Tecnologie plastiche avanzate
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Ecco una sintesi e una breve storia dell'uso delle bioplastiche nell'industria automobilistica e automobilistica.

La plastica nell'industria automobilistica

Distinguiamo 3 aree nelle auto: parti esterne dell'auto, parti interne esterne dell'auto e tessuti interni.

Le materie plastiche rappresentano +/- 20% del peso dell'auto (da 100 a 150 kg/auto) e le 3 principali materie plastiche fossili utilizzate nelle auto sono il Polipropilene PP (32%), il Poliuretano PU (17%) e il PVC (16%).

Le materie plastiche hanno sostituito i metalli nelle automobili negli ultimi 50 anni perché sono più economiche, più leggere (migliore efficienza del carburante) e sono materiali ad alte prestazioni (minima corrosione, libertà di progettazione, flessibilità nell'integrazione dei componenti, sicurezza, comfort, potenziale riciclabilità e compostabilità).

Bioplastiche nell'industria automobilistica

Il primo utilizzo delle bioplastiche nell'industria automobilistica risale agli anni '30, ma stiamo assistendo a un'emergenza negli ultimi 15 anni. I produttori automobilistici giapponesi sembrano essere i leader quando si tratta di utilizzare bio-plastiche nelle loro auto; ma l'americano Henry Ford è stato il pioniere. Le bioplastiche più utilizzate nell'industria automobilistica sono:

  • Fibre naturali (compositi)

Le materie plastiche / polimeri sono mescolati con fibre per renderli più forti e chiamati compositi. Il composito più famoso è la "fibra di vetro", un polimero misto a fibra di vetro. Quando mescoliamo plastica / polimeri con fibre provenienti da fonti rinnovabili, li chiamiamo biocompositi.

Le fibre naturali più utilizzate per rinforzare i polimeri / plastiche sono cellulosa, soia, canapa e lino. È interessante notare che negli ultimi cinque anni abbiamo visto un numero incredibile di nuove materie prime bioplastiche.

  • Biopoliammidi (Bio-PA)

Le poliammidi (PA) sono termoplastiche ingegneristiche con buone proprietà meccaniche come la rigidità, la resistenza al calore, la resistenza chimica, la resistenza al fuoco, il buon aspetto e la lavorabilità.

I compositi PA e PA rappresentano circa il 10% delle parti in plastica delle auto moderne. La maggior parte delle PA utilizzate nelle applicazioni automobilistiche sono di origine fossile.

Rilsan®PA 11 (acquistato da Arkema) è stato il primo bio-PA utilizzato nell'industria automobilistica. E' derivato dall'olio di ricino ed è utilizzato per tubi flessibili, condotti del carburante, parti di attrito, connettori rapidi e nasi dei freni pneumatici.

DuPont™ Zytel è stato anche uno dei primi ad essere utilizzato nei serbatoi di estremità dei radiatori (Toyota Denso e Camrys).

  • PLA e PLA-Based Composite

Il PLA è un biopolimero relativamente nuovo nelle applicazioni automobilistiche rispetto al Bio-PA. Il PLA è stato tradizionalmente utilizzato in applicazioni biomediche e di imballaggio.

Il PLA può essere utilizzato per i componenti sotto il cofano e per le parti interne come moquette, tappetini, tappezzeria e involucri protettivi utilizzati durante la produzione e il transito dei veicoli.

Alcuni PLA offrono resistenza al calore fino a 140°C, resistenza agli urti, resistenza ai raggi UV, elevata brillantezza, eccellente colorabilità e stabilità dimensionale.

Il PLA è un'eccellente alternativa alla maggior parte dei poliesteri (PC, PET, PBT), polistirene (ABS), poliolefine (come il PP) e poliammidi (PA6).

  • Succinato di polibutilene (PBS)

Il polibutilene succinato (PBS) è un polimero biodegradabile a base vegetale sintetizzato da acido succinico e BDO e un sostituto nelle applicazioni automobilistiche del polipropilene (PP), del polietilene tereftalato (PET) e del polietilene (PE) grazie all'elevata resistenza alla trazione e al calore del PBS.

