PNEUMATICO
PNEUMATICO (XXVII, p. 565; App. II, 11, p. 564)
L'evoluzione dello p. nel decennio 1949-59 è stata più notevole che nel precedente e riguarda tanto l'impiego dei materiali, quanto la struttura ed i metodi di fabbricazione.
Materiali. - Tessili e fili metallici. - L'impiego del raion in luogo del cotone è divenuto quasi universale: vi hanno contribuito fattori tecnici (minor peso, minor riscaldamento, maggiore resistenza alle alte temperature) ed economici (minor costo). La resistenza del raion è poi stata migliorata (da 3,5 a 5 gr/denaro) accentuandone così i vantaggi; anche provvedimenti per il suo trattamento preliminare sono stati perfezionati, consentendo di ridurne la deformabilità e di migliorare l'adesione alla gomma.
Grande impulso ha pure subìto l'impiego del nailon, grazie alla graduale riduzione del costo (tuttavia ancora più che doppio del raion), al miglioramento della qualità, al perfezionamento dei trattamenti preliminari: è usato nella massima parte degli p. per aeroplani e per lavori stradali; talora anche negli p. per autocarri (specie per i paesi caldi e con strade in cattive condizioni) e in misura minore negli p. per autovetture.
Notevole l'incremento nell'uso del filo d'acciaio che, come si dirà parlando delle nuove strutture, viene sostituendo in tutto o in parte i tessili in alcuni tipi di pneumatici.
Gomme sintetiche. - La sostituzione della gomma naturale con materiali sintetici è andata gradualmente estendendosi; nelle camere d'aria si usa quasi esclusivamente il butile; nelle coperture, specialmente per autovettura, si adoperano larghissime percentuali di gomma sintetica (del tipo butadiene-stirolo). Ciò è stato reso possibile dall'introduzione della polimerizzazione a basse temperature, che ne ha migliorato le caratteristiche meccaniche (specialmente la resistenza all'abrasione): vi hanno contribuito anche la costanza del costo (generalmente minore della gomma naturale) e della qualità.
Una gomma sintetica particolarmente economica è quella chiamata dagli Americani "oil extended", ottenuta introducendo durante la polimerizzazione forti percentuali di plastificanti (olî minerali) che non ne alterano sensibilmente le caratteristiche: essa viene largamente usata in sostituzione della gomma sintetica normale o in miscela con la stessa.
Quando interessi aumentare la resistenza all'invecchiamento (per es. nel caso dei fianchi bianchi delle coperture) si impiega anche il neoprene, generalmente miscelato con gomma naturale o sintetica.
Sono stati prodotti anche pneumatici interamente in butile che, oltre a un'ottima resistenza all'invecchiamento, offrono un buon confort e sono particolarmente silenziosi.
Negli S. U. A. si è giunti ad impiegare nel settore degli pneumatici più del 60% di elastomeri sintetici, in Europa questa percentuale è minore (circa 40%) a causa delle diverse condizioni d'impiego e della diversa ripartizione della produzione (minor percentuale di pneumatici per autovetture).
Altri tipi di gomme sintetiche sono nella fase sperimentale: citiamo quella ottenuta dalla polimerizzazione del poli-isoprene, che riproduce molto da vicino le caratteristiche della gomma naturale; quella derivante dal poli-cis-4-butadiene, che offre una bassa isteresi ed una elevata resistenza all'abrasione; i copolimeri di etilene e polipropilene, che realizzano analoghe caratteristiche. È probabile che in futuro questi polimeri sostituiscano in parte sia la gomma naturale sia le gomme sintetiche da butadiene-stirolo.
Nerofumo e prodotti chimici. - Al miglioramento della resistenza all'abrasione e, più in generale, delle caratteristiche meccaniche delle mescolanze (in gomma sia naturale sia sintetica) hanno contribuito i nuovi tipi di nerofumo, chiamati dagli Americani furnace, perché prodotti dalla combustione di idrocarburi minerali in forni. Sensibili anche i progressi nel campo degli antiossidanti, ai quali si sono aggiunti gli antiozidanti (per la protezione dall'ozono).
