Fibra di carbonio nelle auto: cos’è, come si lavora e perché la usano le supercar

La fibra di carbonio nelle auto è passata in quarant’anni dalle monoposto di Formula 1 ai telai delle supercar e, in piccole dosi, anche alle auto di tutti i giorni. È leggera, rigidissima e bella da vedere, ma costa molto e richiede competenze rare. In questa guida vediamo cos’è la fibra di carbonio, come si lavora, perché le supercar la usano per il telaio, cos’è il carbonio forgiato e quali sono i limiti di un’auto in carbonio.

Cos’è la fibra di carbonio

La fibra di carbonio è fatta di filamenti sottilissimi, composti quasi solo da atomi di carbonio. Da sola è un filato: per diventare un pezzo d’auto va inglobata in una matrice, di solito una resina epossidica. Il risultato è un materiale composito, chiamato anche CFRP (polimero rinforzato con fibra di carbonio). Quando si parla di “carbonio” sulle auto si intende quasi sempre questo composito.

Le caratteristiche principali sono:

• bassa densità: la fibra pesa circa 1.750 kg/m³, meno di un quarto dell’acciaio;
• resistenza meccanica molto alta: tra 2 e 7 GPa a trazione, secondo il tipo di filato;
• ottima resistenza alla temperatura e agli agenti chimici.

Ha però un comportamento particolare: è anisotropa. È fortissima nella direzione delle fibre e molto meno nelle altre. Per questo chi progetta un pezzo in carbonio decide strato per strato come orientare il tessuto.

I tessuti: saia, raso e tela

I filati vengono intrecciati in tessuti di carbonio. I più comuni sono la tela, la saia (il classico disegno a spina diagonale che si vede sui pezzi “a vista”) e il raso. Esistono anche tessuti unidirezionali, con tutte le fibre parallele, usati dove il carico ha una sola direzione.

Fibra di carbonio per auto: come si lavora

I metodi di lavorazione cambiano molto il costo e le prestazioni del pezzo.

Pre-preg e autoclave

È il metodo delle auto da corsa e delle supercar. Si usano tessuti pre-impregnati di resina, conservati al freddo. Il procedimento:

1. gli strati di tessuto vengono posati a mano in uno stampo, seguendo un piano preciso di orientamento;
2. il tutto viene chiuso sotto vuoto;
3. il pezzo viene cotto in autoclave, sotto pressione e temperatura.

Il risultato è il massimo della qualità, ma servono ore di lavoro manuale per ogni componente.

Stampaggio a compressione e carbonio forgiato

Un metodo più rapido è lo stampaggio a compressione: tessuto o fibre e resina vengono pressati tra due stampi, in genere di alluminio o acciaio. Alcuni costruttori, come BMW, hanno dichiarato tempi di ciclo di circa 80 secondi per pezzo.

Una variante è il carbonio forgiato (forged carbon), con fibre corte disposte in modo casuale. Ha un aspetto marmorizzato inconfondibile ed è stato reso famoso da Lamborghini con il “Forged Composite”. Il limite è che la direzione delle fibre non si controlla, quindi la resistenza è meno prevedibile rispetto ai tessuti orientati.

Il telaio in fibra di carbonio

L’uso più importante del carbonio è il telaio monoscocca, la “cellula di sicurezza” che avvolge pilota e passeggero. La storia ha qualche data chiave:

• 1981: McLaren porta in Formula 1 il primo telaio monoscocca in fibra di carbonio, progettato da John Barnard. In pochi anni lo copiano tutte le squadre, per la rigidità superiore;
• 1987: Lamborghini costruisce la Countach Evoluzione, un prototipo laboratorio con scocca e pannelli in carbonio, kevlar e nido d’ape di alluminio. Pesa circa 400 kg meno della Countach di serie e anticipa le soluzioni della Countach 25° Anniversario e della Diablo;
• 1999: la Pagani Zonda C12 debutta con telaio e carrozzeria in composito.

Il telaio in fibra di carbonio offre un vantaggio doppio. È più leggero, quindi l’auto accelera, frena e curva meglio. Ed è più rigido, quindi le sospensioni lavorano in modo più preciso. In caso di urto, inoltre, una cellula ben progettata assorbe energia in modo controllato.

Horacio Pagani e il carbonio nella Motor Valley

Nella Motor Valley il carbonio ha un nome preciso: Horacio Pagani. Le tappe sono queste:

• 1985: in Lamborghini propone e guida la nuova divisione compositi;
• 1988: fonda la Pagani Composite Research per continuare la ricerca su fibra di carbonio, resine e vernici;
• 1991: nasce Modena Design, che produce prototipi e componenti in composito per vari costruttori.

Pagani ha poi sviluppato materiali propri, il carbo-titanio e il carbon triax:

• il carbo-titanio intreccia fili di titanio nel tessuto di carbonio, per aumentare resistenza e rigidità. Debutta sulla Zonda R e sulla Zonda Cinque;
• il carbon triax, usato sulla Huayra BC, secondo Pagani è più leggero e resistente del carbonio tradizionale.

Auto in carbonio: vantaggi e svantaggi

Prima di sognare un’auto in fibra di carbonio conviene conoscere i due lati della medaglia.

I vantaggi

• leggerezza: a parità di rigidità il composito pesa molto meno dell’acciaio e dell’alluminio;
• rigidità torsionale elevata del telaio;
• libertà di forma: lo stampo permette superfici complesse in un solo pezzo;
• estetica: il carbonio a vista è diventato un segno di sportività.

Gli svantaggi

• costo alto di materiale, stampi e manodopera;
• riparazioni difficili: un pezzo danneggiato spesso va sostituito, non raddrizzato;
• tempi di produzione lunghi con i metodi di qualità;
• anisotropia: progettare male l’orientamento delle fibre significa avere punti deboli.

Carbonio per auto di tutti i giorni

Sulle auto normali il carbonio per auto si trova soprattutto in componenti aftermarket: cofani, specchietti, spoiler, inserti per gli interni. Le parti originali di qualità costano molto. Le pellicole adesive effetto carbonio, invece, sono solo estetiche: imitano la trama del tessuto ma non hanno nessuna funzione strutturale. Già nel 1971 la Citroën SM offriva come optional cerchi leggeri in fibra di carbonio, un esempio precoce di quanto il materiale affascinasse anche fuori dalle corse.

Domande frequenti sulla fibra di carbonio nelle auto

Perché le supercar hanno il telaio in carbonio?

Perché il telaio in fibra di carbonio è più leggero e più rigido di uno in acciaio o alluminio, con vantaggi su accelerazione, frenata, tenuta di strada e sicurezza.

Cos’è il carbonio forgiato?

È un composito con fibre corte in disposizione casuale, stampato a compressione. È più rapido da produrre e ha un aspetto marmorizzato, ma la resistenza è meno controllabile.

Chi ha usato per primo il carbonio nel telaio?

In Formula 1 la McLaren nel 1981. Su strada, tra i pionieri ci sono i prototipi Lamborghini della fine degli anni Ottanta e la Pagani Zonda del 1999.

Fonti: Wikipedia (voci “Fibra di carbonio”, “Carbon-fiber reinforced polymer”, “Lamborghini Countach”, “Pagani Zonda”). Questo è un sito editoriale indipendente.