TESSILI TECNICI - parte II

(parte I - parte II - parte III)

Dimensioni del mercato

Il problema del dimensionamento del mercato deve essere affrontato e risolto assieme a quello delle definizioni dei campi di attività ed è un problema complesso ed i dati statistici disponibili ed affidabili sono scarsi

Negli studi specifici, realizzati negli anni '80, si riportavano valutazioni sullo sviluppo raggiunto a livello mondiale dai tessili tecnici e veniva riportata la previsione che la quota-parte dei tessili tecnici sulla produzione complessiva di tessili era destinata a salire; in particolare in Europa si sarebbero raggiunte,nel breve-medio periodo, le quote già raggiunte negli USA e in Giappone.

Anche i dati in studi successivi confermano che il mercato dei TIT presenta un'elevata capacità di crescita e costituisce un polo di attrazione di consistenti quote di consumo tessile.

Può essere anche interessante affrontare la realtà dei tessili tecnici da un punto di vista del tutto diverso, quello del produttore di fibre in funzione appunto delle fibre impiegate.

Molte delle fibre utilizzate nei TIT sono fibre esotiche: il termine fibre esotiche sta ad indicare quelle fibre che hanno caratteristiche particolari e che sono state progettate e realizzate al fine proprio di ottenere alcune prestazioni necessarie per specifiche applicazioni.

A questo proposito deve essere sottolineata la relatività dei concetti riportati; probabilmente le tecnologie, le materie prime, le applicazioni più vicine o simili a quelle tradizionali, avranno tassi di crescita più contenuti rispetto a quelle più innovative.

Il comparto dei Tessili Tecnici, nella sua accezione più ampia, è in una fase di crescita che coinvolge ricerca di base ed applicata. Questo vale sia per le materie prime che per le tecnologie di processo che per le applicazioni.

Applicazioni dei tessili tecnici

Le applicazioni dei Tessili Tecnici sono molteplici ed estremamente differenti tra di loro: si va da applicazioni sofisticate di prodotti molto costosi ad altre più diffuse per prodotti a minor contenuto innovativo e di costo più modesto.

La classificazione delle applicazioni che proponiamo come NT (nuovi tessili) è la seguente:

Ingegneria civile (Geotessili)

Compositi

Quando due o più materiali vengono mescolati assieme, il materiale composito risultante ha molto spesso proprietà fisiche che sono considerevolmente diverse dalle proprietà dei singoli costituenti.

Molti tessili tecnici si presentano sotto forma di materiali compositi tessili, che consistono di due o più materiali di diversa natura, collegati tra di loro per adesione o coesione (mediante un terzo materiale).

Tipiche loro forme di presentazione sono:

  • i compositi stratificati (superfici spalmate od accoppiate, laminati);
  • i compositi a matrice (es. nontessuti coesionati con un legante).

Sotto il profilo della struttura, oltre ai tessili spalmati (supporti tessili, superficie o substrato in plastica) meritano considerazione le sostanze plastiche a contenuto tessile (supporto in plastica, strato esterno in materiale tessile). I componenti sono collegati tra di loro di solito per adesione.

Le strutture composite sono formate da un substrato in tessuto di fibre impregnate e protette da una matrice polimerica flessibile o rigida.

Le strutture di rinforzo possono essere anche strutture tessili: queste rientrano a pieno titolo nell'area dei tessili tecnici.

In particolare si hanno:

  • TESSUTI UNIDIREZIONALI

Sono utilizzati dei trefoli di fibre orientate in un'unica direzione ed allineate su di un piano.

  • TESSUTI INTRECCIATI CONVENZIONALI

La maggior parte dei tessuti più comunemente utilizzati sono intrecci convenzionali di trefoli di filamenti. La struttura intrecciata blocca i filamenti dell'ordito e della trama. I filamenti della trama e dell'ordito non sono completamente distesi ma, nel sovrapporsi alternativamente, si incurvano aumentando la deformabilità finale del tessuto.

  • TESSUTI AD INTRECCIO PIANO E MAT

Un intreccio piano viene utilizzato per tessuti da impregnare e ricoprire con una matrice polimerica al fine di eliminare l'incurvamento dei filamenti fuori dal piano del laminato e di ottenere un materiale con proprietà elastiche più uniformi.

