Materiali a confronto. Acciaio Vs Kevlar Vs Carbonio

Qui sotto troverete le caratteristiche tecniche dei materiali più usati in f1 e nell’industria motoristica in generale, cioè il Kevlar e la fibra di Carbonio.

Forse questi dati non vi diranno nulla, ma vorrei evidenziare un paio di caratteristiche che fanno decisamente tendere la scelta su questi materiali piuttosto che sull’acciaio, materiale classico per uso meccanico e automobilistico. La densità , cioè il peso e le dimensioni del pezzo finito, è molto minore per questi composti piuttosto che per l’acciaio. Infatti la densità dell’acciaio è circa 7.8 Kg/dm3 contro 1.4-2 del K o del C, cioè 4 volte maggiore. La resistenza a trazione cioè la resistenza a essere tirato fino a rompersi è molto inferiore per l’acciaio.Un acciaio non legato resiste fino a circa 500 Mpa, e uno legato fino a circa 1000 Mpa. Per il C e il K si arriva addirittura fino a 4500 Mpa ,cioè dalle 4 alle 8 volte di più. L’unico vantaggio per l’acciaio è la capacità di allungamento che consente di costruire meccanismi che hanno sulla deformazione la loro vera utilità, come per esempio le molle .

In questo caso l’allungamento dell’acciaio arriva a 10 volte quello del C o del K.

Quindi , riassumendo il C e il K sono leggerissimi , reggono carichi enormi ma sono rigidi. Se costassero poco ci si potrebbe costruire qualsiasi cosa.

Però la ghisa ad esempio costa0,50€ al Kg, mentre un Kg di carbonio può costare oltre 600 €.Quindi per usi comuni si usano acciai, ghise, e quando siamo fortunati leghe di alluminio [5€ il Kg], per la F1 dove il costo è l’ultimo dei problemi , è più che ovvio usare il Carbonio o il Kevlar.

Il Kevlar o Fibre aramidiche

Le fibre aramidiche sono fibre poliammidiche aromatiche attualmente commercializzate in tre tipologie:

• Kevlar 29 (ad alta tenacità), 
• Kevlar 49 (ad alto modulo di elasticità) 
• Kevlar 129 (ad altissimo modulo di elasticità)

In Tab. sono riportate le caratteristiche dei materiali suddetti.

Le fibre aramidiche sono indicate per tutte quelle applicazioni in cui insieme ad alte caratteristiche meccaniche sono richieste buona tenacità, buona resistenza alla fatica e densità molto bassa; queste fibre inoltre resistono all’umidità e a molti solventi mentre sono attaccate dalle basi e dagli acidi forti; l’ossidazione limita il loro impiego fino a temperature di 150-200 °C.

Le fibre di carbonio presentano resistenze a trazione simili a quelle delle fibre di vetro ma modulo di elasticità molto più elevato così che tali fibre sono indicate per la realizzazione di materiali compositi particolarmente rigidi; il loro costo è peraltro molto elevato.

Le fibre di carbonio sono prodotte per pirolisi o per decomposizione per riscaldamento di fibre che contengono carbonio; i tipi di fibre da cui esse vengono prodotte (detti precursori) sono essenzialmente tre: il rayon a base di cellulosa, il poliacrilonitrile (PAN) e la pece. Fra questi il precursore più usato risulta il PAN il quale fornisce fibre di carbonio con resistenze mediamente più elevate di quelle di fibre provenienti da altri precursori. 

Le fibre di carbonio sono prodotte con diametri inferiori a 5 micrometri [ 5 x 10^-6 metri = 5 x 0.000001 metri = 5 millesimi di millimetro ]. 

Le caratteristiche fisiche e meccaniche delle fibre di carbonio sono influenzate sia dal precursore di provenienza sia dal processo tecnologico di produzione; in Tab. sono riportate alcune di queste caratteristiche.