La geometria, variabile, dei pneumatici

Le nuove gomme entreranno in produzione già da fine 2015, permetteranno di risparmiare carburante e rilasceranno meno particolato

È comune pensare che le peculiarità dei vari tipi di pneumatici – estivi o invernali, per suolo asciutto o bagnato – siano date dal disegno del battistrada e dalle percentuali dei materiali utilizzati per comporre la mescola. Meno noto è il fatto che caratteristiche come l’aderenza o la resistenza siano strettamente collegate anche alla morfologia micro e nanoscopica delle particelle che compongono la mescola dello pneumatico.
Questa è generalmente ottenuta dall’unione del polimero, ovvero la gomma propriamente detta, con vari componenti che ne modulano le caratteristiche meccaniche: in particolare le cariche di rinforzo o fillers. Per molti anni la carica di rinforzo utilizzata è stata il nerofumo (o carbon black: il prodotto della combustione incompleta di alcuni prodotti petroliferi). In tempi più recenti, al nerofumo è stato accostato un altro filler che ha permesso, con le sue caratteristiche, di migliorare la resistenza al calore, al taglio e all’abrasione dello pneumatico: la silice.
L’utilizzo della silice ha comportato la riduzione della resistenza al rotolamento e, quindi, una diminuzione dei consumi di carburante.
Spesso, però, per ottenere uno pneumatico efficiente bisogna tenere conto non solo della tipologia del filler da introdurre in mescola, ma anche della morfologia delle sue particelle.

geometrie variabili pneumatici
Nell’immagine particelle di silice sferiche e allungate nella gomma SBR. Le immagini al microscopio elettronico e a forza atomica (TEM e AFM)  evidenziano lo strato di gomma eterogenea che circonda la particelle.

È ciò che emerge da uno studio condotto dal Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con Pirelli Tyre. I ricercatori Franca Morazzoni, Roberto Scotti, Barbara Di Credico, Massimiliano D’Arienzo hanno individuato una nuova mescola per pneumatici che consente di migliorare le proprietà meccaniche delle gomme, anche aumentandone la durata e la resistenza al rotolamento. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Soft Matter della Royal Society of Chemistry.
La novità introdotta dai ricercatori consiste nell’utilizzo di particelle nanometriche di “silice  allungata” o a “bastoncino” in sostituzione delle particelle finora utilizzate di forma sferica. La forma allungata, oltre ad aumentare la superficie sulla quale il polimero aderisce, migliora la forza d’interazione tra filler e polimero a causa dell’allineamento delle particelle allungate lungo l’asse principale. L’analisi dinamico meccanica mostra una aumento fino al 40% della capacità di resistere alla deformazione, a parità di contenuto di silice.
Il risultato è una riduzione della mobilità delle particelle e della conseguente dissipazione di energia in fase di rotolamento. La conseguenza pratica è un consumo minore di carburante che si traduce in risparmio energetico e in diminuzione dell’impatto ambientale.
Si tratta di una scoperta importante, tanto che i ricercatori di Milano-Bicocca e Pirelli prevedono che questo tipo di mescole entrino nella produzione degli pneumatici già a fine 2015.

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