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Produzione dei pneumatici: in che modo avviene?

Pubblicato in Pneumatici da , venerdì 17 gennaio 2020 0

Le gomme auto le abbiamo sotto gli occhi tutti i giorni, il più delle volte quasi inosservate: eppure sono un concentrato di alta tecnologia, dietro il quale si cela un processo produttivo che richiede decine di ore di lavoro, che permettono di creare – almeno nei casi dei prodotti più riusciti! – pneumatici efficienti, duraturi e dai quali dipende la nostra sicurezza alla guida. Ecco perché potrebbe essere interessante scoprire in che modo avviene la loro produzione e quali sono i passaggi a cui la gomma viene sottoposta prima di giungere al prodotto finito, quello che ben conosciamo. La nascita del pneumatico risale alla seconda metà dell’Ottocento e in circa un secolo e mezzo di storia i progressi sono stati notevoli e per certi versi sorprendenti.

Da cosa è composto il pneumatico

Grazie all’evoluzione della tecnologia, la produzione delle gomme auto è stata semplificata e automatizzata rispetto agli inizi, tuttavia richiede risorse consistenti e ore di lavoro per poter ottenere il prodotto finale. Negli ultimi anni l’attenzione si è spostata in maniera particolare sullo sviluppo, al fine di rendere le coperture sempre più performanti e complete, in grado di rispondere ad esigenze anche molto diverse, basti pensare alle gomme quattro stagioni, a cui sono richieste elevate prestazioni sia con il freddo invernale che con il caldo estivo. Sono diversi gli elementi che compongono un pneumatico: il battistrada, la superficie che si interfaccia con la strada, il tallone (l’elemento a contatto con il cerchio una volta che la gomma viene installata), il fianco o la spalla, la parte laterale su cui sono impressi il nome del produttore e le caratteristiche della gomma, la cintura – strato di materiale posto al di sotto del battistrada – e la carcassa, che può essere considerata lo “scheletro” di una gomma. Dovendo sopportare tutti i carichi a cui la copertura è sottoposta, da essa dipende la qualità della gomma stessa.

La nascita di una gomma

Sfruttando i computer, la progettazione di un pneumatico è stata notevolmente semplificata a partire dagli anni ’90 grazie ai sistemi CAD, che hanno reso più agevole e veloce la creazione progettuale del disegno e della forma da dare agli intagli sul battistrada, la costruzione di tutta la parte interna della gomma e la valutazione complessiva dei materiali da adoperare per la fabbricazione del prototipo della copertura. Attraverso i calcoli effettuati al computer, si può stabilire con precisione la resistenza del materiale, la tensione, i livelli di deformazione e la distribuzione del calore nelle diverse condizioni che una gomma è chiamata ad affrontare, comprese quelle più estreme.

Il prototipo e i primi test

Una volta ricavate le coordinate tramite il lavoro al PC, si procede con la realizzazione del prototipo – che traduce in pratica tutti i calcoli teorici svolti in precedenza – che verrà poi sottoposto a test per verificarne l’efficienza. Si tratta di una fase estremamente delicata, nella quale si realizzano diversi prototipi da analizzare al fine di selezionare quello che meglio ha risposto alle prove affrontate: se è in grado di soddisfare i requisiti, il lavoro prosegue su quel prototipo, se invece tali requisiti non vengono rispettati, si torna alla fase di progettazione con l’obiettivo di creare un modello migliore. I test si suddividono in due tipologie, quelli eseguiti in laboratorio e le prove su strada vere e proprie, sia su tracciati privati del costruttore che nelle normali strade aperte al traffico. Naturalmente tali prove sono condotte in base al tipo di pneumatico, le gomme invernali in condizioni fredde, quelle estive in aree calde.

L’inizio della produzione

Dopo i test, se superati, ha inizio la produzione. Questa viene avviata però solamente se il prototipo può essere prodotto su larga scala, ovvero se i processi produttivi sono in grado di replicare in maniera efficiente il prototipo per la distribuzione sul mercato. Ciò non sempre è automatico: si sono verificati infatti dei casi in cui i prototipi, pur avendo superato tutti i test e le prove prestazionali, non sono poi stati prodotti in quanto i processi produttivi non erano capaci di replicare il modello su larga scala in modo efficiente, e dunque la produzione è stata posticipata. Il primo passo per dare il via alla produzione dei pneumatici è la selezione dei materiali, a cominciare dalle materie prime come nerofumo, caucciù, nappe a trama, fili d’acciaio (per la carcassa) e varie sostanze oleose. 

