Poliuretani strutturali – Il gold standard per la costruzione di imbarcazioni con materiali compositi

La costruzione di imbarcazioni con materiali compositi fa sempre più affidamento sull’incollaggio strutturale per giunzioni primarie quali longheroni, paratie e giunzioni scafo-coperta, poiché questa tecnologia consente una produzione più rapida e pulita, con una migliore tolleranza al danneggiamento rispetto alle giunzioni esclusivamente laminate o fissate meccanicamente.
Sebbene gli adesivi MMA siano spesso sovra-specificati per via della loro elevata resistenza meccanica, questo articolo sostiene che i poliuretani strutturali offrano, per la maggior parte delle applicazioni in ambito nautico, un equilibrio superiore tra resistenza, elasticità, processabilità ed efficienza dei costi. Una resistenza eccessiva, non accompagnata da un’adeguata considerazione del comportamento sotto carico, della generazione di calore e delle realtà produttive, può aumentare il rischio anziché ridurlo.

RUOLO DELL’INCOLLAGGIO CON ADESIVI NEGLI SCAFI IN COMPOSITO
La costruzione di imbarcazioni in vetroresina (GRP) viene generalmente eseguita stampando separatamente scafo e coperta, per poi unirli successivamente. Parallelamente, la struttura interna (longheroni, madieri e paratie) viene incollata con adesivi allo scafo già polimerizzato.
Questo approccio evita la foratura dei laminati per l’inserimento di fissaggi meccanici, preservando la continuità delle fibre, migliorando la resistenza alla fatica dei materiali e semplificando la sigillatura dei giunti critici.
Funzioni principali dei giunti incollati strutturalmente:
• Trasferire i carichi globali tra scafo, coperta e griglia strutturale interna senza concentrazioni di tensione dovute a bulloni o viti.
• Compensare giochi e tolleranze di stampaggio grazie alla capacità di riempimento del giunto, in particolare nei punti di appoggio dei longheroni e nelle flange delle paratie.
• Migliorare lo smorzamento acustico e il comportamento alle vibrazioni rispetto al solo rinforzo mediante fasciature rigide.

ADESIVI STRUTTURALI COMUNI NELLA COSTRUZIONE DI BARCHE IN COMPOSITO
Adesivi strutturali MMA
Gli adesivi MMA (metacrilati strutturali) sono diventati uno standard in molti cantieri nautici per lavorare con i materiali compositi, poiché combinano un’elevata resistenza a taglio in aggiunta ad una utile flessibilità e ad un’ottima adesione su laminati poliestere e vinilestere già polimerizzati, con una preparazione superficiale minima. Offrono tempi di reticolazione rapidi e buone capacità di riempimento, caratteristiche apprezzate per l’incollaggio di longheroni, paratie e giunzioni scafo-coperta, dove il tempo di ciclo in produzione è critico.
Tuttavia, gli MMA generano una significativa reazione esotermica nei giunti di grande spessore, che può causare deformazioni superficiali o la trasparenza della linea di incollaggio, soprattutto su pelli sottili e gelcoat. Inoltre, il forte odore e le emissioni di VOC comportano maggiori requisiti di ventilazione e sicurezza (HSE) negli ambienti di produzione in ambiente chiuso. Questi fattori possono limitare la dimensione del cordolo o richiedere applicazioni in più fasi su imbarcazioni di grandi dimensioni, aumentando la complessità nei contesti di produzione ad alto volume.

Adesivi poliuretanici strutturali
Gli adesivi poliuretani strutturali offrono una combinazione di flessibilità, resistenza agli urti e resistenza strutturale particolarmente adatta ai carichi dinamici tipici dell’ambiente marino e ad incollaggi tra materiali dissimili. La loro minore densità di reticolazione rispetto agli acrilici rigidi e agli adesivi epossidici consente di assorbire i movimenti differenziali tra scafo, coperta, anime e struttura interna senza fessurazioni, aspetto particolarmente vantaggioso nelle lunghe giunzioni scafo-coperta e nei grandi giunti a T delle paratie.
Dal punto di vista del processo, i poliuretani bicomponenti, come SikaForce®-436, sono disponibili con tempi aperti e viscosità personalizzate e risultano ideali per l’impiego con sistemi di dosaggio, miscelazione e applicazione (meter-mix-dispense) in produzioni ad alto volume e con elevata ripetibilità per l’incollaggio di longheroni e griglie strutturali.
SikaForce®-436 è un sistema adesivo per ambienti nautici approvato IMO, RINA e BV, caratterizzato da basso odore e ridotta esotermia nelle sezioni spesse, riducendo il rischio di difetti indotti dal calore quali la trasparenza del gelcoat, la marcatura della linea di incollaggio e deformazioni locali o fessurazioni delle pelli sottili.

