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).

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