In questo tipo di struttura, i filamenti della trama sono solo appoggiati su quelli dell'ordito (non intrecciati con essi) e vengono successivamente cuciti fra loro con un filamento molto leggero.

Le fibre possono essere disposte in modo ordinato (tese ed allineate) o disordinato (curve e non allineate come nei mat). In questo caso, d'altra parte, è difficile prevedere quali possano essere le caratteristiche meccaniche del risultante materiale.

  • TESSUTI AD INTRECCIO SU PIÙ ASSI

L'uso di tessuti multiassiali è finalizzato all'ottenimento di una maggiore resistenza allo strappo ed agli sforzi di taglio.

Un esempio di tessuto intrecciato su più assi è quello triassiale nel quale i filamenti sono disposti con angoli di circa 45, 60 °.

Applicazioni industriali

Le applicazioni industriali sono le più disparate e stanno crescendo in tipo ed in numero; alcune di queste applicazioni sono caratterizzate da una certa omogeneità e possono essere trattate in modo adeguato, come, ad esempio:

Tessili per la filtrazione

La filtrazione costituisce una vasta area applicativa dei Tessili Tecnici; i tessili per la filtrazione possono suddividersi in:

  1. filtrazione delle polveri, con problemi particolari per:
    • maschere
    • filtrazione ad alta temperatura.
  2. separazione e purificazione dei gas.
  3. filtri per sigarette
  4. filtrazione dei liquidi:

• separazione solido/liquido,

• separazione liquido/liquido,

• materiali scambiatori di ioni per la purificazione degli effluenti industriali

• impiego di fibre cave per la filtrazione nell'osmosi inversa.

Anche in questo caso si va da applicazioni abbastanza convenzionali ad altre molto più avanzate; anche la tipologia delle materie prime impiegate può variare enormemente, dalle fibre tradizionali a quelle ad alte prestazioni, quando i fludi da trattare presentano caratteristiche aggressive (temperature elevate, presenza di acidi, ecc.)

Ingegneria civile (Costruzioni)

Il settore delle applicazioni riferibili all'ingegneria civile ed all'industria delle costruzioni utilizza quantità importanti di tessile.

Anche restringendo il campo d'analisi a questo segmento la realtà si presenta estremamente varia ed eterogenea: prodotti ed applicazioni sono spesso molto differenti tra di loro e richiedono prodotti e processi del tutto differenti gli uni dagli altri.

Una prima grande suddivisione pone da un lato i prodotti che vanno a contatto del terreno e nel terreno, i geotessili e dall'altro tutto quello che entra nelle costruzioni vere e proprie.

Per descrivere il settore è opportuno dare un dettaglio maggiore individuando alcune aree specifiche:

  • i geotessili,
  • le membrane per costruzioni,
  • i rinforzi,
  • i materiali compositi.

Per sollecitare i progettisti a prendere in esame la possibilità di impiegare materiali funzionali d'origine tessile per integrarli nei loro sistemi-metodi di costruzione è necessario riuscire a comprendere il funzionamento dei materiali.

I nuovi materiali consentono di costruire in maniera rapida strutture destinate però a durare nel tempo.

Questi nuovi materiali poi necessitano di sistemi di messa in opera standard e ripetitivi per economizzare le tecniche e quindi diffonderne gli impieghi.

L'abbinamento tessile-scheletro di metallo è una delle forme impiegate per costruzioni temporanee che trovano applicazioni in ambiente civile e militare.

Le strutture possono essere sostenute da uno scheletro o dall'aria: quelli ad aria richiedono una quantità notevole e crescented‘aria e non sono adattabili là dove le aree da coprire sono grandi e sono grandi anche le aperture che si devono fare.

L'armatura può essere sia metallica che tessile gonfiata con aria.

Miglioramento dei materiali per strutture

I tessuti pesanti spalmati per membrane architettoniche sono già utilizzati da alcuni decenni; spesso si avverte oggi una tendenza ad ottimizzare le prestazioni dei materiali, piuttosto che ad innovare drasticamente le prestazioni e le strutture. (es. resistenza all'idrolisi e resistenza al fuoco sono le due caratteristiche fondamentali per questi usi).

Armature per costruzioni tradizionali.

Le fibre di PVA, resistenti agli alcali sono utilizzabili per il rinforzo del cemento. In alternativa al metallo.