Struttura. - Pneumatici senza camera. - Dal 1950 sono entrati nell'uso p. per autovettura privi di camera d'aria (tubeless). In questi la superficie interna della carcassa è ricoperta da uno strato di materiale impermeabile all'aria (generalmente a base di butile); inoltre i talloni sono rivestiti esternamente di uno spesso strato di gomma soffice (fig. 1) oppure muniti di sottili nervature circonferenziali. In tal modo, quando sono forzati contro il cerchio dalla pressione interna, si consegue una buona tenuta dell'aria: anche le valvole devono essere tali da garantire la tenuta in corrispondenza del foro del cerchio. I vantaggi del "senza camera" sono: il minor peso, la maggior rapidità di montaggio, un più lento sgonfiamento in caso di foratura (negli p. normali la camera d'aria viene tesa dalla pressione interna e, se forata, tende a lacerarsi, aumentando la luce di efflusso dell'aria; inoltre, dopo una foratura, gran parte dell'aria esce dal foro della valvola che, nel caso del "senza camera", è invece reso stagno dalla particolare struttura della valvola stessa). Tutte le autovetture americane sono ora equipaggiate con questi p.; la loro introduzione in Europa è stata invece più lenta e gli p. con camera sono tuttora largamente usati specialmente in Italia e in Francia.
La struttura "senza camera" è stata estesa anche agli p. per autoveicoli pesanti; questi erano in passato montati esclusivamente su cerchi costituiti da più pezzi attraverso le cui giunzioni, in assenza della camera, l'aria potrebbe sfuggire. Si sono quindi studiati nuovi tipi di cerchio in un sol pezzo (del tipo "a canale", analoghi cioè a quelli delle autovetture) o in più pezzi con giunzioni rese stagne da guarnizioni di gomma; per le piccole e medie dimensioni si è adottato il primo tipo (fig. 2) che è più leggero; per consentire il montaggio malgrado la grande rigidità dei talloni si è approfondito il canale e ridotta l'altezza dei bordi, rendendo fortemente coniche le superfici di appoggio dei talloni, che sopportano così la spinta laterale dovuta alla pressione. La tenuta viene assicurata in modo del tutto analogo a quello degli p. per autovettura; analoghi sono anche i vantaggi ai quali si aggiungono l'abolizione del protettore (flap) ed il minor peso del cerchio. Questi pneumatici non hanno dato risultati del tutto soddisfacenti: negli S. U. A. la loro diffusione, dopo un primo notevole impulso, è rimasta stazionaria e si va concentrando negli autocarri leggeri; in Europa non sono usciti dallo stadio sperimentale. P. senza camera sono impiegati anche nei trattori agricoli e negli aerei.
Pneumatici a carcassa metallica per autoveicoli pesanti. - In origine (1937) la loro carcassa era costituita da quattro tele formate da cordoncini metallici (composti generalmente da 7 trefoli, comprendenti 3 fili elementari di diametro 0,15 mm): questo conferiva allo p. una eccessiva rigidità, che si ripercuoteva sfavorevolmente sul "confort" e sulla conservazione del veicolo; per ridurne le deformazioni era inoltre necessaria una pressione molto alta (fino ad 8 kg/cm2). Successivamente (1950) si sono adottate carcasse a due tele di cordoncini più spessi (39 fili elementari) con le quali si è ottenuta una maggiore flessibilità, un abbassamento delle pressioni e un miglior comportamento generale. Questi p. hanno avuto una notevole diffusione specialmente in Francia ed in Italia: attualmente si tende a sostituirli con p. a carcassa radiale.
