Parti in plastica per autoveicoli: tipologie, materiali e produzione

Le materie plastiche rappresentano circa il 10-15% del peso totale dei veicoli per il trasporto di passeggeri, e questa percentuale è in continua crescita. Un singolo veicolo utilizza oltre 13 tipi principali di materiali plastici per produrre migliaia di diversi componenti in plastica per auto, come pannelli della carrozzeria, componenti di rivestimento interno, sistema di aspirazione dell'aria e paraurti. Questo articolo fornirà una panoramica dei principali componenti in plastica utilizzati nelle automobili.

Parti in plastica in un'auto

I componenti in plastica sono ampiamente utilizzati nei moderni veicoli per il trasporto di passeggeri in vari ambiti chiave, tra cui finiture interne ed esterne, sistemi di propulsione e componenti funzionali, come cruscotti e lenti dei fari. Per comprendere appieno la diversità di queste applicazioni e il loro contributo all'alleggerimento del veicolo, è opportuno esaminarne la posizione e il ruolo.

Pannello degli strumenti

Il cruscotto è uno dei componenti funzionali più critici e, dal punto di vista strutturale, il sistema più complesso all'interno dell'abitacolo di un veicolo. Interagisce con i sedili e gli airbag per proteggere gli occupanti, imponendo requisiti elevati in termini di stile, qualità tattile (texture/sensazione), comfort e protezione degli occupanti. Il corpo principale del cruscotto può essere suddiviso in pannelli rigidi e pannelli morbidi in base alla texture della superficie.

I cruscotti delle automobili sono prevalentemente in plastica, con rigidità variabile. Il tipo morbido è il poliuretano (PU), relativamente leggero e con caratteristiche di sicurezza (assorbimento di energia) e fonoassorbenza superiori. Il tipo rigido è il polipropilene (PP), che ha un prezzo relativamente più basso. Gli interni dei veicoli di fascia alta in genere optano per il poliuretano.

Nome	Materiale	Tolleranza
Pannello degli strumenti	PP/PU	± 0.005 "

Cofano del quadro strumenti

La copertura del quadro strumenti è realizzata mediante stampaggio a iniezione utilizzando materiali come ABS, ABS/PC e PP rinforzato. L'ABS e l'ABS/PC faticano a soddisfare i rigorosi requisiti di resistenza al calore e sono più costosi del PP rinforzato, ma sono più facili da trattare superficialmente (consentendo verniciatura, cromatura , ecc.) per soddisfare specifiche esigenze di stile. Il PP rinforzato può soddisfare i requisiti di resistenza termica, ma è difficile da personalizzare con trattamenti superficiali specifici. La scelta del materiale implica un bilanciamento tra le effettive esigenze prestazionali e il costo.

Nome	Materiale	Tolleranza
Cofano del quadro strumenti	ABS	± 0.005 "

Pannello della console centrale

Il pannello della console centrale si trova nella zona centrale della plancia portastrumenti e influenza direttamente l'aspetto generale del cruscotto. Gli OEM modificano frequentemente lo stile o il trattamento superficiale del pannello della console centrale per ottenere l'effetto di piccoli aggiornamenti o variazioni di modello. Richiede un'eccellente capacità di trattamento superficiale personalizzato. Data la necessità di frequenti manutenzioni dei componenti elettronici o HVAC, deve essere facile da installare e smontare, richiedendo un certo grado di resistenza e robustezza. Nel processo di progettazione, il pannello della console centrale utilizza tipicamente ABS o ABS/PC, con finiture come verniciatura e cromatura.

Nome	Materiale	Tolleranza
Pannello della console centrale	ABS	± 0.005 "

Vano portaoggetti/scatola

Il vano portaoggetti serve principalmente a riporre oggetti e a proteggere le ginocchia dell'occupante. Il suo aspetto deve essere coerente con il cruscotto, richiedendo talvolta un trattamento esterno aggiuntivo. I pannelli interni ed esterni del vano portaoggetti sono generalmente stampati a iniezione utilizzando PP modificato o PC/ABS. Nei veicoli di lusso si ricorre spesso a un processo di floccaggio interno per evitare che gli oggetti riposti vibrino e generino rumore durante la guida. Gli accessori del vano portaoggetti, come maniglie, perni di rotazione, chiusure e clip, sono spesso realizzati in poliossimetilene (POM), che resiste agli urti ripetuti e all'usura.

