Il mercato dei compositi

I compositi costituiscono uno degli sbocchi importanti dell'industria delle fibre e dell'industria tessile.
Disaggregare i dati disponibili per realizzare un quadro realistico delle dimensioni attuali e delle dimensioni prevedibili in futuro del tessile coinvolto nel mondo dei compositi non è agevole. Se si fa riferimento alla ricerca di mercato realizzata alcuni anni or sono dalla D. Rigby & Associati, il tessile tecnico destinato ai compositi rappresentava (1995) il 16,0% in peso dell'intero mercato dei tessili tecnici ed il 10,3% in valore. L'andamento, nel periodo 1985-2005 tenuto sotto controllo dalla ricerca, è particolarmente positivo (+ 9,5% annuo), superiore a quello generale dei tessili tecnici (+ 6,3%) (Tabb. 1, 2).

Tabella 1. Tessili tecnici nei compositi nel mondo
Anno
migliaia
tonnellate
milioni
$
$/kg
% in peso
% in valore
1985
887
2909
3,28
100,0
100,0
1990
1288
4633
3,60
145,2
159,3
1995
1492
5130
3,44
168,2
176,3
2000
1968
6940
3,53
221,9
238,6
2005
2581
9156
3,55
291,0
314,7

Tabella 2. Tessili tecnici totali nel mondo
Anno
migliaia
tonnellate
milioni
$
$/kg
% in peso
% in valore
1985
6062
33160
5,47
100,0
100,0
1990
7844
42528
5,42
129,4
128,3
1995
9321
49963
5,36
153,8
150,7
2000
11327
60271
5,32
186,9
181,8
2005
13688
72330
5,28
225,8
218,1

Altro dato globale riguarda la qualità delle fibre impiegate come rinforzo: nei compositi si usa quasi esclusivamente il vetro. Nel 1995 le fibre di carbonio (Tabb. 7, 8) rappresentavano in peso solo lo 0,6%; le aramidiche lo 0,3%.
Da sottolineare che nel periodo 1985-2000 mentre le fibre di vetro sono cresciute del 204%, quelle di carbonio (+ 385%) e le aramidiche (+ 353%) sono cresciute molto di più, pur rimanendo quantitativamente marginali rispetto alle prime.
Da notare anche che le fibre di carbonio hanno un costo medio di 55 $/kg, trenta volte quello del vetro che è di 1,8-1,9 $/kg. Le aramidiche hanno un costo di circa 30 $/kg, 16 volte quelle di vetro.
Le densità invece privilegiano le aramidiche (1,4-1,45 g/cm3) e il carbonio (1,7-1,9 g/cm3) rispetto al vetro (2,4-2,6 g/cm3) (Tab. 9).
Nel 1995 si sono consumate 2.300.000 t di fibra di vetro per 4,3 miliardi di $; di queste 1.500.000 t per 2,9 miliardi di $ erano destinati alle plastiche rinforzate. Le fibre di carbonio erano solo 9.000 t, per 0,5 miliardi $.
Negli USA le plastiche rinforzate (1998) ammontavano a 1.635.000 t; le fibre di vetro relative erano 453.000 t, con un'incidenza del 27,7%.

Le fibre di vetro hanno sostanzialmente due sbocchi:

  • l'isolamento termico e acustico (lana di vetro);
  • il rinforzo meccanico.

Quest'ultimo rappresenta circa il 35% del totale, ma ha un tasso di crescita superiore rispetto al primo (+3% annuo, contro il + 2%).
Sempre negli USA, nel 1987 le plastiche rinforzate termoplastiche erano il 26,4% del totale, le termoindurenti il 74,6%; nel 1996 le percentuali erano rispettivamente il 36,8% ed il 63,2%; nel 2001 si prevede di raggiungere il 38% contro il 62%.

La distribuzione dei compositi per tipo di applicazione in Europa, USA e Asia è riportata nelle Tabb. 3, 4, 5.

Tab. 3. Distribuzione dei compositi in Europa per tipo di applicazione
Applicazione
%
Trasporti
33
Costruzioni e lavori pubblici
31
Industria e agricoltura
14
Sport e beni di consumo
10
Elettrici ed elettronici
8
Altro
4

Tab. 4. Distribuzione dei compositi in USA per tipo di applicazione
Applicazione
%
Trasporti
32
Costruzioni e lavori pubblici
30
Industria e agricoltura
18
Sport e beni di consumo
9
Elettrici ed elettronici
7
Altro
4


Tab. 5. Distribuzione dei compositi in Asia per tipo di applicazione
Applicazione
%
Trasporti
17
Costruzioni e lavori pubblici
30
Industria e agricoltura
8
Sport e beni di consumo
11
Elettrici ed elettronici
32
Altro
2

In Europa i compositi impiegati nelle costruzioni si distribuiscono fra le diverse applicazioni specifiche come riportato in Tab. 6.

