Da anni in ambito nautico si sente spesso enfatizzare l’utilizzo del carbonio come una sorta di “deus ex machina” degli yacht moderni. Indubbiamente efficace su barche da regata, questa fibra vede ormai una serie di applicazioni anche a bordo di cabinati da crociera di serie. Il rapporto costi-benefici del carbonio in questo ambito è davvero vantaggioso oppure è solo un valore aggiunto non del tutto necessario?
Elegante, lucente, high-tech. La fibra di carbonio viene ormai utilizzata ampiamente nella produzione di qualsiasi oggetto in cui prevale la ricerca di grande resistenza meccanica e leggerezza. E le barche sono in cima alla lista per questa esigenza di prestazioni. E proprio in ambito nautico si sente spesso enfatizzare l’utilizzo del carbonio come una fra le più importanti peculiarità degli yacht moderni. Ma regate e competizioni a parte, dove il carbonio trova una genuina ragione d’essere, il dubbio sull’opportunità di impiegare questa preziosa fibra sulle barca da crociera di serie resta invece forte. Il rapporto costi-benefici del carbonio in questo ambito è davvero vantaggioso oppure è solo uno strumento di marketing per enfatizzare un valore aggiunto, sicuramente reale, ma non del tutto necessario? Quanta leggerezza e prestazioni si guadagnano installando tanti piccoli accessori in carbonio a bordo di un cabinato da crociera? È possibile una manutenzione amatoriale e a basso costo di questi componenti?
Cerchiamo di rispondere a queste domande spiegando nel dettaglio in cosa consiste tecnicamente questa fibra pregiata, come viene lavorata, i suoi pregi e difetti e quali possono essere le sue applicazioni realmente efficaci a bordo delle barche da crociera.
Il cantiere Freedom Yacht, pioniere del carbonio
Il carbonio è un materiale relativamente giovane. I suoi primi utilizzi in campo militare risalgono agli inizi degli Anni 60 dello scorso secolo. È stato dopo il 1992, quando l’uso del carbonio fu consentito per le barche di Coppa America, che la fibra di carbonio ha acquisito una certa popolarità. In realtà nella nautica da diporto veniva già usata da oltre un decennio. Infatti negli Anni 80 la Freedom Yacht vendeva barche da crociera di serie da 33 a 44 piedi con alberi in carbonio.
Il segreto del successo del carbonio per i Freedom Yacht, irraggiungibile da altri cantieri dell’epoca, era il prezzo contenuto delle barche dovuto alla semplicità dell’armo a Cat Ketch e Cat Schooner. L’adozione di alberi non insartiati eliminava infatti i costi di accessori quali le lande, le sartie, i tornichetti e le crocette.
Le proprietà tecniche del carbonio
In cosa consiste tecnicamente il carbonio? La fibra di carbonio è ricavata da composti. Il carbonio è ottenuto infatti in filamenti per pirolisi (scissione con calore) scaldando a 1.500 gradi sostanze con alta percentuale di carbonio. Una volta separato dagli altri elementi, il carbonio è purificato e sottoposto a trattamenti che ne aumentano la permeabilità e l’aderenza della resina con cui sarà impregnato per ottenere il composito. I filamenti sono poi raggruppati in cordoni (il cosiddetto roving) per produrre grammature e tessiture, sia allo stato puro che uniti ad altri filati nei tessuti ibridi (vetro-carbonio e carbonio-kevlar per esempio).
Il carbonio viene commercializzato in vari formati: roving, nastri, tessuti unidirezionali, fibre tagliate e macinate e così via. Le qualità tecniche della fibra di carbonio sono l’elevata rigidità, l’estrema leggerezza a parità di spessore e la grande resistenza meccanica: parliamo di un composto che nei test risulta fino a 7 volte più resistente dell’acciaio e un terzo più leggero dell’alluminio. La necessità di unire le fibre tra loro con la resina diminuisce in parte questi pregi, ma anche così le caratteristiche del carbonio rispetto ai materiali tradizionali permettono la costruzione di barche e attrezzatura tecnicamente superiori nella produzione di un composito.
Lavorazione sottovuoto e Pre Preg
Le proprietà fisiche delle fibre di carbonio cambiano con la direzione delle forze applicate. I valori di resistenza sono diversi se testati nel verso della fibra o trasversalmente a questa. Poiché l’analisi di cedimenti dei compositi in carbonio ha rilevato come causa primaria la delaminazione favorita dalla presenza di vuoti e impurità e dalla minore tenuta meccanica della matrice (la resina) rispetto alla fibra, i processi di lavorazione si sono evoluti per minimizzare questi problemi. All’impregnazione del tessuto bilanciato secco a temperatura e pressione ambiente si è aggiunto il sottovuoto che grazie alla pressione uniforme (meno di una atmosfera) sul composito elimina una parte di bolla d’aria e di eccesso di resina prima dell’indurimento. Ma non solo.