Nome	Materiale	Tolleranza
Scatola per guanti	PP/PC	± 0.005 "

Gruppo di sfiato dell'aria

Il gruppo di ventilazione è composto da alette di guida anteriori e posteriori, dall'alloggiamento/corpo della ventola, dalle alette di regolazione e da un interruttore rotante. Le bocchette di ventilazione dell'aria condizionata per autoveicoli vengono spesso regolate ed esposte a flussi d'aria alternati, caldi e freddi. Ciò richiede materiali con elevata resistenza al calore, resistenza agli urti, flessibilità (tenacità) e stabilità dimensionale. I materiali consigliati sono spesso PA6 o ABS/PC per le alette, ABS o PP+T (PP caricato con talco) per l'alloggiamento della ventola, PP+T per la struttura dell'aletta di regolazione con EPDM come anello di tenuta e materiali resistenti all'usura come POM o TPO per il gruppo dell'interruttore rotante.

Nome	Materiale	Tolleranza
Gruppo di sfiato dell'aria	ABS / PP	± 0.005 "

Sistema di pannelli di rivestimento delle porte

Il pannello di rivestimento della portiera è principalmente suddiviso in corpo principale (substrato), pannello di inserimento, bracciolo, listello decorativo, tasca portaoggetti e griglia dell'altoparlante. Il corpo principale funge da scheletro per l'intero pannello della portiera, supportando tutti i componenti funzionali e decorativi, e richiede sufficiente resistenza e rigidità per mantenerne la forma e prevenirne la deformazione. Il materiale comunemente utilizzato è il polipropilene (PP). Il materiale del pannello di inserimento è in linea con quello del corpo principale. Per motivi di comfort, il bracciolo adotta generalmente una struttura a tre strati: scheletro, strato di schiuma e rivestimento esterno. Le listelli decorativi, considerando l'effetto estetico complessivo, richiedono un trattamento superficiale e utilizzano principalmente ABS. I materiali per la tasca portaoggetti e la griglia dell'altoparlante sono in linea con quelli del corpo principale.

Nome	Materiale	Tolleranza
Sistema di pannelli di rivestimento delle porte	PP	± 0.005 "

Paraurti

Il sistema paraurti, costituito dai paraurti anteriore e posteriore, utilizza il maggior volume di materiale plastico tra i componenti esterni di un'auto, rappresentando circa il 42% del consumo totale di plastica in un veicolo. Il paraurti è un componente di sicurezza progettato per assorbire l'enorme energia generata durante una collisione, riducendo al minimo i danni personali agli occupanti. Pertanto, il paraurti deve superare una serie di test e normative pertinenti riguardanti le sporgenze esterne e le prestazioni in caso di impatto. Ad esempio, il paraurti deve essere in grado di tornare alla sua forma originale dopo una collisione a 9 km/h e deve possedere resistenza al pietrisco. La selezione del materiale per il paraurti deve considerare attentamente proprietà come durata, durezza e resistenza. Inoltre, il materiale deve presentare caratteristiche come assorbimento di energia, resistenza alla deformazione e buona modellabilità. Pertanto, la scelta del materiale è fondamentale per realizzare la funzione prevista.

I paraurti anteriore e posteriore sono generalmente realizzati in polipropilene (PP). Da un lato, questa scelta semplifica la lavorazione e riduce i costi, garantendo al contempo un'elasticità e una capacità di assorbimento/smorzamento dell'energia sufficienti al paraurti, garantendo un'efficace protezione contro i danni fisici agli occupanti. Dall'altro, riduce l'elevata massa associata ai paraurti in metallo, contribuendo all'alleggerimento del veicolo.

Nome	Materiale	Tolleranza
Paraurti	PP	± 0.005 "

Lente del faro

La lente del faro deve mantenere la luminosità del faro per periodi prolungati senza deterioramento e proteggere la sorgente luminosa. Ciò richiede una plastica con eccellente modellabilità, elevata trasparenza e sufficiente durezza superficiale. Pertanto, le plastiche ottiche ad alte prestazioni come il policarbonato (PC) sono il materiale di elezione per la lente del faro, grazie alla loro elevata resistenza, resistenza ai raggi UV, tenacità ed eccellenti proprietà di trasmissione della luce.

