Su alcune vetture sportive prodotte dalla Ford negli U.S.A. viene montato un collettore d'aspirazione di nuovo tipo stampato ad iniezione, sviluppato in Francia da Rhodia Engineering Plastics e Mark IV Automotive. Si tratta di un componente considerevolmente meno costoso rispetto ad analoghi collettori in plastica, che consente di migliorare le prestazioni del motore.

Alla fine del 2001 sulla maggior parte delle automobili prodotte in Europa verranno utilizzati in media 100kg di plastica, con una domanda complessiva annua di circa 1,5 milioni di tonnellate di materie plastiche provenienti dall'industria europea dell'automobile. Una delle materie plastiche più utilizzate è il poliammide che, grazie all'elevato livello di resistenza termica e meccanica, risulta particolarmente adatto per la componentistica interna e per gli organi meccanici interni ed esterni, quali leve del freno a mano e dei pedali e la scocca degli specchietti retrovisori.
I principali componenti interni in poliammide sono i copritestata, i collettori d'aspirazione ed alcuni particolari del circuito di raffreddamento. Si calcola che per la realizzazione di questi componenti il consumo di poliammide nell'America del Nord e in Europa sia attualmente di 10kg per veicolo.
Nel 1998 i collettori d'aspirazione, rispetto al complesso della componentistica in plastica interna, hanno fatto registrare un volume di 30.000 tonnellate, pari al 70% in Europa e al 25% nell'America del Nord. Nel 2003 il mercato mondiale dovrebbe raggiungere le 60.000 tonnellate, con l'80% di quota di mercato dei polimeri nell'America del Nord.

La nuova tecnologia
La collaborazione fra Rhodia, azienda chimica specializzata nella produzione di tecnopolimeri a base poliammidica, e Mark IV, casa produttrice di sistemi e componenti auto di qualità, particolarmente specializzata in collettori d'aspirazione e sistemi di raffreddamento motore, ha portato allo sviluppo di un nuovo collettore d'aspirazione in poliammide utilizzato nell'America del Nord su auto sportive Ford, Ranger ed Explorer.
Questo nuovo collettore d'aspirazione (Fig. 4), realizzato in poliammide rinforzato con fibra di vetro, non viene più prodotto secondo la tecnologia a nucleo perduto fino ad ora utilizzata per i collettori in poliammide per la Ford, ma con un procedimento molto più semplice. Le due metà del collettore vengono adesso prodotte contemporaneamente con lo stesso stampo secondo i classici principi di stampaggio per iniezione e quindi assemblate mediante vibrosaldatura.
Una volta assemblato, il collettore d'aspirazione, pitturato in nero, pesa 3,1kg. Stampato con il Technyl A218V35 di Rhodia, rinforzato con il 35% di fibra di vetro, il collettore finito risulta notevolmente meno costoso rispetto all'omologo componente a nucleo perduto.
I risparmi dipendono non solo dall'impiego delle tecniche di stampaggio per iniezione e della vibrosaldatura, ma anche da alcune innovazioni progettuali del componente. Il collettore è dotato di punti di fissaggio di altri componenti, come il corpo valvola a farfalla, la valvola del minimo, la ventilazione meccanica del carter (PVC) e la valvola di ricircolo dei gas di scarico (EGR), che consentono di snellire il processo d'assemblaggio del motore completo. La corretta progettazione della valvola EGR garantisce una portata d'aria bilanciata all'interno del collettore. Inoltre, nonostante la temperatura di 550°C raggiunta dal gas di scarico, il collettore in poliammide non subisce alcuna conseguenza anche in presenza d'un ricircolo di gas dell'ordine del 15%.

I risultati
Mark IV Automotive e Rhodia Engineering Plastics hanno condotto una serie di verifiche sul collettore in poliammide Technyl. I risultati hanno confermato che il poliammide Technyl era il materiale più adatto per i collettori d'aspirazione. Buone prestazioni globali sono garantite per tutta la vita del veicolo e la trasmissione del rumore all'esterno è mantenuta ad un livello ridotto.
Utilizzando il banco di prova EGR di Rhodia, è stato possibile stabilire la temperatura ottimale nei tubi del collettore, al fine di garantire le migliori prestazioni del motore. Altre verifiche condotte sul collettore hanno avuto per oggetto l'invecchiamento alla temperatura e le misura di fatica da esposizione a sollecitazioni elettrodinamiche e perdite di pressione.
Nelle fasi iniziali della progettazione, i tecnici CAD di Rhodia hanno raccomandato d'aumentare la rigidità del collettore mediante nervature supplementari. Ciò ha consentito una maggiore tolleranza dei collettori alla pressione di rottura prodotta dai ritorni di fiamma del motore. Il componente di nuova concezione è in grado di resistere senza problemi alla pressione massima di 10 bar (Fig. 1).
I tecnici Rodia, con la supervisione di Mark IV, hanno proceduto anche alla valutazione reologica della capacità di portata del poliammide Technyl rinforzato con fibra di vetro sul prototipo di stampo del collettore, la quale ha garantito che non vi saranno deformazioni dei componenti stampati né fragilità strutturali dovute alla formazione di linee di risaldatura durante il riempimento dello stampo (Fig. 2)
Il comportamento acustico del collettore è stato migliorato sulla base dei test di rumorosità e vibrazioni (NVH) condotti da Rhodia. Sulla scorta dell'analisi dei risultati per il primo prototipo, i tecnici Mark IV hanno deciso d'aumentare lo spessore del corpo principale del collettore. Le migliorie apportate al comportamento acustico sono risultate pari a 2db (Fig 3).

La collaborazione
Rhodia Engineering Plastics, attiva in America (del Nord e del Sud), Europa ed Asia, risponde alla crescente domanda di prodotti in poliammide con risorse tecniche e produttive. Nell'ambito della ricerca di nuove soluzioni per il settore automotive, Rhodia ha stipulato un accordo progettuale e produttivo con Mark IV Automotive per la messa a punto del nuovo collettore d'aspirazione per la Ford Motor. Il centro tecnico-operativo di stampaggio per iniezione Mark IV Automotive di Orbey, Francia, ha collaborato attivamente per la realizzazione di questo progetto.
Il programma seguito con Mark IV Automotive è indicativo dell'approccio adottato da Rhodia Engineering Plastics sul versante delle collaborazioni industriali. Mentre la casa produttrice di accessori, nella fattispecie Mark IV, si fa carico della progettazione del sistema e della produzione del componente, dell'ottimizzazione dei processi e del coordinamento del progetto, Rhodia fornisce l'assistenza tecnica, le competenze CAD e di test, oltre ad innovativi strumenti di progettazione, come i banchi di prova dei ritorni di fiamma e dei gas di scarico, e le risorse del suo centro NVH.
Una volta saldate assieme le scocche a cura di Mark IV, il prodotto finito viene trasportato dalla Francia allo stabilimento di Visteon in Ungheria, nel quale vengono assemblate con il corpo valvola a farfalla. I collettori d'aspirazione vengono quindi trasportati allo stabilimento Ford di Colonia, in Germania, nel quale i motori vengono assemblati prima di essere trasportati negli USA.