Sapere qual è la mescola di gomma giusta per una determinata guarnizione è una vera scienza, scienza alla quale Freudenberg Sealing Technologies (FST) si dedica da decenni. Elastomeri di altissima qualità sviluppati e prodotti internamente, ma anche componenti compositi su misura in metalgomma, costituiscono la base della storia di successo di FST. Parallelamente a ciò, FST espande la propria gamma di materiali: nuovi mercati e nuove applicazioni in batterie, celle a combustibile o elettrolizzatori richiedono materiali altrettanto nuovi con proprietà specifiche. Lo sviluppo dei materiali resta l’apripista per eccellenza a garanzia del successo dell’azienda anche in futuro.
Alternativa ai materiali a base di PFAS
Sviluppo interno che sostituisce il PTFE
FST ha sviluppato un poliuretano ad alte prestazioni resistente all’idrolisi che presenta proprietà notevolmente migliori rispetto alle tradizionali varianti di PTFE. Per idrolisi si intende la scissione o la distruzione dei legami chimici, nel caso specifico di un materiale di tenuta, attraverso la reazione con l’acqua.
FST aveva creato questo nuovo materiale inizialmente per le applicazioni degli impianti idraulici mobili nelle macchine edili utilizzate in regioni con un elevato tasso di umidità. In linea con l’intento iniziale, il nuovo poliuretano ad alte prestazioni ha superato il battesimo del fuoco in una guarnizione per pistoni per macchine edili. Nel frattempo, sono pervenute richieste anche da altri settori industriali.
I motivi sono svariati: da un lato, questo materiale innovativo conquista per le sue proprietà eccezionali, tra le quali anche l’efficienza, la resistenza agli agenti chimici e la resistenza all’usura. Inoltre, esso consente di realizzare geometrie di tenuta ottimizzate in termini di idrodinamica e con un basso attrito, cosa che prima non era possibile. Infine, ma non meno importante, il materiale offre un’alternativa economicamente vantaggiosa e conforme ai rigorosi requisiti legati alle sostanze alchiliche perfluorurate e polifluorurate (PFAS) attualmente oggetto di critiche.
Ridurre l’impronta di carbonio delle mescole polimeriche utilizzando ingredienti sostenibili
Eucalipto, canna da zucchero e lolla
FST si è impegnata a raggiungere la neutralità climatica entro il 2045. Lo sviluppo dei materiali può contribuire a ridurre l’impronta di carbonio dei prodotti FST. L’azienda è alla ricerca di sostanze sostenibili che possano sostituire gli ingredienti utilizzati nelle miscele polimeriche finora ottenuti da combustibili fossili, per lo più cariche minerali che garantiscono una resistenza meccanica e una rigidità maggiori.
I laboratori di ricerca e sviluppo di FST a Plymouth, negli USA, hanno stilato un elenco degli ingredienti sostenibili e delle loro potenziali fonti: il fosfato di calcio, ottenuto dalle ceneri ossee, un antiossidante ottenuto dalla pianta dell’eucalipto, l’olio di colza, il sego bovino, le cariche di lignina, essenziali per la stabilità alla pressione e la resistenza dei tessuti vegetali, la canna da zucchero, la lolla, la gomma riciclata … Tutto può essere trasformato in componenti polimerici sostenibili, a condizione che i materiali sostenibili garantiscano le stesse funzionalità di prima. Per farlo, devono superare test rigorosi e valutazioni approfondite. L’altra condizione è che sia sempre possibile acquistare i materiali sostenibili in modo affidabile e con una qualità costante.
A proposito: nel 2015, FST ha lanciato un EPDM ottenuto in parte con sottoprodotti della canna da zucchero. Il mercato di allora, però, non era ancora abbastanza maturo per questo prodotto. Oggi, invece, la clientela chiede sempre più spesso quali materiali sostenibili può offrire loro FST.
Senza acceleranti di vulcanizzazione pericolosi per la salute
Standard sostenibili
FST ha messo a punto mescole elastomeriche che consentono di evitare l’utilizzo dell’etilentiourea (ETU) nella produzione di prodotti ottenuti dalla gomma sintetica cloroprene. L’ETU è considerata potenzialmente pericolosa per la salute; finora, però, a causa della mancanza di alternative valide, era considerata il materiale di scelta come accelerante nella vulcanizzazione della gomma.
Il materiale sostenibile innovativo di FST si è già affermato con successo nella produzione in serie per l’uso pratico nelle automobili. La clientela ne conferma la performance, capace di soddisfare anche requisiti sempre più elevati. L’industria automobilistica utilizza i nuovi prodotti privi di ETU per i soffietti delle tenute di giunti dei bracci, tiranti trasversali e bracci oscillanti. I soffietti proteggono le parti in movimento dai contaminanti esterni e impediscono la fuoriuscita di lubrificante.
Con questo materiale, quindi, FST non sta solo perseguendo i propri obiettivi di sostenibilità, bensì è anche uno dei pionieri nello sviluppo di nuove mescole elastomeriche senza ETU ed è attualmente considerata un punto di riferimento in questo settore.
