Pedeorelha | È possibile assemblare un'auto con la colla?

Thomas Dalton
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Molte case automobilistiche, tra cui BMW, hanno utilizzato adesivi strutturali per automobili al posto di bulloni o saldature per fissare il rivestimento in plastica ai veicoli. Guarda la nostra galleria di immagini del motore dell'auto. Johannes Simon / Getty Images

Quando immagini la catena di montaggio in uno stabilimento au-to, probabilmente immagini saldatrici, rivetti, bulloni e viti che fissano insieme tutte le parti di un'auto. Potresti essere sorpreso di apprendere che molte case automobilistiche utilizzano la colla per incollare alcune parti insieme sui veicoli moderni. Questo non è il tipo di colla che troverai nello zaino di un bambino della scuola o il tipo di colla per auto che potresti usare per assemblare un modello in plastica: gli adesivi strutturali per auto sono materiali avanzati chiamati epossidici che possono essere personalizzati per legarsi a quasi tutte le superfici e sopportano un'ampia gamma di temperature estreme.

Usare la colla nella produzione di auto non è un modo per tagliare gli angoli o creare un'auto inferiore. Gli adesivi moderni offrono molti vantaggi ingegneristici rispetto ai metodi tradizionali di fissaggio di due parti insieme. In effetti, gli adesivi di solito formano un legame più forte dei materiali che stanno legando insieme. Gli adesivi potrebbero essere la chiave per costruire auto più leggere ed efficienti e quando vengono utilizzati nuovi materiali come i compositi di carbonio, gli adesivi potrebbero essere l'unico modo per legarli poiché i pannelli in fibra di carbonio non possono essere saldati insieme.

Ovviamente, gli adesivi per auto non sono perfetti: ci sono alcuni problemi ambientali e alcune applicazioni per le quali semplicemente non funzionano molto bene. Quali adesivi funzionano meglio per le molte parti diverse di un'auto? E come cambierà l'industria automobilistica l'uso degli adesivi? Di conseguenza, vedremo auto meno costose? In caso affermativo, saranno al sicuro? Continua a leggere per scoprirlo.

Questo lunotto sarà rivestito di adesivo prima di essere posizionato su una Dodge Caliber. Mary Knox Merrill / The Christian Science Monitor / Getty Images

L'applicazione di adesivo nella produzione di automobili è un processo leggermente più complicato rispetto al semplice spalmarsi di colla e tenere insieme le due parti. Per prima cosa, gli adesivi strutturali per autoveicoli sono realizzati con sostanze chimiche chiamate epossidici. Una resina epossidica è disponibile in due parti, una resina e un catalizzatore. Quando i due componenti vengono combinati, il catalizzatore avvia una reazione chimica nella resina e la resina sviluppa le sue proprietà di legame man mano che la miscela polimerizza. I tempi di polimerizzazione della resina epossidica possono variare da pochi minuti a un giorno o anche di più. In alcuni casi, la polimerizzazione può essere aiutata dalla cottura o da qualche altra forma di calore applicato. Alcuni epossidici polimerizzano anche con l'applicazione della luce ultravioletta.

Esistono due tipi di resine epossidiche comunemente utilizzate: epossidiche poliuretaniche e epossidiche a matrice vetrosa. Gli epossidici a matrice vetrosa sono estremamente forti e rigidi e resistono tosatura -- separazione laterale delle parti incollate - a livelli di forza molto elevati. Le resine epossidiche poliuretaniche sono più flessibili, ma si rompono sotto forze di taglio a livelli di forza molto inferiori rispetto alle resine epossidiche a matrice vetrosa. Un nuovo processo di richiesta in due fasi chiamato tempra sinergica della gomma conferisce alle resine epossidiche ad alta resistenza una maggiore flessibilità in modo che abbiano meno probabilità di fratturarsi sotto stress [fonte: Smock].

A complicare ulteriormente il processo di applicazione dell'adesivo sono le esigenze uniche di una linea di produzione automobilistica. In alcuni casi, gli adesivi devono essere applicati su un'intera sezione dell'auto in un unico lotto. Dopo che alcune parti aggiuntive sono state attaccate e incollate, la sezione potrebbe dover passare attraverso un processo di pulizia e verniciatura prima che i pezzi finali siano attaccati. L'adesivo deve essere in grado di rimanere in posizione quando viene sottoposto a spruzzi di liquidi, elettrodeposizione e altri processi di assemblaggio. Per evitare l'uso di costosi forni di pre-polimerizzazione, questa capacità di polimerizzazione può essere incorporata nell'adesivo, ma richiede molti test e una chimica impressionante.

Il posto migliore per utilizzare un adesivo strutturale è in una posizione in cui sono presenti le forze primarie compressione, dove i pezzi uniti vengono uniti o cesoia, dove la forza cerca di far scorrere le superfici unite l'una contro l'altra, come se si premessero le mani e si cercasse di farle scorrere.

Gli adesivi strutturali in genere non sono buoni da usare se la forza che agisce sul giunto separerebbe i due pezzi poiché la maggior parte degli adesivi ha una scarsa buccia forza. Un'altra posizione sbagliata per un adesivo strutturale sarebbe quella in cui sono presenti forze che piegherebbero l'articolazione, il che potrebbe consentire all'articolazione di fendersi e quindi staccarsi [fonte: Gilles].