Tab. 6. Applicazioni specifiche dei compositi nelle costruzioni in Europa
Applicazione
%
Elettricità
23
Coperture
20
Infrastrutture industriali
19
Impianti sanitari
11
Rivestimento del suolo
8
Isolamento facciate
6
Decorazione, architettura
4
Altro
9

Il vetro

La fibra più importante per la produzione di rinforzi tessili dei materiali compositi è costituita oggi dal vetro: la relativa semplicità produttiva, il costo basso se riferito alle grandi prestazioni di resistenza termica, chimica e meccanica, ne fanno la fibra più importante, anche se penalizzata da una densità alta rispetto alle fibre di sintesi che rende meno leggeri i manufatti.
Il vetro in fibra si presenta:

  • come filato tessile, semplice o ritorto, di vario titolo;
  • come filo testurizzato (voluminizzato);
  • come stoppino;
  • come stoppino rinforzato;
  • come stoppino pre-impregnato;
  • come filo tagliato (3-12 mm) per il rinforzo delle resine termoplastiche e termoindurenti;
  • come fibre macinate (0,1-0,2 mm) per il rinforzo delle resine termoplastiche e dei poliuretani;
  • come materassino di fibre (50 mm) tenute assieme da leganti;
  • come materassino di fili continui tenuti assieme da leganti;
  • come feltri agugliati, con fibre di 50 mm.

Oggi il vetro rappresenta il 95% del rinforzo dei compositi, sia termoplastici che termoindurenti; i materiali termoplastici hanno di per sé una buona resistenza agli urti che, con la fibra di vetro, si unisce ad una buona resistenza meccanica ed alle temperature nonché una buona stabilità dimensionale.
In un certo senso il vetro è la fibra guida del mercato dei compositi; la produzione della fibra di vetro si è venuta concentrando in pochi gruppi di notevoli dimensioni che guidano anche l'innovazione e condizionano così l'evoluzione della tecnologia dei compositi nel suo complesso: carbonio, aramidiche ed in generale fibre di sintesi sono ancora oggi limitate nel loro impiego, a causa del costo elevato, ad applicazioni molto specialistiche, dove le prestazioni devono raggiungere livelli elevati.

Tabella 7. Vendite mondiali di fibre di carbonio nei compositi
Anno
tonnellate
crescita
annua
%
milioni
$
crescita
annua
%
$/kg
1992
5890
-
374,1
-
63,5
1993
6613
12
384,9
3
58,2
1994
7894
19
461,4
20
58,5
1995
8931
13
464,8
0,7
52,0
1996
9365
5
489,2
5
52,2
1997
11762
26
621,4
27
52,8

Tabella 8. Tipologia fibre di carbonio nei compositi
Tipologia fibra
Modulo
GPa
$/kg
minimo
$/kg
massimo
Standard (12K)
220 - 240
39,7
44,2
Modulo intermedio (12K)
275 - 345
68,4
72,8
Alto modulo (12K)
345 - 480
132,5
143,5
Ultra alto modulo
(3K, 6K, 12K)
480 - 970
264,9
1986,8
Tow pesante (48-320K)
220 - 240
17,7
24,3

Tabella 9. Fibre di carbonio, di vetro, aramidiche
Parametro
Carbonio
da PAN
Carbonio da
pece
Vetro E
Vetro Ar
Vetro S
Aramidiche
Tenacità (GPa)
1,8 - 7,0
1,4 - 3,0
3,5
3,5
4,6
2,6 - 3,4
Modulo ( GPa)
230 - 540
140 - 820
73,5
175
86,8
55 - 127
Allungamento alla rottura (%)
0,4 - 2,4
0,2 - 1,3
4,8
2,72
5,4
2 - 4,6
Densità (g/cm3)
1,75 - 1,95
2,0 - 2,2
2,57
2,68
2,46
1,39 - 1,44


Questo articolo è pubblicato sulla rivista NT Nuovi Tessili , consulta il sommario.