LA RESISTENZA NON EQUIVALE ALLA SICUREZZA STRUTTURALE
Un errore comune nella progettazione in ambito nautico è ritenere che una maggiore resistenza dell’adesivo corrisponda automaticamente a una struttura più sicura. Gli scafi in composito sono flessibili e soggetti a carichi dinamici e ciclici; una corretta distribuzione delle tensioni è quindi essenziale per la durabilità a lungo termine.
Quando i giunti adesivi sono eccessivamente rigidi, i carichi vengono trasferiti direttamente al laminato circostante, aumentando il rischio di formazione di crepe sui bordi e riducendo il numero di cicli di carico ripetuti. In molti casi, gli adesivi MMA superano la resistenza del composito stesso, spostando il meccanismo di cedimento dalla linea di incollaggio al laminato.
Sebbene gli MMA siano spesso giustificati da prestazioni di laboratorio mpressionanti, le condizioni reali di produzione evidenziano importanti svantaggi: odore intenso, tempi di lavorazione ristretti, maggiori requisiti di salute e sicurezza e un rischio più elevato di scarti e rilavorazioni. Nella costruzione di imbarcazioni in serie, la robustezza del processo e la ripetibilità risultano spesso più importanti di marginali incrementi della resistenza finale. Gli MMA possono essere appropriati per l’incollaggio di substrati con materiali non simili tra loro, giunti sottili controllati o rinforzi localizzati.
Tuttavia, la loro specifica indiscriminata per l’incollaggio strutturale di imbarcazioni in composito è raramente giustificata sia dal punto di vista tecnico che economico.

VANTAGGI DEI POLIURETANI STRUTTURALI PER UNA PRODUZIONE ECONOMICAMENTE EFFICIENTE
Migliore applicazione e ambiente di lavoro La reologia e il profilo di reticolazione degli adesivi poliuretanici supportano applicazioni continue ad alto volume con pistole ad uso manuale o robotizzate, a dosaggio e miscelazione, consentendo la deposizione di lunghi cordoli continui per longheroni, paratie e giunzioni scafo-coperta senza frequenti sostituzioni delle cartucce.
Gli sviluppi più recenti, come la tecnologia ‘Cure by Design’ di Sika, permettono di superare i limiti tradizionali ottimizzando ulteriormente la combinazione tra un lungo periodo di tempo di lavorabilità e rapida reticolazione dell’adesivo.
• Tempi di adesivazione più rapidi, con meno interruzioni dovute al cambio adesivo o ai cicli di ventilazione legati agli odori.
• Minore esotermia e riduzione delle rilavorazioni estetiche.
Poiché i poliuretani sviluppano generalmente picchi esotermici inferiori rispetto agli MMA rapidi o alle paste poliestere caricate in modo importante, essi riducono i gradienti termici e il ritiro dell’adesivo quando il giunto è più spesso.
Ciò limita la visibilità della linea di incollaggio, la stampa sul gelcoat e le deformazioni nelle parti superiori delle imbarcazioni e dei deck, che rappresentano cause frequenti di rilavorazioni estetiche e reclami in garanzia.
La riduzione dei danni indotti dal calore comporta:
• Minori interventi di stuccatura e verniciatura post-reticolazione per mascherare le marcature in corrispondenza di longheroni e paratie.
• Ridotto rischio di micro-fessurazioni e di crazing a lungo termine nelle giunzioni scafo-coperta esposte a irraggiamento solare e cicli termici.

PRESTAZIONI STRUTTURALI E COSTO DEL CICLO DI VITA
La combinazione di forte adesione, tenacità e flessibilità conferisce ai giunti incollati con poliuretano, prestazioni a fatica superiori sotto le flessioni dello scafo indotte dalle onde e i carichi di impatto (slamming), in particolare nelle zone di transizione tra paratie rigide e pannelli di scafo relativamente flessibili.
Riducendo l’innesco e la propagazione delle crepe, questi giunti contribuiscono a mantenere rigidezza e allineamento per tutta la vita dell’imbarcazione, diminuendo la probabilità di riparazioni strutturali o di costose rilaminazioni.
Se si considerano i costi di manodopera, rilavorazione, ventilazione e garanzia, i sistemi poliuretanici strutturali possono offrire al cantiere un costo totale di proprietà inferiore rispetto alle alternative, anche qualora il costo unitario del materiale per chilogrammo sia superiore a quello delle paste poliestere e comparabile a quello degli MMA.
Tuttavia, la ricerca indiscriminata della massima resistenza ha portato a una sovra-specifica degli adesivi MMA. Per le imbarcazioni in composito prodotte in serie, l’equilibrio tra efficienza applicativa, stabilità estetica e prestazioni che durino nel tempo rende i poliuretani strutturali una scelta particolarmente valida per l’incollaggio di longheroni, paratie e giunzioni scafo-coperta.