Nome	Materiale	Tolleranza
Lente del faro	PC	± 0.005 "

Griglia di aspirazione dell'aria

Molte griglie dei veicoli sono cromate, conferendo un forte aspetto metallico, ma in realtà sono anche realizzate in plastica. Le funzioni principali della griglia di aspirazione sono il raffreddamento del motore e la gestione del flusso d'aria nella parte anteriore del veicolo, il che impone elevati requisiti di modellabilità del materiale. L'ABS è un materiale comunemente utilizzato per la griglia grazie alla sua elevata resistenza agli urti, alla facilità di stampaggio e all'idoneità alla galvanica.

Nome	Materiale	Tolleranza
Griglia di aspirazione dell'aria	ABS	± 0.005 "

Tipi di plastica utilizzati nell'industria automobilistica

Questi materiali possono essere principalmente classificati in materie plastiche di base e materie plastiche ingegneristiche, e le loro proprietà uniche ne determinano le applicazioni specifiche in finiture interne ed esterne, sistemi di propulsione e componenti strutturali. La sezione seguente descriverà in dettaglio le proprietà fisiche, le caratteristiche di lavorazione e i principali vantaggi di nove polimeri cruciali, tra cui polietilene (PE), polipropilene (PP), poliammide (PA) e policarbonato (PC), illustrando l'applicazione precisa della scienza dei materiali nelle automobili moderne.

Polietilene (PE)

È una plastica cristallina ottenuta dalla polimerizzazione dell'etilene. Presenta buone proprietà di fluidità. Il polietilene a bassa densità (LDPE) viene prodotto con il metodo ad alta pressione, con una cristallinità inferiore al 45%-65%. Presenta buona flessibilità, allungamento a rottura, resistenza all'urto e trasparenza. Il polietilene ad alta densità (HDPE) viene prodotto con il metodo a bassa pressione, con un'elevata cristallinità compresa tra l'85% e il 95%. Possiede una maggiore resistenza meccanica e temperature di esercizio più elevate, il che lo rende adatto allo stampaggio a soffiaggio, allo stampaggio a iniezione e all'estrusione di vari tipi di bottiglie, vasche, fusti, lastre, tubi e profili.

Polipropilene (PP)

È un polimero cristallino a bassa densità e buona resistenza al calore. Le sue proprietà sono simili al PE, ma presenta un elevato tasso di ritiro da stampaggio, una buona fluidità del fuso e eccellenti prestazioni antifatica. I prodotti risultanti presentano buone proprietà meccaniche, elevata rigidità e durezza superficiale, con un'eccellente resistenza alla fatica da flessione. Può resistere a centinaia di migliaia di cicli di piegatura e piegatura senza rotture, il che lo rende particolarmente adatto per le cerniere. La sua temperatura di servizio a lungo termine può raggiungere i 120 °C e fino a 150 °C in assenza di forze esterne. Presenta un basso assorbimento d'acqua e un'eccellente resistenza chimica, essendo in grado di resistere ad acidi, basi, sali e molti solventi organici polari a temperature inferiori a 80 °C.

Cloruro di polivinile (PVC)

Diversi additivi possono essere incorporati nella resina PVC per produrre prodotti plastici con proprietà diverse. Il PVC presenta caratteristiche di polimero amorfo; il suo fuso ha una scarsa stabilità termica, un intervallo di temperatura di lavorazione ristretto e può essere corrosivo per gli stampi. A basse temperature, il PVC tende a diventare rigido e fragile. Il PVC flessibile è comunemente utilizzato nella progettazione automobilistica come materiale sigillante e decorativo.
Polistirene (PS) È una plastica incolore e trasparente. Il PS è un polimero amorfo con buona fluidità e non si decompone facilmente, offrendo una buona lavorabilità nello stampaggio a iniezione. Le sue proprietà meccaniche sono generalmente medie e la sua resistenza agli urti è scarsa. È soggetto a fratture in caso di caduta o impatto violento. Le parti in plastica dovrebbero avere uno spessore di parete uniforme, angoli arrotondati sulle superfici di collegamento ed evitare la progettazione di inserti. Un'eccessiva sollecitazione residua nelle parti in plastica può portare a sbiancamento e cricche. Il PS ha un elevato coefficiente di dilatazione termica. Forze alternate di espansione e contrazione possono causare cricche nelle basi di collegamento delle parti in plastica.