Pneumatici a carcassa radiale. - La carcassa degli p. è normalmente costituita da un numero pari di tele, formate da fili paralleli fra di loro in ciascuna tela ed incrociantisi a circa 45° con quelli delle tele adiacenti; intorno al 1950 sono sorti gli p. detti a carcassa radiale, nei quali i fili delle singole tele, il cui numero può anche essere dispari, sono invece tutti paralleli e contenuti in piani passanti per l'asse di rotazione della ruota. Inoltre fra carcassa e battistrada (fig. 3) è interposta una struttura inestensibile (cintura) formata da due o più strati di tele metalliche o tessili aventi larghezza uguale al battistrada o di poco inferiore. L'accoppiamento della cintura inestensibile con la carcassa radiale riduce i movimenti di strisciamento del battistrada rispetto al terreno, sia durante il rotolamento dello pneumatico, inflesso dal carico, sia durante la sua iscrizione in curva, diminuendone notevolmente l'abrasione.
Questo tipo di costruzione può essere attuato in diversi modi: per es. si può avere una cintura formata da tre tele metalliche (fig. 3) i cui fili siano disposti in tre diverse direzioni (Michelin X), accoppiata ad una carcassa tessile (generalmente a due tele per l'autovettura; 4 ÷ 6 tele per gli autocarri); negli pneumatici per autoveicoli pesanti la carcassa può anche essere metallica e ridursi ad una sola tela (fig. 4). In altre realizzazioni la cintura è costituita da tele metalliche disposte in due sole direzioni. La cintura può anche essere tessile e formata da un numero pari di tele i cui fili formano un piccolo angolo (≤ 150) col piano equatoriale dello pneumatico (Pirelli cinturato): in questo caso la cintura deve essere messa in tensione dalla pressione interna ed è quindi preferibile che la sezione del pneumatico sia ribassata (cioè di altezza inferiore alla larghezza); la carcassa è costituita da materiali tessili (fig 5).
Oltre ad una maggiore durata del battistrada gli p. a carcassa radiale presentano una maggiore flessibilità, una maggiore stabilità direzionale ed un minor riscaldamento: questo, a parità di dimensioni e di pressione, consente di portare un carico maggiore. Per contro, la rigidità della cintura può dar luogo a un fastidioso tambureggiamento nella marcia su strade accidentate; si ha anche un maggior coricamento dello p. in curva (che può essere ridotto ricorrendo a cerchi più larghi).
La carcassa radiale è stata adottata con successo anche negli p. per trattori agricoli che acquistano così una maggiore capacità di trazione.
Pneumatici a battistrada separato. - Sono stati presentati dalla Pirelli nel novembre 1959: la carcassa è radiale, il battistrada (costituito da 3 anelli muniti di armatura metallica inestensibile) viene vulcanizzato separatamente e infilato a pneumatico sgonfio sulle sedi all'uopo predisposte sulla carcassa; l'aderenza fra battistrada e carcassa è affidata unicamente all'attrito generato dalla pressione che la carcassa gonfiata esercita sugli anelli del battistrada (fig. 6). Presentano vantaggi ed inconvenienti analoghi a quelli degli altri pneumatici a carcassa radiale; vi è in più la possibilità di sostituire con anelli di battistrada nuovi quelli logorati. Inoltre, sono state osservate una grande silenziosità in curva, una notevole leggerezza di sterzo, una riduzione dell'assorbimento di potenza. Il battistrada può essere prodotto con materiali di caratteristiche nettamente diverse dalla carcassa o comunque tali da non consentirne la vulcanizzazione contemporanea. Con questo tipo di p. è anche possibile inserire fra anelli di battistrada e carcassa le basi di chiodi metallici muniti di punte durissime (in carburo di tungsteno) e ottenere così una buona tenuta anche sul ghiaccio.
Fabbricazione. - Notevolissimi i progressi in tutte le fasi della fabbricazione: citiamo fra questi l'aumento di velocità nelle trafile e nelle calandre e la riduzione dei tempi di confezione e di vulcanizzazione. Per es. con la macchina confezionatrice della fig. 7 (che può essere confrontata con quella della fig. 6 a p. 568, vol. XXVII) il tempo necessario per la fabbricazione di una copertura a 4 tele si è ridotto a circa metà. La fig. 8 rappresenta un vulcanizzatore ormai largamente adottato, che effettua anche la conformazione della copertura e nel quale la camera da vulcanizzazione è incorporata nella macchina: con questa macchina il ciclo di vulcanizzazione si è ridotto, rispetto alle vecchie autoclavi, a circa un quinto.