Oltre alle resine epossidiche, in alcune aree dell'auto vengono utilizzate anche schiume uretaniche. Sebbene abbiano proprietà adesive, queste schiume sono utilizzate più per le loro proprietà come sigillanti che come elementi di fissaggio strutturali.

Colla automatica

Per molte persone, l'adesivo per autoveicoli sui pannelli della carrozzeria di un veicolo potrebbe non suonare fuori la domanda, ma per quanto riguarda l'incollaggio del motore? Può un adesivo per auto resistere al calore e alle pressioni che i motori sono in grado di produrre? Sì, gli adesivi possono essere - e attualmente lo sono - utilizzati nei motori. In effetti, i coperchi delle valvole, i collettori di aspirazione e le coppe dell'olio sono comunemente fissati usando solo pochi bulloni e un materiale adesivo che forma una guarnizione o una guarnizione a tenuta di fluido o aria.

La Tata Nano utilizza adesivi automobilistici per fissare i pannelli della carrozzeria e per ridurre il peso. FABRICE COFFRINI / AFP / Getty Images

L'uso di adesivi presenta alcuni importanti vantaggi rispetto ad altri metodi di fissaggio. Un adesivo distribuisce i carichi meglio di una saldatura a punti o di un rivetto. Immagina due pannelli della carrozzeria fissati con alcune saldature a punti. Ogni volta che l'auto colpisce un urto, la forza dell'urto viaggia attraverso l'auto. Quando passa attraverso questi due pannelli della carrozzeria, le saldature a punti trasportano tutta la forza. Ciò porta a fratture da stress nell'area vicino alle saldature. Un adesivo consentirebbe di attaccare i pannelli su una superficie più ampia, distribuendo la forza in modo più efficiente. Una buona saldatura continua comporterebbe la stessa cosa, tranne per il fatto che le saldature sono così rigide da non trasferire la forza molto bene. Gli adesivi, in particolare le resine epossidiche poliuretaniche, hanno la capacità di flettersi e assorbire parte della forza e di trasmetterne il resto in modo uniforme su tutta la superficie. Questo è uno dei motivi per cui i produttori di aeroplani utilizzano adesivi da anni.

Gli adesivi consentono anche l'uso di materiali strutturali più leggeri. Saldature e bulloni richiedono pezzi di acciaio spessi e pesanti per ancorarli. Con un adesivo, è possibile utilizzare acciaio di qualità inferiore oppure il produttore può passare a materiali alternativi come compositi di alluminio o carbonio. Questi materiali non possono essere saldati come può fare l'acciaio, quindi gli adesivi sono spesso l'opzione migliore. La casa automobilistica indiana Tata ha ridotto il peso della sua Nano ultracompatta in parte utilizzando adesivi per attaccare alcuni pannelli della carrozzeria.

La temperatura influisce sugli adesivi, ma le resine epossidiche utilizzate per assemblare le auto non si sciolgono fino a quando non vengono riscaldate a 400 gradi Fahrenheit (204,4 gradi Celsius) o più e non si rompono fino a quando non vengono raffreddate a meno 40 gradi Fahrenheit (meno 40 gradi Celsius). Ovviamente, queste sono variazioni di temperatura estreme che la maggior parte delle persone non incontrerebbe mai nel corso della propria vita. Per il guidatore medio, la temperatura non è un problema.

Questo non vuol dire che gli adesivi siano privi di difetti. L'industria automobilistica non dispone di molti dati a lungo termine sull'uso degli adesivi e alcuni mettono in dubbio la loro capacità di resistere a 10 o 20 anni di utilizzo. Gli adesivi strutturali sono stati utilizzati dai produttori europei per diversi anni, quindi la fiducia sta crescendo nella longevità degli adesivi.

C'è un potenziale effetto collaterale negativo dell'uso dell'adesivo: riparazioni più costose. Se una parte strutturale incollata si rompe, la maggior parte delle officine di riparazione non avrà le strutture necessarie per ricollegare l'adesivo. Invece, dovrebbero utilizzare un componente pre-incollato inviato dal produttore, forse costringendo il proprietario dell'auto a pagare qualcosa di più della semplice parte rotta. Una buona carrozzeria può occuparsi di una riparazione estetica tagliando via la sezione danneggiata e rattoppando una parte nuova con adesivi appositamente studiati per questo scopo.

Mentre gli adesivi stanno guadagnando un uso più ampio, oggigiorno, il loro uso nell'assemblaggio di auto non è veramente nuovo. I parabrezza delle auto sono stati tenuti in posizione da resine epossidiche poliuretaniche per decenni e negli ultimi dieci anni circa, produttori come Saturn e persino BMW hanno applicato rivestimenti in plastica alle loro auto con adesivi invece di bulloni o saldature. Man mano che i progettisti di automobili esplorano nuove tecnologie e nuovi materiali, potremmo vedere l'uso di adesivi salire alle stelle nei prossimi anni. Anche così, probabilmente ci sarà sempre un posto sulla catena di montaggio per un saldatore.