ABS (acrilonitrile-butadiene stirene)

È una plastica amorfa copolimerizzata da stirene, butadiene e acrilonitrile. L'ABS ha generalmente una tenacità migliore rispetto al polistirene antiurto (HIPS) e buone proprietà meccaniche complessive. Ha una fluidità moderata ed è facile da stampare a iniezione. Presenta un basso ritiro di stampaggio, con conseguente stabilità dimensionale del prodotto. La sua temperatura di esercizio varia da -40 °C a 100 °C. Presenta una buona stabilità chimica, un'eccellente stampabilità, tingibilità, adesione e buone proprietà galvaniche, oltre a caratteristiche acustiche soddisfacenti, che lo rendono adatto per gli alloggiamenti di apparecchiature audio. L'ABS è frequentemente utilizzato per la produzione di vari accessori e corpi strutturali per autoveicoli, come maniglie, coprifari, cruscotti, griglie del radiatore e parti decorative trattate con processi superficiali come la galvanica.

Polimetilmetacrilato (PMMA)

È una plastica amorfa altamente trasparente, comunemente nota come acrilico. L'acrilico ha una scarsa durezza superficiale, il che lo rende facilmente graffiabile da oggetti duri. Un altro punto debole del PMMA è la fessurazione da stress ambientale.

Poliammide (PA)

È un polimero cristallino multivariato, comunemente noto come nylon. È tenace, resistente all'usura e alla fatica, ma assorbe molto bene l'umidità. Ha un punto di fusione elevato e un intervallo di temperatura di fusione ristretto. Il materiale deve essere completamente essiccato prima dell'iniezione. A causa della bassa viscosità del fuso, durante lo stampaggio a iniezione si verificano comunemente filamenti e sbavature. La temperatura dello stampo influenza la cristallinità. I ​​componenti in plastica presentano un tasso di ritiro da stampaggio elevato e variabile e le dimensioni dei prodotti stampati possono essere instabili a causa dell'assorbimento di umidità e di altri fattori. Il PA6 offre una buona elasticità e un'elevata resistenza agli urti, ma un maggiore assorbimento d'acqua. Il PA66 offre un'elevata resistenza e una buona resistenza all'usura.

Policarbonato (PC)

È un polimero amorfo con eccezionale resistenza all'impatto e al creep, nonché buona resistenza al freddo e al calore. Il PC ha eccellenti proprietà di isolamento meccanico ed elettrico e una buona trasparenza. I prodotti stampati presentano un tasso di ritiro relativamente basso, con conseguente elevata precisione dimensionale. È il secondo materiale plastico ingegneristico con il volume di produzione più elevato dopo il PA. La resistenza all'impatto del PC è 2-3 volte superiore a quella del PMMA e il suo creep è circa il 10% di quello del PMMA. Il PC può essere utilizzato a lungo termine nell'intervallo di temperature da -100 °C a 300 °C, ha una temperatura di decomposizione termica >310 °C e il suo grado di infiammabilità è autoestinguente. A temperatura ambiente, resiste agli acidi diluiti ed è relativamente stabile ad alcoli, oli e sali, ad eccezione della formaldeide.

Poliossimetilene (POM)

È un polimero altamente cristallino con eccellenti proprietà fisiche e meccaniche. È resistente all'usura, all'acqua, alla corrosione e possiede una buona stabilità dimensionale. Presenta una fluidità moderata, un intervallo di temperatura di fusione ristretto, è altamente sensibile al calore e soggetto a decomposizione. Il rinforzo con fibra di vetro può ridurre il tasso di ritiro dello stampaggio. L'esposizione prolungata all'atmosfera accelera l'invecchiamento. La sua temperatura di servizio a lungo termine è compresa tra -40 °C e 100 °C. Presenta elevata rigidità, elevata durezza e alto modulo elastico, combinati con una buona resistenza all'impatto. La sua resistenza specifica e la sua rigidità specifica sono vicine a quelle dei materiali metallici e presenta un basso coefficiente di attrito e un basso volume di usura, oltre ad eccellenti proprietà autolubrificanti.

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