Caratteristiche generali. - Pneumatici per autovetture. - È continuata la tendenza verso calettamenti più piccoli: nelle vetture medie si è arrivati al 14′ e anche 13′; nelle piccole a 12′ e 10′. Crescente la diffusione degli pneumatici a sezione ribassata, montati su cerchi di maggior larghezza. Malgrado la riduzione dei diametri e le maggiori prestazioni dei veicoli, i miglioramenti dei materiali e della costruzione hanno permesso di non peggiorare la durata degli pneumatici normali, mentre con quelli a carcassa radiale si è ottenuto un aumento. Anche in relazione al continuo miglioramento delle reti stradali, quasi tutte le fabbriche si sono orientate verso disegni di battistrada a righe longitudinali più o meno fortemente lamellate (fig. 9 A, B, C); fanno eccezione quelli destinati a percorsi nevosi (fig. 9 D). Largamente impiegati gli pneumatici con fianco bianco.
Pneumatici per autoveicoli pesanti. - La tendenza all'impiego di pressioni relativamente basse seguita nel precedente decennio si è successivamente invertita ed attualmente si adoperano sempre più pneumatici ad alta capacità di carico, la cui pressione giunge a 7-8 kg/cm2. Questo orientamento è stato reso possibile dal miglioramento delle strade e favorito dalla necessità di ridurre le dimensioni d'ingombro ed il peso degli pneumatici.
Fra gli p. ad alta capacità di carico (alcuni dei quali a carcassa radiale) si annoverano quelli a carcassa metallica generalmente designati con lettere dell'alfabeto seguite dal diametro di calettamento in pollici (per es. A-20; B-20; E-22, ecc.) e quelli con carcassa tessile, nei quali le lettere sono state sostituite da un numero progressivo (per es.1-20; 2-20; 5-22, ecc.). Anche in questo caso, malgrado le ridotte dimensioni, gli aumenti di pressione e le più elevate prestazioni dei veicoli, le durate degli p. hanno potuto essere mantenute a livelli soddisfacenti o addirittura migliorate con quelli a carcassa radiale.
In questo campo è anche molto impiegata la ricostruzione, consistente nel vulcanizzare un nuovo battistrada su una carcassa usata, dalla quale sia stato asportato il residuo del vecchio; una carcassa di buona qualità può sopportare 2 o anche 3 ricostruzioni, ciò che riduce notevolmente i costi di esercizio.
I disegni di battistrada variano notevolmente a seconda dell'impiego: si possono così avere disegni a righe longitudinali (fig. 10 A, B), a righe lamellate (fig. 10 C) o ad incavi trasversali più o meno pronunciati (fig. 10 D).
Altri pneumatici. - Salvo la maggior diffusione e la moltiplicazione dei tipi e delle dimensioni, gli orientamenti segnalati nella precedente appendice per gli pneumatici destinati agli aerei, alle macchine per costruzioni stradali, ai trattori agricoli, ecc., non hanno subito sostanziali mutamenti.
Bibl.: L. Amici, Note sul calcolo del pneumatico, in Bollettino ricerca e sviluppo, Pirelli, Milano 1958; A. Melicchia, Conoscere la gomma, Milano 1949; G. Génin et B. Morisson, Encyclopédie technologique de l'industrie du caoutchouc, IV, Parigi 1956; Ministère de la Défense Nationale, Traité de technique automobile, fascicolo 10, Parigi 1952; L. J. Lambourn, The indispensable pneumatic tyre: past, present and future, in IRI Transactions, agosto 1958, pp. 118-153; E. C. Woods, Pneumatic tyre design, Londra 1952; R. P. Dinsmore, Tires for today's cars, in Rubber World, maggio 1958, p. 249; T. A. Robertson, Tires for tomorrow's truck, Society of automotive engineers, fasc. 69 B, New York 1958.