In che modo vengono selezionati i materiali

La scelta dei materiali viene effettuata tenendo ovviamente conto delle caratteristiche del pneumatico, come ad esempio grandezza, larghezza e naturalmente le sue specifiche fisiche e chimiche; per intenderci, una gomma invernale avrà bisogno di una mescola con una percentuale maggiore di silice, in grado di mantenere il battistrada più morbido e perciò più efficiente con le basse temperature. Nella prima fase della produzione si mescola il caucciù con il nerofumo, aggiungendo poi antiossidanti, oli particolari e ulteriori ingredienti. Al termine di questo processo si ottiene la miscela di gomma che era stata studiata in fase di progettazione; tipi di materiali, qualità e quantità fanno parte dei “segreti” di ogni costruttore, che li seleziona in base alle proprie competenze, agli studi effettuati e al lavoro di ricerca e sviluppo su cui sia le grandi che le piccole aziende investono costantemente.

Miscela del pneumatico: da cosa è composta?

Abbiamo visto come si realizza la miscela di un pneumatico, perciò può essere interessante analizzarla più nel dettaglio per comprendere esattamente in che modo è composta. Al suo interno si possono trovare sia caucciù naturali che sintetici, resine, oli, zolfo, riempitivi – come appunto nerofumo e silice, indispensabili per ammorbidire e rendere più resistente la gomma – antiossidanti (fondamentali per rallentare l’invecchiamento del pneumatico), acceleranti di vulcanizzazione ed eventuali altri ingredienti a seconda del tipo di copertura da realizzare. Concentrandoci sulle quantità, ecco come questi elementi sono suddivisi all’interno di 100 chilogrammi di miscela per la creazione del battistrada di un pneumatico:

  • 50 kg di caucciù (ormai in prevalenza di tipo sintetico)
  • 15 kg di nerofumo
  • 15 kg di silice
  • 10 kg di oli
  • 2 kg di resina
  • 2 kg di zolfo
  • vari altri elementi

La miscela viene poi composta secondo la tipologia di pneumatico da realizzare (estivo, invernale, all season) e della sua destinazione d’uso.

Analisi delle diverse componenti

All’interno della miscela di una gomma, le diverse componenti hanno compiti specifici fondamentali per arrivare al risultato finale, ovvero pneumatici che siano in grado di assicurare performance adeguate il più a lungo possibile. Il caucciù incide sull’elasticità del battistrada ed è un elemento essenziale per l’aderenza della gomma; di contro tende a irrigidirsi con le basse temperature – compromettendo quindi l’elasticità – e a usurarsi con rapidità, per questa ragione all’interno della mescola vengono aggiunti silice e nerofumo. Agli albori dell’industria pneumatica, a comporre la miscela era in prevalenza il caucciù, che garantiva però una durata limitata del pneumatico, mai superiore ai 3 mila chilometri percorsi. Soltanto dagli anni ’70 in poi fu scoperto in che modo implementare la mescola delle gomme auto, aggiungendo appunto silice che migliora il rendimento con le basse temperature mantenendo inalterata l’elasticità. Il nerofumo, introdotto negli anni ’20, ne incrementò invece la durata.

Realizzazione della miscela

I diversi elementi che compongono la miscela durante la fase di produzione devono essere aggiunti nel giusto ordine all’interno del miscelatore, un macchinario che consente al composto di diventare omogeneo. Non bisogna guardare solamente alle quantità dei diversi prodotti, ma anche all’ordine di aggiunta, che deve essere rispettato al fine di ottenere una miscela corretta. A procedura ultimata, la miscela assume la forma di una lastra oppure di un nastro, che viene ricoperto con agenti di distacco indispensabili per poter separare gli strati di gomma man mano che si procede con la lavorazione. A questo punto la miscela subisce una sorta di controllo di qualità, in modo da assicurarsi che rispetti i requisiti richiesti, per poi passare alla fase seguente della produzione, che vede la “nascita” del pneumatico vero e proprio.