Perfluoroelastomero Simriz® richiestissimo in Nord America
Più facilmente reperibile
In Nord America, la domanda di mescole di perfluoroelastomero (FFKM) di alta qualità della famiglia Simriz® di FST è più che raddoppiata negli ultimi due anni. Questo materiale di scelta è particolarmente richiesto negli o-ring, nelle guarnizioni e nelle membrane per applicazioni critiche per la sicurezza nei settori aerospaziale, della gestione e movimentazione dei fluidi, agricolo e edile.
I motivi sono svariati: da un lato occorre menzionare l’alta qualità e le eccezionali caratteristiche prestazionali del materiale. Il Simriz® supera qualsiasi altro perfluoroelastomero presente sul mercato e permette di evitare costosi tempi di fermo. La struttura reticolante brevettata, la stabilità chimica e l’elasticità dell’elastomero di FST garantiscono una tenuta affidabile anche in condizioni estreme, il materiale resiste alle sostanze chimiche aggressive, ai carichi di compressione elevati e a temperature fino a 325 °C.
FST, inoltre, fa centro anche con la disponibilità pressoché istantanea delle mescole di Simriz®, anche nei periodi di strozzatura delle forniture e di interruzione delle catene di approvvigionamento durante i quali altri prodotti a base di perfluoroelastomero non erano disponibili sul mercato. Infatti, FST è un’azienda integrata verticalmente fino al monomero di base, pertanto ha in mano l’intero processo produttivo ed è in grado di fornire in poche ore anche guarnizioni di ricambio standard.
Alla luce dei recenti successi, FST sta installando una nuova cella di produzione per questo materiale high-tech presso il suo stabilimento di o-ring di Santa Ana.
Termoplastici per applicazioni fino a 1.200 gradi celsius
Un qualcosa che scotta
Con una nuova classe di materiali, FST contribuisce a migliorare la protezione antincendio delle auto elettriche. Si chiama Quantix ULTRA. Questo nuovo materiale non si fonde o non si incendia nemmeno a temperature altissime fino a 1.200 °C.
Rispetto ai materiali metallici, il Quantix ULTRA è più leggero, quindi permette di ridurre il peso e il consumo di energia durante la guida. Si presta con flessibilità anche a geometrie complesse per un’ampia gamma di applicazioni con requisiti elevati di protezione antincendio e costruzione leggera. Il materiale innovativo viene attualmente utilizzato per la prima volta in serie come barriera antifiamma per i componenti del sistema di raffreddamento nelle batterie agli ioni di litio delle auto elettriche.
Il Quantix ULTRA può essere lavorato con facilità e in grandi quantità con lo stampaggio a iniezione. Il processo di reticolazione brevettato di FST contribuisce a una produzione economica. Il materiale di base è un termoplastico resistente alle alte temperature. L’aggiunta di cariche mirate incrementa la stabilità meccanica anche in condizioni di calore altissimo.
Una reticolazione aggiuntiva delle catene polimeriche fa sì che il componente non si deformi neppure in condizioni estreme. Le proprietà del materiale possono essere adattate in modo mirato alla rispettiva applicazione.
Nuovo laboratorio di prova delle batterie negli USA
Più dati per batterie migliori
FST ha potenziato i suoi laboratori di ricerca e sviluppo di Plymouth, negli USA, investendo diversi milioni di dollari in un laboratorio di prova delle batterie all’avanguardia. Il nuovo banco di prova consente di testare le batterie ad alta densità di potenza ed energia nonché i relativi componenti. Il banco permette di simulare addirittura un thermal runaway.
“In questo modo impariamo e otteniamo dati che confluiscono nello sviluppo dei nostri prodotti e dei materiali, materiali da cui traggono vantaggio tantissimi settori e applicazioni in crescita”, spiega Chad Bauer, Senior Vice President di Technology and Innovation. “La nostra esperienza nello sviluppo dei materiali per le applicazioni di protezione antincendio e di trattamento termico è iniziata più di vent’anni fa con i nostri prodotti per l’industria aerospaziale, e attingiamo a queste conoscenze anche per le applicazioni della mobilità elettrica”.
Progettato da esperti in esplosivi
Il nuovo banco di prova prevede due camere di prova in acciaio di circa 14,5 metri cubi, situate a loro volta in una sala prove rinforzata. Le camere progettate da esperti in esplosivi alloggiano le celle, i moduli o le batterie durante le prove e sono progettate per resistere a processi termici in singole celle, moduli e gruppi batteria fino a 25 chilowattora, equivalenti alla forza di diversi chilogrammi di TNT.
La sicurezza sia all’interno che all’esterno del laboratorio e dell’edificio è garantita da numerose misure di protezione. Un vantaggio per l’ambiente è rappresentato dal sistema di scarico multistadio che filtra i gas e le particelle che si disperdono dalle batterie durante i processi termici.