I compositi nelle costruzioni

I nuovi materiali tessili non sono solo dei materiali di sostituzione con caratteristiche controllate: ma sono all'origine di un nuovo sito, che combina modernità, bellezza e comfort ambientale.

La ricerca sta proponendo sempre più soluzioni innovative, come, ad esempio, gli Edifici biomimetici ed, in generale, gli Edifici intelligenti.

Anche i compositi a base tessile possono trovare ampi spazi nell'ingegneria civile: hanno delle prerogative di estremo interesse perché rispondono in maniera ottimale a nozioni quali la resistenza e la multifunzionalità (termiche, acustiche) ed integrano bene le funzioni.

La ricerca continua del comfort, del risparmio energetico, in sede di progetto che d'utilizzo, la necessità d‘industrializzare le costruzioni (riduzione dei pericoli per sinistri) vanno tutti in direzione dello sviluppo dell'impiego dei compositi.

Pensare a nuove strutture a nuove cellule bioattive.

La ricerca sta mettendo a punto nuove fibre, nuove strutture tessili e nuovi processi di trasformazione.

Le potenzialità di sviluppo dei compositi sono reali: le difficoltà sono prima ancora culturali che tecniche.

L'affidabilità di questi materiali è superiore a quella dei materiali tradizionali, se il progetto è scaturito da una reale analisi di sicurezza e di durabilità, in funzione delle condizioni esatte delle sollecitazioni.

Ingegneria civile (Geotessili)

I geotessili costituiscono una famiglia di applicazioni di particolare rilievo per le dimensioni assolute, per il notevole tasso di crescita, per la tipologia delle materie prime che impiegano e per le tecnologie che coinvolgono.

Col termine di geotessili vengono definiti nontessuti, tessuti e materiali compositi in fibre sintetiche. Essi hanno sempre la caratteristica di essere permeabili all'acqua.

I geotessili vengono impiegati in prevalenza per fini di separazione, filtrazione, drenaggio, armatura e come argini. In molti casi vengono soddisfatte contemporaneamente anche più funzioni.

Separazione

I geotessili vengono più frequentemente impiegati per la separazione di strati di terreno a diverse caratteristiche, ad es. per ostacolare la penetrazione di particelle di grana fine in uno strato composto da grana grossa. Nello stesso tempo, le sollecitazioni locali di pressione vengono mantenute entro limiti circoscritti, in modo da evitare il pericolo di una perforazione e/o la miscelazione nel caso di una gettata su sottofondo poco stabile. A tal fine si rende necessaria una sufficiente resistenza ed un buon comportamento sotto carico statico permanente.

Filtrazione

Grazie alla resistenza alla filtrazione (capacità di trattenuta da parte del terreno) ed alla loro efficacia di filtrazione idraulica (scarico senza pressione di acqua d'infiltrazione), avvalendosi dei geotessili è possibile evitare l'originarsi di fenomeni di erosione.

Drenaggio

Nel caso di nontessuti di una certa voluminosità, è possibile al loro livello scaricare acqua filtrante.

Armamento

Le esigenze di armamento possono venir soddisfatte solo dai geotessili che già a bassi livelli di allungamento siano in grado di assorbire elevati sforzi di trazione. Il prodotto del modulo elastico per la sezione deve esser il più possibile elevato. E' necessario un buon comportamento ai carichi statici permanenti.

Protezione

I geotessili possono venir impiegati per la protezione di teli di guarnizione in plastica e di rivestimenti di guarnizioni soggetti a danneggiamento meccanico provocato dal sottosuolo, dal materiale di riempimento o dai materiali di copertura. Spesso si richiede contemporaneamente un effetto di drenaggio.

In funzione della struttura i geotessili possono essere così classificati:

Geotessili nontessuti
Geotessili tessuti
Biotessili
Biostuoie
Geogriglie
Geocompositi di drenaggio
Geocelle
Biocelle

Esempi di'applicazione dei Geotessili nell'ingegneria civile
Strade e piste di cantiere
Aree di stoccaggio, piazzali e parcheggi
Rilevati stradali e ferroviari
Strutture in terra rinforzata
Impianti sportivi vari
Opere drenanti
Drenaggi a contatto con strutture di fondazione e opere di sostegno
Dighe in materiali sciolti
Protezioni di sponda di corsi d'acqua
Opere di difesa dell'erosione

Applicazioni medico-sanitarie

In questa famiglia convivono prodotti diversissimi tra di loro: si passa da prodotti di largo impiego e sostitutivi di tessili tradizionali (i cosiddetti Tessili Ospedalieri) a prodotti di estrema sofisticazione come i prodotti per sostituire i vasi sanguigni.