Il pneumatico vede la luce

È questo il momento in cui il pneumatico prende vita, poiché attraverso l’apposito macchinario la miscela viene prima plastificata e poi lavorata tramite lo stampo, che creerà i diversi elementi profilati oppure piatti che compongono la gomma. Così si ottengono il battistrada, le strisce di tallone, tutti gli elementi profilati e i vari riempitivi; le parti piatte subiscono poi il processo di calandratura, che consente di ottenere superfici dello spessore voluto. È in tale fase che si realizza il rivestimento di butile, che ha il compito di garantire la tenuta stagna della copertura. Oltre alle parti in gomma, il pneumatico è composto da elementi di altri materiali, come cerchietti e cordicelle, in acciaio e in tessuto, che vanno a creare quello che possiamo definire lo scheletro della gomma, dunque deve essere capace di assicurare rigidezza e ad esso sono strettamente collegate le performance della copertura. Vediamo com’è composto.

Lo “scheletro” di una gomma

I fili presenti nella carcassa di un pneumatico sono composti da fibre estremamente sottili di differenti materiali, fra cui nylon, poliestere, aramide e viscosa. Per comprendere la quantità di fili di cordicelle contenuti all’interno di una gomma, basti pensare che in una copertura della misura 195/65 R16 si possono trovare da un minimo di 1500 ad un massimo di 1800 di tali fili, disposti in modo parallelo e ricoperti da resina e lattice. Il processo di creazione di queste cordicelle è piuttosto complesso e suddiviso in diversi momenti. Si comincia con la lavorazione dei fili in acciaio affinché sia raggiunto il diametro richiesto, compreso fra 0,2 e 0,5 millimetri, dopodiché i fili vengono intrecciati. La cordicella che si ricava ha elevate qualità elastiche e di resistenza in uno spessore davvero ridotto, all’incirca 1 millimetro. In seguito è ricoperta da uno strato di bronzo oppure ottone, per consentire di legarsi meglio con la gomma (le cordicelle sono infatti collocate fra due strati di gomma) nella fase di vulcanizzazione.

Il ruolo dei cerchietti

I cerchietti consentono di ancorare il pneumatico al cerchione e variano da un produttore all’altro, in quanto ognuno utilizza la soluzione che ritiene migliore per il fissaggio. Il cerchietto è composto da fili singoli – dunque non intrecciati – rivestiti poi con gomma che può avere una sezione rettangolare oppure poligonale. Dopo aver realizzato le diverse parti che costituiscono un pneumatico, è il momento di pensare all’assemblaggio; questo varia in base alla tipologia di gomma: ad esempio le coperture radiali si assemblano in maniera differente, poiché presentano due strati di cintura in acciaio e uno strato di cintura realizzato in tessuto. È in questa seconda fase che vengono prodotti elementi quali carcassa, fianchi, cintura, parte superiore della gomma, riempitivo, rivestimento interno e lo strato di cordicelle a base di poliammide.

Seconda fase di produzione: gli stampi

In tale passaggio della produzione il pneumatico viene definito crudo e attraverso gli stampi si provvede a dare forma alle varie parti che lo costituiscono, ad esempio il battistrada, i fianchi, il riempitivo. Le caratteristiche dei differenti elementi sono determinate dal tipo di macchinario utilizzato e dalle soluzioni costruttive impostate dal produttore. Da questo punto di vista, si può scegliere se realizzare i pneumatici in una fase unica, con un solo macchinario che svolge l’intero processo, oppure in due fasi distinte, costruendo prima la carcassa e aggiungendo in un secondo momento gli altri elementi, come il battistrada, la cintura etc. La sequenza di applicazione dei vari elementi è grosso modo la stessa per tutti i produttori di gomme, che seguono quindi il medesimo procedimento una volta ottenuti gli stampi delle componenti del pneumatico.

Come si applicano le varie parti

L’assemblaggio inizia applicando il rivestimento di butile dall’azione impermeabile, che funge anche da camera d’aria nei pneumatici moderni che ne sono sprovvisti, dopodiché vengono posti i fianchi e uno strato di cordicella in tessuto trasversale che avrà la funzione di scheletro della gomma. A questo punto si applicano i cerchietti e il rivestimento di gomma sopra lo strato di cordicella, poi vi è l’aggiunta di diversi altri elementi se richiesti dal tipo di modello. La disposizione delle varie parti avviene in piano e l’assemblaggio vero e proprio si verifica all’interno del tamburo, che inizia a dare al pneumatico la forma che ben conosciamo, permettendo una perfetta adesione delle diverse componenti. In seguito arriva il processo di arrolamento, durante il quale si dà alla gomma la sua forma definitiva – facendo in modo che tutte le componenti siano collegate in maniera corretta – e si fa fuoriuscire l’eventuale aria presente fra le differenti parti.

