Nuovi ingredienti per i materiali d’attrito: più sostenibilità, stesse prestazioni

Una pastiglia freno è tutt’altro che un materiale semplice. In una singola formulazione convivono decine di ingredienti diversi, ognuno con una funzione ben precisa (come illustrato nella tabella sotto).

Tra questi, il legante riveste un ruolo chiave: è la “colla” che tiene insieme tutti gli altri componenti e che determina la robustezza del materiale. Il suo contributo è decisivo non solo per le prestazioni di frenata, ma anche per la quantità di particolato emesso durante l’uso, un aspetto oggi sempre più rilevante in un’ottica di riduzione dell’impatto ambientale delle automobili.

Da molti anni, il legante di riferimento è la resina fenolica, economica e dotata di buone proprietà termiche. Tuttavia presenta alcune criticità: ha una durata di conservazione relativamente breve, è sensibile all’umidità e durante la lavorazione può generare sottoprodotti indesiderati.

In questo contesto si inseriscono le resine benzoxaziniche, una nuova generazione di leganti in grado di superare molte di queste criticità. Grazie a un differente meccanismo di polimerizzazione, offrono una conservazione praticamente illimitata, sono insensibili all’umidità e non producono sottoprodotti nocivi. La loro resistenza termica è comparabile, e potenzialmente superiore, a quella delle resine fenoliche tradizionali. Inoltre, la struttura modulabile dei monomeri di partenza consente di adattare le proprietà finali alle esigenze dell’applicazione.

Lo studio

La ricerca condotta presso il DII ha analizzato l’impiego di due diverse resine benzoxaziniche come leganti per materiali d’attrito. Accanto a queste, è stato introdotto anche un nuovo ingrediente di origine vegetale: la lolla di riso. Si tratta di una scelta orientata alla sostenibilità ambientale, un tema sempre più centrale nello sviluppo dei sistemi frenanti.

Dopo una caratterizzazione preliminare dei componenti, essi sono stati inseriti in una formulazione commerciale e testati con diverse apparecchiature tribologiche, tra cui un tribometro Pin-on-Disc e un banco dinamometrico in scala ridotta, in grado di simulare i processi di frenata reali.

I risultati ottenuti mostrano che le pastiglie realizzate con resine benzoxaziniche garantiscono prestazioni frenanti equivalenti a quelle basate sulla tradizionale resina fenolica. In più, presentano una migliore resistenza all’usura, che si traduce in una minore emissione di particolato e in una maggiore durata del materiale d’attrito. Un aspetto di particolare rilievo dal punto di vista ambientale.

Per quanto riguarda la lolla di riso, questa non influisce in modo significativo sulle prestazioni di frenata in condizioni di utilizzo ordinario. Come prevedibile per materiali di natura lignocellulosica tuttavia, emergono alcuni limiti alle temperature più elevate, tipiche di frenate molto intense. Ciò conferma che non si tratta della soluzione ideale per applicazioni ad alte prestazioni, come quelle del settore racing.

È importante notare che tali benefici sono stati ottenuti utilizzando formulazioni relativamente semplici, il che lascia ampio margine per ulteriori miglioramenti attraverso una progettazione mirata dei monomeri.

Sviluppi futuri

La ricerca proseguirà valutando il comportamento di ulteriori tipologie di resine benzoxaziniche con l’obiettivo di ottimizzare le prestazioni frenanti, la resistenza all’usura e impatto ambientale.

Anche la lolla di riso sarà oggetto di ulteriori approfondimenti, sia in formulazioni diverse sia in combinazione con differenti materiali per i dischi freno. I primi risultati indicano un possibile utilizzo come riempitivo, ma si sta valutando anche il suo impiego come additivo funzionale, ad esempio per migliorare il comfort durante la frenata.

L’obiettivo finale è individuare alternative più sostenibili agli attuali materiali d’attrito, esplorando nuove risorse naturali. In questa direzione si inseriscono anche studi già avviati sull’impiego di gusci di conchiglie come potenziale componente per i sistemi frenanti.

La ricerca è stata condotta in collaborazione con Brembo N.V.

Fig.1: Pastiglia freno, con i due ingredienti innovativi: la lolla di riso, e la nuova resina bonzoxazinica.