Come i progressi dei materiali hanno migliorato le guarnizioni e aumentato la durata utile delle guarnizioni

Aaron Larson

La maggior parte delle persone probabilmente non pensa molto spesso alle guarnizioni. Tuttavia, raccolgono i benefici forniti dalle guarnizioni ogni giorno della loro vita. Dall’elettricità che utilizzano – prodotta da centrali elettriche che hanno letteralmente migliaia di guarnizioni installate – alle auto che guidano e all’acqua corrente che bevono e in cui si bagnano, le guarnizioni supportano quasi ogni aspetto della vita moderna.

Il termine guarnizione può essere definito come un materiale o una combinazione di materiali fissati tra due pezzi separabili di un giunto meccanico, come una valvola o una flangia di un tubo. La sua funzione è quella di creare un sigillo tra i pezzi e mantenerlo per un lungo periodo di tempo. Francamente, senza guarnizioni, la maggior parte delle apparecchiature non potrebbe funzionare, almeno non per molto. Ogni sistema che contiene un liquido o un gas richiede guarnizioni e le guarnizioni sono uno dei principali prodotti utilizzati per mantenere i fluidi all'interno e gli agenti contaminanti all'esterno.

Nel libro Gaskets and Gasketed Joints, edito da John H. Bickford e pubblicato nel 1998 da CRC Press (un marchio di Taylor & Francis Group), Daniel E. Czernik ha fornito una breve storia delle guarnizioni. Scrisse: "Le guarnizioni sono state utilizzate dall'avvento della rivoluzione industriale attraverso il periodo della macchina a vapore e dall'inizio dell'evoluzione del motore a combustione interna. Dall'avvento del motore a combustione interna, quasi ogni materiale immaginabile, da estremamente duro a estremamente morbido, è stato (e viene tuttora) utilizzato per guarnizioni, tra cui pelle, carta, metallo, sughero, gomma, spugna e plastica."

A metà del 1800, lo sviluppo della vulcanizzazione permise alla gomma di diventare un materiale comune per le guarnizioni. All'inizio del 1900 (Figura 1), la proliferazione dell'uso dell'amianto in prodotti di tutti i tipi si estese alle guarnizioni, poiché il materiale era altamente resistente al calore, all'usura, agli alcali e agli acidi, oltre ad avere una grande flessibilità: tutto proprietà desiderabili per sistemi di tenuta di lunga durata.

Czernik ha raccontato un aneddoto interessante nella sua storia delle guarnizioni. Ha spiegato che il guasto delle guarnizioni, in particolare delle guarnizioni della testata del motore, era spesso la causa delle auto da corsa che non finivano la 500 Miglia di Indianapolis negli anni '20 e '30. "Dopo un paio di centinaia di miglia, la pista è diventata così scivolosa a causa della perdita d'olio che i conducenti hanno avuto la sensazione di guidare sul ghiaccio", ha scritto.

Oggi le guarnizioni del motore sono estremamente affidabili. Molti proprietari di automobili non hanno mai subito un guasto alla guarnizione della testata, alcuni dopo decenni di guida. In effetti, non è raro che un motore diesel per carichi pesanti in un semirimorchio percorra più di un milione di miglia prima di richiedere la sostituzione della guarnizione della testata. Sulla base di un'operazione impressionante come questa, è ovvio che anni di ricerca e sviluppo hanno dato i loro frutti in guarnizioni molto migliori.

Czernik ha osservato che il sughero è stato uno dei primi materiali utilizzati nelle guarnizioni. Nel corso degli anni, il sughero è stato combinato con i polimeri per creare compositi che fornissero una migliore tenuta. La carta è stato un altro materiale comune utilizzato nelle guarnizioni. Le fibre utilizzate nelle guarnizioni di carta sono comunemente cellulosa. Nel corso del tempo, i produttori hanno migliorato le guarnizioni di carta saturando le fibre con glicerina e colla animale, trattando la miscela con formaldeide e asciugandola in forno. Il prodotto, noto come "fibra trattata", è ancora oggi ampiamente utilizzato.

Jörg Latte, un altro collaboratore di Gaskets and Gasketed Joints, ha scritto nel libro: "Le guarnizioni piatte per l'industria nel senso moderno del termine furono inventate dall'ingegnere austriaco Richard Klinger circa 100 anni fa [vedi riquadro], a base di amianto e gomma. A causa della loro successo, questi primi prodotti attirarono numerosi imitatori e presto furono disponibili molti materiali di varie qualità."

Latte ha suggerito che il gran numero di opzioni disponibili creava confusione, cosa che ha portato alcuni inventori a cercare "una guarnizione universale adatta a tutte le applicazioni". Tuttavia, ha spiegato Latte, "tali guarnizioni non esistono e non possono esistere". Piuttosto, ha suggerito che l’obiettivo di sviluppare una guarnizione universale può essere raggiunto solo marginalmente aumentando le gamme di applicazione dei materiali delle guarnizioni.