Metallo o plastica? Il giunto della gamba di sostegno che determina come invecchia una tenda da sole

Una tenda da sole presenta un unico punto di articolazione che entra in funzione ogni volta che si apre o si chiude: il giunto in cui il piede di sostegno si unisce alla barra anteriore. Nessun altro elemento della tenda da sole ruota con la stessa frequenza, né sostiene un carico mentre ruota.

Prima di dare la risposta, vale la pena chiarire le domande. Ogni giunto rotante deve avere uno spazio libero, altrimenti non ruoterebbe; quindi, cosa succede a quello spazio nel corso degli anni? La verniciatura a polvere è ciò che protegge l’alluminio, quindi cosa succede quando viene applicata su una superficie che ruota a contatto con un’altra superficie? Il nylon è il materiale più resistente secondo la scheda tecnica, quindi perché in questa applicazione non è quello giusto? E perché un componente che nessun cliente vedrà mai dovrebbe recare il nome di un marchio giapponese di materiali?

Questo è il primo di una serie di articoli dedicati agli elementi in base ai quali viene effettivamente valutata una tenda da sole.

Dove si trova l’articolazione e quale funzione svolge

Il componente in questione è il giunto rotante che collega la gamba di sostegno alla barra anteriore, e due aspetti relativi alla sua posizione sono fondamentali. Quando la tenda da sole è chiusa, il componente è completamente racchiuso all’interno dell’alloggiamento, nascosto alla vista e al riparo dal sole — ovvero lo stato in cui il veicolo trascorre la maggior parte del tempo. Quando la tenda da sole è aperta, il componente si trova direttamente sotto il telo, con l’alloggiamento in alluminio della barra anteriore davanti ad esso.

In entrambi i casi, la luce solare diretta che la colpisce è davvero minima. Questo semplice fatto smentisce gran parte di ciò che si pensa comunemente riguardo alle parti in plastica di un veicolo, ed è il motivo per cui la discussione che segue verte sull’usura, il calore e l’umidità piuttosto che sugli effetti degli agenti atmosferici.

Perché questo giunto è di plastica e non di metallo

Un giunto rotante deve avere un gioco, perché senza gioco non ruota. Si tratta di meccanica piuttosto che di una questione di precisione di lavorazione, quindi la vera domanda non è quanto sia stretto l'accoppiamento, ma quale materiale si trovi su ciascun lato di tale gioco.

Se questo componente fosse realizzato in alluminio verniciato, ne deriverebbero due conseguenze. Il rivestimento si consumerebbe, poiché la verniciatura a polvere è una finitura antcorrosione e estetica piuttosto che una superficie resistente all’usura; su una superficie che ruota contro un’altra, viene rimossa poco a poco fino a esporre l’alluminio sottostante. Lo spessore di tale rivestimento è di per sé parte integrante dell’accoppiamento, quindi una volta rimosso il gioco aumenta e il giunto si allenta.

La seconda conseguenza è il rumore. Il contatto tra metallo e metallo, attraverso uno spazio che deve necessariamente esistere, comporta l’urto tra due superfici metalliche ogni volta che il veicolo incontra un dosso. Questa è la lamentela più comune riguardo ai meccanismi rotanti dei veicoli, ed è quella che l’utente finale nota per prima.

Una plastica tecnica in quella posizione elimina entrambi i problemi. La sua usura a contatto con la parte in acciaio con cui si accoppia è pressoché nulla, il suo coefficiente di attrito rimane stabile nel tempo e possiede proprietà smorzanti, quindi assorbe le vibrazioni della strada anziché trasmetterle: lo stesso principio che porta all’uso della plastica nelle cerniere delle portiere delle auto e nei dispositivi di regolazione dei sedili. In questa posizione la plastica non rappresenta un passo indietro rispetto al metallo; è anzi la più affidabile delle due. Quale plastica scegliere, però, è il vero nodo della questione — e in realtà si tratta di due domande: quale funziona e quale funzionerà ancora tra cinque anni.

La differenza tra la plastica e la plastica tecnica

Quando si parla di “plastica”, la maggior parte delle persone si riferisce all’ABS e a materiali simili, ovvero la famiglia di materiali utilizzata per alloggiamenti, pannelli e finiture. Il POM, noto anche come poliossimetilene o acetal, appartiene a una classe diversa. Il suo principale impiego industriale riguarda proprio questo tipo di applicazioni: ingranaggi, cuscinetti, guide di scorrimento e parti rotanti soggette a carico durante il movimento.

L’ABS non è progettato per un componente sottoposto a carico che ruota ripetutamente e, in questa posizione, si verificherebbero rapidamente usura e deformazione. Il POM costa notevolmente di più dell’ABS come materia prima, e tale costo è proprio quello richiesto dalla funzione di questo componente.