Le pressioni con impiego del sottovuoto sono aumentate fino a circa 8 atmosfere e di conseguenza è migliorata l’aderenza degli strati sovrapposti di fibre. Inoltre l’uso delle fibre Pre Peg, ossia di filamenti preimpregnati con l’esatta e uniforme quantità di resina e il trattamento termico del composito (dai 40 ai 160 gradi centigradi secondo la lavorazione) hanno esaltato le caratteristiche meccaniche di adesione della matrice e hanno portato una certa costanza di qualità. Il risultato è una produzione sempre più sofisticata di materiali affidabili.
Rottura improvvisa e rischio corrosione
Nonostante queste ottime proprietà anche il carbonio tuttavia non è esente da difetti. Per esempio il suo punto di rottura coincide quasi con il limite di snervamento. Ciò significa che prima del collasso non si manifestano segni visibili di cedimento. In pratica l’impiego della fibra pura è ideale per manufatti che richiedono elevate resistenze meccaniche, mentre per le strutture soggette a elevate flessioni, come per esempio le stecche delle vele, sono da preferire le fibre aramidiche o i tessuti ibridi carbonio-kevlar. A differenza del carbonio, duro ma fragile, le fibre aramidiche sono elastiche e in una certa misura ammortizzano i colpi violenti localizzati e le vibrazioni. Con queste fibre vengono confezionati i giubbotti antiproiettile e sono usate spesso per rinforzi di scafi a sandwich con fibra unidirezionale di carbonio.
Un altro serio problema del carbonio è la corrosione galvanica. Infatti il carbonio è un conduttore e accoppiato con altri elementi con capacità conduttiva differente, come per esempio i metalli delle viti e delle cerniere, il tutto sottoposto all’azione della salsedine, presenta un rischio di corrosione reale. Si dice che le fibre del carbonio preimpregnato vantano l’isolamento della patina di resina. In realtà basterà praticare un nuovo foro o semplicemente allargarne uno già esistente per mettere a nudo i filamenti e vanificare l’isolamento naturale. Ecco allora che la canalina della randa per esempio va fissata con colle specifiche mentre gli attacchi delle crocette delle lande sono spesso parte integrante dello stampo dell’albero di carbonio per minimizzare i fori di fissaggio della ferramenta.
Alcune aziende interpongono uno strato di vetroresina nelle zone a rischio di corrosione galvanica, come tra la ruota del timone in carbonio e il mozzo metallico. Il velista che perfora e fissa materiali metallici con altri in carbonio e viceversa dovrà sempre interporre resine, paste o diaframmi plastici isolanti tra i diversi superficie a contatto. Questo vizio però è di grande aiuto per riconoscere a colpo sicuro il vero carbonio da quello finto: un semplice controllo con il tester permette di fugare gli eventuali dubbi. Il vetro, come ben sappiamo, è un ottimo isolante, il carbonio per contro è un buon conduttore.
Barche da crociera: le applicazioni del carbonio
I prodotti nautici a base di carbonio sono molteplici: alberi, scafi, verricelli, passerelle ed elementi di interni, come i wc. La scelta del carbonio da parte dei velisti croceristi richiede però un’attenta analisi dei pro e dei contro. Vediamone alcuni.
Scafo
Innanzitutto lo scafo. Per quanto riguarda il diporto, un uso intelligente di comune fibra di vetro nei fasciami a sandwich, combinato con strutture di carbonio può essere una soluzione molto efficace. Si ottiene il massimo risultato con il minimo dispendio di risorse economiche e in termini di combustibili.
Albero
Anche l’albero in carbonio comporta molti benefici. La barca con un albero in carbonio è più stabile e sicura di una corrispettiva con l’armo in alluminio perché in alto ha un peso inferiore quindi il peso maggiore è concentrato in basso, ciò garantisce in generale migliori prestazioni. Inoltre la rigidità dell’albero in carbonio mantiene meglio la forma delle vele con risultati di performance superiori. Con onda corta di prua ad esempio mentre l’alluminio sferza per il beccheggio il carbonio non flette e la superficie velica aerodinamicamente inalterata mantiene la velocità della barca pressoché costante contribuendo alla riduzione del beccheggio dello scafo. La regolazione dell’albero e delle vele però è diversa da quella classica e richiede una certa pratica e conoscenza per essere destreggiata. Per apprezzare i vantaggi descritti è consigliabile montare all’albero solo gli accessori più leggeri disponibili sul mercato e ridurne la quantità allo stretto indispensabile. Infatti il peso complessivo di tante attrezzature può essere notevole: pensiamo alle luci di via, alle antenne, agli indicatori, al radar, ma anche i gradini per salire in testa d’albero, alle pesanti stecche in vetroresina della randa. Inoltre gli alberi in carbonio hanno rinforzi localizzati solo dove previsto che vengano ospitati degli accessori, quindi eventuali aggiunte e fori non programmati possono indebolirli.