In particolare si possono avere, prodotti :

  1. per uso plurimo,
  2. per usa e getta.

Protezione

Proteggere l'uomo il suo ambiente e le cose è una delle esigenze prioritarie che vengono soddisfatte da specifiche categorie di tessili tecnici.

Protezione contro il fuoco e le alte temperature, contro azioni meccancihe (tagli, scoppi,…) contro agenti chimici, ecc;

Per la protezione dell'uomo si và dalle tute per lavori pericolosi (pompieri, saldatori, militari…) ai guanti da lavoro, ai giubbotti antiproiettile, dall'abbigliamento ospedaliero (tessuti barriera in sala operatoria…) alla protezione contro le ondeelettromagnetiche.

Per le cose si tratta di proteggere dal fuoco (es. impiego di tessuti d'arredo FR, )dall'introduzione, dal vandalismo, ecc.

Sport e tempo libero

Stanno assumenso una sempre maggiore importanza e definiscono stili di vita e quindi anche di abbigliamento e di uso del tessile.

Molto dell'abbigliamento sportivo deve avere delle prestazioni tecniche di rilievo (es; tessuti antiattrito per agonismo, dalla velocità in bicicletta ai costumi da bagno) es. tessuti protettivi e traspiranti per sci e alpinismo).

Ma anche molti oggetti impiegati nello sport hanno un forte contenuto tessile (es. racchette e mazze in composito tessile, tavole di surf, vele e sratie relative.

Ma anche tende da campeggio, ecc; sono prodotti tipicamnte tessili.

Tessile funzionale

Al tessile anche quello più tradizionale vengono richieste prestazioni con contenuto tecnico sempre più elevato:

tessuti easy care, tessuti antibatterici e freschi, tessuti traspiranti, ecc. accompagnano un impatto eestetico tattile valido per il mercato, ad una funzionalità sempre più spinta;

le aree di sovrapprosione tra tessili tecnici e tessili moda sono sempre maggiori.

Trasporti

I trasporti sono uno dei più importanti mercati di sbocco per i tessili tecnici: quelli su terra (auto e ferrovie) quelli aerei e quelli marini utilizzano tutti dei materiali tessili con tratti comuni molto importanti, assieme ad altri evidentemente distintivi.

In termini generali i tessili assolvono, nei trasporti, le seguenti funzioni:

  • Funzioni d'arredo,
  • Funzioni tecniche,
  • Funzioni strutturali.

Le prime riguardano gli interni dei veicoli (l'abitacolo dell'auto, la cabina dell'aereo e della nave), le seconde si riferiscono agli apparati di sicurezza (cinture di sicurezza, nell'auto e nell'aereo, airbag, canotti e sistemi di salvataggio, scivoli dagli aerei, ecc.) e degli accessori (filtrazione, cinghie di trasmissione, separatori di batterie, cordami, ecc.); le funzioni strutturali, infine, riguardano i materiali, in generale compositi a rinforzo tessile, che sostituiscono, in tutto o in parte, materiali tradizionali, quali metalli, leghe, materiali plastici, ecc.

La prima distinzione necessaria riguarda la struttura stessa del mercato: per l'auto si producono giornalmente migliaia d'unità di uno stesso modello, mentre si realizzano, nel mondo, solo qualche centinaia d'aerei e qualche decina di grandi navi.

Nel caso dell'auto il costo è la variabile fondamentale ed è influenzato in maniera decisiva dall'ingegnerizzazione e dalla logistica: il processo domina sul prodotto.

Per gli aerei invece sono le prestazioni del prodotto ad avere un ruolo decisivo: la sicurezza e l'affidabilità assumono un'importanza straordinaria se paragonata a quelle, pur necessarie per l'auto, così come la leggerezza del materiale.

Non a caso, infatti, molte delle nuove fibre e dei nuovi materiali sono stati messi a punto proprio per realizzare strutture estremamente resistenti, ma leggere, capaci di sopportare sollecitazioni meccaniche notevoli, ma anche il fuoco e gli agenti chimici.