Quali sono gli effetti reali dell'invecchiamento su questo materiale

I componenti in plastica sono noti per diventare fragili con il passare del tempo, ed è giusto porsi questa domanda piuttosto che liquidarla. In questo caso, però, non si verifica la causa più comune di fragilità. Le plastiche che si induriscono e si crepano con il passare del tempo lo fanno solitamente perché perdono il plastificante: molti materiali traggono la loro flessibilità da un additivo che, col tempo, evapora o migra, lasciando il materiale duro e soggetto a crepe, ed è proprio ciò che è accaduto alle guarnizioni deteriorate e alle tubazioni in PVC fragili che conosciamo bene dai veicoli più vecchi.

Il POM è intrinsecamente resistente e non contiene plastificanti. La sua resistenza deriva dalla sua struttura molecolare piuttosto che da un additivo che potrebbe fuoriuscire, per cui questo meccanismo di invecchiamento semplicemente non si applica. Tre ulteriori proprietà assumono importanza nel corso degli anni: si tratta di una plastica tecnica ad alta cristallinità, pertanto le sue proprietà meccaniche rimangono stabili senza variazioni; il suo assorbimento d’acqua è molto basso, quindi non subisce alterazioni dovute alle condizioni atmosferiche; ed è autolubrificante, quindi non è presente alcun lubrificante applicato la cui perdita potrebbe causare un calo delle prestazioni.

L'industria automobilistica lo testa da decenni: il POM è presente nei riavvolgitori delle cinture di sicurezza, negli alzacristalli e nei meccanismi di regolazione dei sedili, dove ci si aspetta che la durata di vita corrisponda a quella del veicolo. Se questa classe di materiali diventasse fragile nel giro di pochi anni, non verrebbe utilizzata. Neanche l’aria costiera ricca di salsedine lo corrode, e il copolimero di acetale resiste agli agenti con cui viene lavata una tenda da sole.

Perché non il nylon, che sulla carta è più resistente?

Rimane quindi un'unica alternativa seria, ed è quella proposta più spesso. Anche il nylon è una plastica tecnica e, a giudicare dai dati tecnici, supera l'acetal in termini di resistenza alla trazione, punto di fusione e costo. La parola chiave in questo contesto è secco. Ciascuna di queste misure viene effettuata su una barra appena uscita dallo stampo, e nessun pezzo in servizio rimane in quelle condizioni.

Il nylon è igroscopico: una volta installato, assorbe continuamente l’umidità dall’aria e raggiunge l’equilibrio nel giro di settimane o mesi. L’acetale non ne assorbe quasi per nulla, quindi i valori pubblicati corrispondono anche a quelli effettivi.

Valori tipici pubblicati per le qualità non riempite; le singole qualità possono variare.

Ne conseguono tre aspetti che vale la pena conoscere. Un componente in nylon sottoposto a sollecitazioni ha perso più della metà del modulo di elasticità specificato, e la staffa in corrispondenza di questo giunto è soggetta a carico di flessione: è proprio per questo motivo che è dotata di nervature. Il suo attrito contro l’acciaio varia con l’umidità: è questa la differenza tra una tenda da sole che si apre sempre allo stesso modo e una che in agosto risulta più pesante rispetto a marzo. E la sua famosa resistenza si rivela essere solo apparente: il nylon è più resistente dell’acetale solo quando il componente è nuovo, ha assorbito umidità e si trova a una temperatura moderata, condizioni che non si verificano mai al momento in cui perviene un reclamo.

Nessuna di queste tre ragioni è il motivo per cui abbiamo escluso il nylon. Ognuna di esse è reversibile: basta asciugare il pezzo e il problema scompare. Seguono poi due aspetti che non si risolvono così facilmente, e il primo di essi si presenta prima ancora che la tenda venga utilizzata.

Un pezzo è finito indipendentemente da dove finisca

Il nylon deve essere asciugato prima di poter essere stampato, quindi un componente in nylon esce dalla fabbrica già asciutto. Tutte le misurazioni effettuate durante il controllo finale vengono effettuate in quello stato — l’unico stato in cui il componente non si troverà mai più.

Dal momento in cui viene imballato, assorbe l’umidità dall’aria in cui si trova, e quell’aria non è la nostra. Lo stesso codice articolo viene utilizzato in un appartamento riscaldato durante un inverno nordico, in un’estate costiera in Giappone o nel Queensland, e in ogni altra condizione intermedia — e ciascuna di queste porta il prodotto a un diverso equilibrio, e quindi a una diversa rigidità, resistenza e sensazione al tatto. Mesi dopo che ci ha lasciato, senza che nulla sia andato storto.