Bompresso, tangone e bozzelli
La scelta del carbonio è consigliabile anche per il bompresso perché minimizza il peso esposto fuori a prua. Anche il tangone in carbonio diventa più maneggevole per l’equipaggio e a riposo, poggiato in coperta o rizzato a piede d’albero, aiuta a contenere i chili di troppo e a mantenere un buon assetto. Restando in coperta le guance in acciaio dei bozzelli classici, necessarie a rinforzare la struttura oggi sono sostituite da telai in fibra di carbonio. Grazie nuovi design il peso di questo indispensabile accessorio è dimezzato. Le prestazioni generali come lo scorrimento e il carico di lavoro e di rottura superiori fino al 50 per cento rispetto ai tradizionali bozzelli sono però legati più al tipo di cuscinetti, ai grilli e ai collegamenti tessili che all’involucro di carbonio.
Vele
Anche le vele non si sottraggono al richiamo della fibra hi-tech e le superfici più rigide e leggere di quelle di dacron offrono prestazioni veliche superiori: dagli angoli di bolina più stretti, alla velocità incrementata in qualsiasi andatura. Purtroppo sono vele difficili da riparare da soli e le fibre sono sensibili ai piegamenti ripetuti. Una buona manutenzione e lo stivaggio corretto della vela presso la veleria o l’adozione dell’avvolgitore dedicato sono utili precauzioni per allungare la vita della raffinata ma delicata vela.
Passerella e timone
Anche l’acquisto di una passerella in carbonio richiede qualche valutazione. Infatti a volte il peso delle ruote dei candelieri e delle ferramenta non è incluso nelle specifiche tecniche e può creare confusione durante il confronto tra due prodotti similari. Anche le ruote del timone in carbonio a vista sono esteticamente accattivanti rispetto alla pesante timoneria in acciaio. Inoltre sono piacevoli al tatto e così leggere da ridurre il momento d’inerzia e aumentare la risposta e la sensibilità del timoniere in misura proporzionale al diametro della ruota.
Interni
Una barca dal carbonio potrebbe trarre apprezzabili vantaggi anche per la costruzione di quegli elementi interni pesanti da sollevare, come per esempio i pannelli del pagliolato, il portello copri motore e il coperchio della ghiacciaia, oggetti che sono una vera minaccia per l’incolumità della testa e delle dita di chi si appresta a fare un controllo delle sentine e dei livelli dell’olio delle entrobordo o di chi cerca una birra ghiacciata tra i viveri in fresco.
Insomma i vantaggi del carbonio applicato alle barche da crociera ci sono e sono anche apprezzabili, ma bisogna valutare anche i contro. Il prezzo dei componenti innanzitutto, che nonostante si sia enormemente ridotto rispetto agli inizi è ancora molto alto. Poi bisogna considerare che i lavoretti di routine e le riparazioni ordinarie, come l’installazione di un golfare, di un passascafo, di un verricello, diventano difficili per un semplice appassionato di bricolage nautico e richiedono l’ingaggio di personale tecnico professionista. Infine nonostante le straordinarie proprietà tecniche di questa fibra, occorre valutare anche la sua fragilità, la sua scarsa resistenza ai raggi UV e il bisogno di cure speciali.
Arriva il grafene, carbonio addio?
Oggi si fa un gran parlare tra gli addetti ai lavori della nautica delle possibili applicazioni del grafene, rivoluzionario materiale derivato dalla grafite che potrebbe soppiantare il carbonio. Il grafene è stato scoperto nel 2004 ed è valso il premio Nobel nel 2010 ai fisici Andrej Gejm e Konstantin Novoselov. I suoi punti di forza sono lo spessore infinitesimale, la resistenza meccanica del diamante e la flessibilità della plastica. Inoltre è completamente trasparente, è il migliore conduttore del calore tra i materiali conosciuti, ha una conduttività elettrica uguale a quella del rame. Un metro quadrato di questo materiale teso su due lati sopporta un peso di 4 chilogrammi, pur pesando meno di un mg. Le sue applicazioni possibili nella nautica sono già innumerevoli: si va da batterie leggerissime che quasi non necessitano ricarica a pannelli solari quasi invisibili; da vele leggerissime e super resistenti a desalinizzatori ultrapotenti e minuscoli. Vedremo…