  • Polipropilene a base biologica (Bio-PP)

Il polipropilene (PP) è largamente utilizzato nelle auto moderne. Bio-PP può sostituire il PP in applicazioni automobilistiche come (i) paraurti e spoiler per paraurti, rivestimenti laterali, spoiler per tetti/scarpe, pannelli oscillanti, pannelli della carrozzeria; (ii) cruscotti e porta cruscotti, tasche e pannelli delle portiere, console; (iii) riscaldamento, ventilazione, aria condizionata, coperchi delle batterie, condotti dell'aria, recipienti a pressione e paraspruzzi.

Perché le bioplastiche / biopolimeri sono utilizzati nell'industria automobilistica?

Il vantaggio principale delle plastiche a base fossile è che sono più economiche delle bioplastiche. Due ragioni per questo (1) il petrolio greggio è relativamente economico e (2) l'impressionante "economia di scala" della plastica a base fossile.

Ci sono tre vantaggi principali delle bioplastiche rispetto alle plastiche fossili.

  • Sostenibilità

L'industria deve essere incoraggiata attraverso la legislazione sulla "sostenibilità" o l'autoregolamentazione per aumentare l'uso di bioplastiche e biopolimeri. Ci sono sempre più preoccupazioni e legislazioni per ridurre le emissioni di CO2 per evitare il cambiamento climatico. Le plastiche e i polimeri a base biologica hanno un'impronta di carbonio più favorevole rispetto alle plastiche fossili.

Il petrolio fossile non è la risorsa più sostenibile. Ricordiamoci dell'impatto ambientale del fracking e delle fuoriuscite di petrolio. Le plastiche a base biologica possono offrire un impatto ridotto sull'ambiente in termini di approvvigionamento del materiale. Interessante notare la differenza tra bioplastiche di prima, seconda e terza generazione.

Le plastiche biodegradabili / compostabili possono essere una valida opzione di fine vita.

  • Impatto sociale

Il petrolio ha un impatto sociale. Le guerre sono state fatte in nome del petrolio greggio. La bioplastica offre nuovi sbocchi al settore agricolo. Il denaro andrebbe agli agricoltori occidentali invece che agli sceicchi petroliferi orientali e ridurrebbe allo stesso tempo le influenze geopolitiche (il prezzo del greggio dipende dall'OPEC e dai fattori geopolitici del Medio Oriente).

  • Prestazioni

L'utilizzo di fibre vegetali permette di ridurre il peso di alcune apparecchiature dal 20% al 25% (rispetto alle fibre non rinnovabili come la fibra di vetro).

Uso di bioplastiche per auto Produttore

FORD

Henry Ford (1863-1947) fondò la Ford Motor Company e fu coinvolto nello sviluppo della prima linea di montaggio della produzione di massa. Ha visto un legame tra l'agricoltura e l'industria e ha aperto la strada all'uso delle bioplastiche nell'industria automobilistica.

Henry Ford con il corpo in plastica "Soybean Car" alla sua inaugurazione il 13 agosto 1941

Anni '30 - Ford voleva utilizzare le bioplastiche di soia per ridurre il peso delle auto e aumentare l'efficienza chilometrica. Alcune parti dell'auto sono realizzate in bioplastica di soia.

1941 - Nel 1941 viene presentata la prima carrozzeria in bioplastica di soia. Tuttavia, la produzione è stata interrotta a causa della seconda guerra mondiale.

2000 - Ford inizia ad utilizzare e testare polimeri realizzati con fibre rinnovabili.

2003 - Ford ha utilizzato fibre PLA per il tetto in tela e i tappetini in moquette del suo modello U.