Vulcanizzazione

Ottenuto il pneumatico crudo finito, lo si sottopone a test per assicurarsi che tutto il processo sia avvenuto senza errori; in caso ne venissero individuati, se possono essere riparati la produzione continua, altrimenti il processo si interrompe e la gomma ritirata dall’iter produttivo. La fase successiva da affrontare è denominata vulcanizzazione: le presse degli stampi possono essere di due tipi, a forma di contenitore – ovvero il pneumatico viene realizzato interamente – oppure a due metà, in cui ognuna si occupa di formare una parte della gomma, il fianco e mezzo battistrada. Prima di essere inserito nello stampo, il pneumatico crudo è ricoperto con liquidi antiaderenti per impedire che si incolli durante il processo, quindi le miscele che compongono la gomma sono sottoposte a una temperatura superiore a 150 gradi, ottenendo così del materiale con proprietà omogenee. Le reazioni chimiche che si generano durante la vulcanizzazione conferiscono elasticità alla copertura. Temperature e pressione del processo sono prestabilite e la gomma deve restare nello stampo per circa 10 minuti.

Prodotto finito e controlli di qualità 

La forma esterna della gomma e il disegno del battistrada vengono riprodotti nello stampo, mentre le scritte e le indicazioni delle caratteristiche tecniche riportate nel fianco del pneumatico sono già presenti in quanto realizzate in precedenza, durante la creazione delle singole parti in gomma. Al termine dei 10 minuti all’interno della pressa, la copertura si lascia raffreddare per poi passare al controllo finale, il quale si basa innanzitutto sull’osservazione visiva, seguita da una verifica interna con i raggi X; se in questo passaggio si riscontrano difetti o danni, i pneumatici in questione vengono eliminati. Si prosegue con la valutazione di elementi quali forma, rigidità e massa, e la verifica di diversi parametri – fra cui forza radiale ed effetto conico – che incidono sulla sicurezza e sul comfort.

Il pneumatico pronto

L’ultimo accertamento si concentra sulla struttura della gomma, per assicurarsi che sia conforme a ciò che era stato ideato in sede progettuale, così da garantire sicurezza e prestazioni adeguate. Se nessuna anomalia viene riscontrata nella fase del controllo di qualità, il pneumatico è considerato pronto per la vendita ed eventuali difetti emergeranno solamente durante il suo utilizzo. Attualmente, circa l’80% delle gomme in commercio è prodotto attraverso questo procedimento, che rappresenta al momento la soluzione migliore per dei prodotti evoluti e sofisticati, sempre chiamati a nuove sfide e a soddisfare richieste che diventano più esigenti ogni giorno, partendo dal presupposto che si tratta di dispositivi che per forza di cose fanno i conti con dei compromessi, perché da un lato devono assicurare aderenza e dall’altro durata nel tempo, due concetti che sono inevitabilmente portati a scontrarsi.

Un solo prodotto, tante condizioni diverse

Le gomme auto sono chiamate ad affrontare condizioni molto diverse, dal freddo intenso al caldo estremo, con corollario di strade innevate, ghiacciate o bagnate, e una mescola che possa affrontare tutte le condizioni con uguale efficacia non esiste. Ecco perché troviamo differenti tipologie di pneumatici – invernali, estivi, all season – che riducono il numero di compromessi ai quali si deve giungere per avere pneumatici performanti e longevi. I progettisti si trovano costantemente a confrontarsi con una sorta di coperta corta, che se tirata da un lato ne scopre un altro, perciò la progettazione dei pneumatici è un lavoro complesso e i prodotti di cui disponiamo oggi – pur con tutti i loro limiti – sono incredibilmente evoluti e garantiscono performance e rendimento inimmaginabili anche solo 10 o 20 anni fa. La tecnologia ha dato una spinta importante sia in fase progettuale che realizzativa, e i cambiamenti hanno riguardato anche i processi produttivi, che nel prossimo futuro saranno destinati a evolversi ulteriormente con l’introduzione di nuovi materiali che modificheranno radicalmente le gomme auto rispetto a come le conosciamo attualmente.

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