Quindi, da un lato, i tessuti per arredo obbediscono alle logiche che dominano il sistema tessile: estetica, facilità di manutenzione, prezzo, sono gli elementi strategici che fanno il successo anche di un tessuto per arredare un'auto, successo che significa quello dell'auto nel suo insieme.

Molte ricerche indicano, infatti, che il peso del decoro tessile nella scelta di un'automobile è notevole, così come la durata nel tempo dello stesso arredo è un indicatore della bontà del veicolo nel suo complesso.

Anche in questo caso il tessuto deve possedere delle caratteristiche tecniche non banali: confezionabilità, resistenza all'usura, ecc. determinano l'impiego nell'auto, così come il possedere buone caratteristiche di resistenza al fuoco ed un buon comfort, ma estetica e tatto sono al vertice delle prerogative richieste.

Per un tessuto d'arredo di un aereo invece è molto più importante il comportamento flame-retardant, sul quale non si può transigere, rispetto ad una mano un po' ruvida o una colorazione non particolarmente attraente.

La situazione, oggi in fase evolutiva, rende sempre più importante, anche per l'uso quotidiano e comune, elementi quali la sicurezza ed è plausibile ritenere che nel prossimo futuro i tessuti, anche per l'uso privato, e quindi anche quelli per l'auto, dovranno sostenere test di sicurezza sempre più stringenti, secondo capitolati sempre più precisi e selettivi.

Sull'altro versante le soluzioni tecniche più avanzate, quelle strutturali, ad esempio, nate per le applicazioni di punta, stentano ad entrare significativamente nella produzione di massa com'è quella dell'auto, dove le prestazioni non giustificano i costi ancora troppo elevati.

Le parti strutturali per l'auto solo in minima parte sono a base tessile e riguardano solo alcuni modelli e solo alcune parti; ma è realistico ritenere che l'innovazione in atto, che coinvolge i materiali e le tecnologie, riuscirà a proporre soluzioni economicamente accettabili per una gamma di vetture sempre più ampia.

Le previsioni tecnologiche, fatte a metà degli anni '80, di un impiego massiccio di compositi ad alte prestazioni nei trasporti, ad esempio nel motore e nelle sospensioni, si sono rivelate inesatte e in realtà gli impieghi si limitano finora ad applicazioni meno sofisticate.

Spingono comunque nella direzione dell'impiego di compositi la crescente esigenza di leggerezza e quella di ridurre al minimo gli interventi di manutenzione, entrambe soddisfatte da questo tipo di materiali.

Altra variabile sempre più importante è costituita dalla facilità o meno di riciclare un prodotto a fine vita.

Da questo punto di vista i compositi non hanno certo delle caratteristiche favorevoli, soprattutto nella famiglia dei termoindurenti, mentre presentano aspetti positivi i materiali termoplastici, che hanno ancora delle difficoltà di natura tecnologica ad affermarsi.

In questa grand'eterogeneità si possono trovare alcuni elementi unificanti: uno è costituito dalle materie prime impiegate, le fibre.

La scelta delle fibre è dettata, come nel tessile in generale, da esigenze estetiche, di lavorabilità, di prestazioni e di costo.

Per l'arredo dominano le fibre man-made ed il poliestere in particolare, ma sta entrando significativamente anche il polipropilene.

Per i pneumatici, ad esempio, dopo il dominio, nel passato, delle fibre più tradizionali, vengono usate, ancora in piccole applicazioni, fibre high tech, come le aramidiche, che incrementano la sicurezza riducendo il peso del copertone in maniera significativa.

Le ferrovie costituiscono un'altra nicchia del mondo dei trasporti, sempre riguardo all'arredo (poltrone, tappeti, rivestimenti, tendaggi) ed alle parti strutturali dei vagoni.

Per l'aereo la variabile fondamentale è la sicurezza, abbinata alla leggerezza delle soluzioni proposte.

Il tessile dell'aereo comprende:

  • l'arredo:(sedili, tende, tappeti, moquette).
  • la sicurezza:(cinture di sicurezza, scivoli).
  • le parti strutturali:(flap, ali, carlinga, strutture, pale d'elicottero, freni).

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