2010 - Ford inizia a utilizzare le fodere per l'headliner realizzate con miscele di schiuma di soia. Un headliner è un materiale composito che viene aderito al tetto interno delle automobili. Ford include schiume BIO-PU a base di soia in tutti i suoi veicoli nordamericani. Ford utilizza il Bio-PP di paglia di grano per i bidoni interni nel Ford Flex e il PP di cocco per il piano di carico nel Focus BEV.

2018 - Annunciano il test della bioplastica prodotta con fibre vegetali di agave.

General Motors GM

GM utilizza BIO-PP a base di legno per gli schienali della Cadillac DeVille e bio-PP a base di lino per le finiture e le scaffalature della Chevrolet Impala.

2001 - Chrysler è stata la prima casa automobilistica ad utilizzare EcoCor, un composito a base biologica sviluppato da Johnson Controls che conteneva kenaf, canapa e polipropilene per i pannelli delle porte della Sebring.

2006 - Mazda inizia a sviluppare bioplastiche con il marchio Mazda Biotech-material. Teijin & Mazda ha sviluppato Biofront™ in codice, il primo PLA stereocomplesso prodotto in serie. Viene utilizzato in tessuto per seggiolini auto (Mazda Premacy), ma anche per tappetini, copripilastri, rivestimenti di colonne, rivestimenti di porte, pannelli frontali e materiale per il soffitto. Mazda dichiara di essere la prima a raggiungere un contenuto di origine vegetale superiore all'80% per gli allestimenti interni (Premacy Hydrogen RE Hybrid) e un bio-tessuto al 100% di origine vegetale per i rivestimenti dei sedili.

2014 - Mazda Motor Corporation e Mitsubishi Chemical Corporation hanno annunciato la loro collaborazione per la produzione di bioplastiche.

2015 - La plastica a base biologica ha fatto il suo debutto per le parti interne con la Mazda MX-5. Era composto per l'88% da mais e per il 12% da petrolio.

2016 - Mazda ha lanciato un roadster rivestito in bioplastica. Molte automobili utilizzano un mix di metallo, policarbonati a base di olio e resina verniciata per formare il loro involucro esterno. Mazda è stata in grado di eliminare le emissioni di vernici nocive attraverso le loro bioplastiche.

TOYOTA

Toyota ha utilizzato bio-polesteri, bio-PET e PLA. Essi sostengono di essere stati i primi ad utilizzare il PET a base di canna da zucchero nei rivestimenti dei veicoli e in altre superfici interne. Toyota SAI e Toyota Prius sono stati i primi modelli a presentare una serie di applicazioni in bioplastica, come gli headliner, le visiere parasole e i tappetini per il pavimento.

2003 - Hanno utilizzato fibre e tessuti in PLA per i tappetini e biocompositi PLA/kenaf per la ruota di scorta della copertura e il tetto traslucido di Prius e Raum.

2003 – 2015

Toyota si è prefissata l'obiettivo di avere il 20% di tutti i componenti in plastica dei suoi veicoli realizzati in bioplastica entro il 2015. Alcune automobili Toyota hanno fino al 60% dei tessuti interni realizzati in poliesteri biodegradabili.

Hanno miscelato il PLA con il PET per il materiale di rivestimento dei rivestimenti delle porte e dei bagagli, e il PLA con il polipropilene (PP) per le parti stampate ad iniezione come le piastre di protezione e le finiture interne. Molti veicoli Toyota sono dotati di cuscini di seduta a base di soia (Prius, Corolla, Matrix, RAV4 e Lexus RX 350).

Toyota ha utilizzato DuPont™ Sorona®EP (polimero a base di amido al 20-37%) per le prese d'aria della Toyota Prius 'A' Alpha.

2017 - Nel 2017 Toyota ha utilizzato la bioplastica Denso per il suo sistema di navigazione.