Per un produttore questa è la parte più spinosa: un componente in nylon non può essere completamente verificato dallo stabilimento che lo produce, poiché metà delle sue condizioni di funzionamento è determinata dal clima del cliente. Testarlo qui significa aver testato un solo caso su tanti, e per un distributore il tasso di reclami assume una dimensione geografica. L’acetale non occupa quasi spazio, quindi il componente che supera l’ispezione finale è quello che il cliente riceve, in ogni mercato in cui effettuiamo le spedizioni.

Tutto questo rientra comunque nella coerenza, e la coerenza può essere adattata alle esigenze. Ciò che verrà dopo, invece, no.

L'unico processo di invecchiamento che non può essere invertito

Questo è il motivo, e il resto del confronto è secondario rispetto a esso.

La struttura molecolare del nylon è tenuta insieme da legami ammidici, che vengono rotti dall’azione combinata del calore e dell’acqua. Non si tratta dell’assorbimento di umidità descritto in precedenza. Quello è un fenomeno fisico, reversibile. Questo invece è un fenomeno chimico: le catene vengono recise, il peso molecolare diminuisce e nulla può ripristinarle. Un componente che ha subito questo processo risulta permanentemente meno resistente rispetto a quello montato inizialmente, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche successive e da quanto possa essere secca la stagione.

In estate, un involucro chiuso offre tutte le condizioni necessarie alla reazione, e le fornisce contemporaneamente: il calore che si accumula in una cavità sigillata, la condensa che si forma durante il raffreddamento notturno e una ventilazione minima che impedisce all’umidità di disperdersi. È una descrizione molto simile all’ambiente che si creerebbe appositamente se l’intenzione fosse quella di far invecchiare una poliammide.

La struttura di base dell’acetale è —CH₂—O—. Non c'è alcun legame idrolizzabile in nessuna parte di esso, quindi per quel materiale non esiste alcuna via — né lentamente, né alla fine, né in un clima caldo.

Vale la pena chiarire bene quanto peso abbia questo aspetto. Rigidità, attrito e resistenza alle sollecitazioni stagionali sono argomenti che riguardano le prestazioni di un materiale, e un progettista competente può aggirare qualsiasi di essi: aggiungere una nervatura, aumentare lo spazio libero, specificare un grado diverso. L’idrolisi non è una questione di prestazioni. È una questione che riguarda il fatto che il componente che avete approvato sia ancora lo stesso tra cinque anni, e non c’è modo di aggirare un legame che, fin dall’inizio, non esiste.

Una parte che nessuno vede, descritta come se la vedessero

Anche per quanto riguarda l’acetale c’era ancora una scelta da fare. Esiste in due forme, omopolimero e copolimero, e l’omopolimero è circa il dieci per cento più resistente. È però meno resistente agli alcali, all’acqua calda, al calore prolungato e proprio all’idrolisi descritta sopra.

Una tenda da sole viene lavata con acqua e detergenti, e l’interno dell’alloggiamento accumula calore in estate. Sono proprio queste le condizioni in cui l’omopolimero presenta problemi, mentre il copolimero no; pertanto abbiamo accettato una piccola compromissione in termini di resistenza in cambio della stabilità che conta nel corso degli anni di utilizzo.

Il materiale in questione è il DURACON®, un copolimero di acetale prodotto dalla giapponese Daicel Corporation — in produzione dal 1964 e uno dei marchi di acetale più longevi al mondo, allo stesso livello di Celanese e BASF. Il suo costo è notevolmente superiore a quello del POM nazionale per uso generico e di gran lunga superiore a quello dell’ABS.

Si tratta di un componente interno. Il cliente non lo vedrà mai e nessuna scheda tecnica del settore lo menziona. L’utilizzo di una plastica tecnica giapponese di prima qualità in una posizione del genere è la dimostrazione più evidente che possiamo dare del fatto che non risparmiamo sui costi.

La scelta dei materiali deve essere funzionale alla posizione

Un giunto girevole, un profilo portante e un tessuto esposto agli agenti atmosferici rispondono ciascuno a una domanda diversa, e ciascuno merita di essere valutato in base alle proprie caratteristiche.

Questo principio vale in entrambi i sensi, e vale la pena sottolineare in quali casi va a sfavore dell’acetal. Alla luce diretta del sole la situazione si inverte: l’acetal si degrada attraverso un meccanismo di “scomposizione” che uno stabilizzante può ritardare ma non interrompere una volta avviato, mentre la fotoossidazione del nylon può essere contrastata efficacemente. Per gli accessori esposti all’aperto — fibbie di fissaggio, picchetti, morsetti per tessuti — il materiale giusto è la poliammide nera stabilizzata ai raggi UV, mentre l’acetale è quello sbagliato. La stessa linea di prodotti utilizza entrambi, di proposito.

Il giunto qui descritto è la parte della tenda da sole più sollecitata e meno visibile, ed è proprio per questo che vale la pena spiegarlo.