corecell sP-Grade.
Paolo Manganelli, ingegnere progettista da SP Gurit, afferma: “La sfida era ottenere la migliore
prestazione ed efficienza strutturale e nel contempo degli interni confortevoli. … Mentre per altri
racer/cruisers di questo tipo, sarebbe stato usato il metallo per Roger 82 la gran parte dei
componenti sono in composito carbonio/epossidica”. Anche il Nauta 112 in costruzione da Baltic è
un motor yacht di 34 metri, interamente costruito in composito avanzato.
Anche i R.I.B sono in carbonio!
Ma il carbonio sta suscitando un interesse continuo nel campo della costruzione nautica anche
uscendo dall’ambito delle barche da crociera. All’ultimo Ribex 2009, salone dedicato ai R.I.B (rigid
inflatable boats) che si è tenuto a Cowes, UK, è stato presentato eXtreme 30, un mezzo in carbonio
molto innovativo prodotto da Marstrom Composites e Tornado Sport. Lo scafo e altri componenti
sono costruiti in pre-preg carbonio/epossidica curato in autoclave a 120°C per circa dieci ore. La
temperaratura e la pressione induriscono il laminato ed eliminano la resina in eccesso.
Lo scafo pesa, in un pezzo unico, pesa 300 kg. Quindi è molto più leggero di un rib in poliestere ma
infinitamente più resistente e performante. Il rapporto peso/resistenza è ottimale e permette una
ottima manovrabilità. Inoltre, il peso ridotto richiede motori meno potenti riducendo i consumi (30
litri/ora a 300 nodi) e l’inquinamento. Ovviamente anche il trasporto è facilitato dato che pesa circa
la metà di un rib in poliestere, qualità che lo rendono un tender perfetto.
Concludendo
Negli anni passati, la produzione di fibra di carbonio era largamente insufficiente a causa della
costruzione dei nuovi grandi aerei da trasporto che ne utilizzano enormi quantità, quindi dal 2005 al
2007 il prezzo era cresciuto notevolmente. Per rispondere alla crescente domanda l’industri del
settore ha investito moltissimo aumentando la produttività, nel frattempo però, la crisi economica in
corso causerà una riduzione degli investimenti nel 2010, quindi si prevede che i prezzi della fibra di
carbonio scenderanno in questo periodo del 30% circa. Questa congiuntura particolare permetterà
probabilmente un aumento dell’utilizzo del carbonio nell’industria nautica.