MITSUBISHI

2006 - Mitsubishi Chemical e Faurecia (FR) hanno sviluppato in collaborazione con Mitsubishi Chemical e Faurecia (FR) una bioplastica chiamata BioMat che potrebbe essere prodotta in serie e utilizzata per le parti interne dell'automobile, come i pannelli delle portiere, le finiture e le strisce, i cruscotti strutturali, gli inserti delle console, i condotti dell'aria e gli inserti dei pannelli delle portiere. BioMat è stato realizzato con acido bio-succinico fornito da BioAmber e bio-PBS.

FIAT

2011 - Fiat e Dupont hanno vinto il premio per l'innovazione automobilistica della Society of Plastics Engineers' Automotive Innovation Award nella categoria ambientale per l'utilizzo di poliammide 1010 a base di olio di ricino Zytel RS in alcune linee di alimentazione. La linea Zytel RS è una lunga catena di prodotti in nylon di provenienza rinnovabile, tra il 60% e il 100% di materiale biologico.

2012 - Fiat ha utilizzato poliammidi derivate da olio di ricino e poliuretani derivati dalla soia in oltre un milione di veicoli. Le auto Fiat per il Brasile contenevano schiume per sedili in poliuretano con il 5% di poliolo di soia.

LEXUS

La Lexus CT200h conteneva Bio-PE di bambù e mais nel bagagliaio, negli altoparlanti e nei tappetini.

La Lexus HS 250 è confezionata con parti a base biologica, tra cui la tappezzeria del rivestimento del bagaglio, il rivestimento laterale della cappottatura, i cuscini del sedile, la piastra di graffio della porta e la zona della cassetta degli attrezzi.

DAIMLER & MERCEDES BENZ

Daimler mescola kenaf, lino e sisal in plastica per il rivestimento delle porte.

La concept car Biome di Mercedes-Benz è un veicolo che verrebbe coltivato in un laboratorio da biofibre biologiche. Sarebbe più forte dell'acciaio, più leggero del metallo e compostabile a fine vita.

I modelli Mercedes-Benz hanno il bio-PE di lino nel coperchio del motore e del cambio e nei pannelli sottoscocca.

Il coperchio del motore Mercedes Benz beauty è realizzato in EcopaXX, un poliammide a base biologica al 70% (PA4.10) prodotto da DSM.

BMW

BMW ha utilizzato biocompositi a base di legno prodotti da Johnson Controls per i suoi pannelli, rendendoli più leggeri del 20% rispetto ai materiali tradizionali. Alcune serie BMW contenevano fino a 24 kg di flax e sisal.

PORSCHE

Porsche ha iniziato a progettare automobili con carrozzerie realizzate con materiali compositi di canapa.

Prima auto completamente realizzata in bioplastica

Squadra di studenti della TU/ecomotiva che ha lavorato su Noah, la prima auto circolare al mondo.

I ricercatori dell'Università di Tecnologia di Eindhoven hanno creato la prima auto realizzata completamente in bioplastica nel 2018.

L'auto è stata creata da un team di 22 studenti della Eindhoven University of Technology e si chiama Noah. L'auto in bioplastica pesa 360 kg senza batterie, circa la metà del peso di un'auto normale. Le batterie pesano 60 kg (132 libbre).

Il telaio dell'auto in bioplastica è fatto di zuccheri, la carrozzeria è fatta di acido polilattide (PLA) e l'auto è a prova di intemperie.

L'auto di bioplastica ha due motori elettrici da 15 kilowatt, ha una velocità massima di 100 kmh (74,5 mph) e un'autonomia di 240 km (149 miglia).

SPORTSCAR

2019 - Una Lamborghini americana stampata in 3D e fatta in casa con PLA e altre plastiche; e i giapponesi creano la prima supercar realizzata con cellulosa e rifiuti agricoli.

Cause riguardanti le bioplastiche nelle auto

Gli Stati Uniti hanno avuto diverse azioni legali di class-action contro Honda, Kia e Toyota con la denuncia che il cablaggio bioplastica aveva un profumo di vaniglia, attirando i roditori (US Class Action Against Bioplastic Car Parts Dismissed)

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