Perché le ruote per carrelli in poliuretano offrono prestazioni superiori rispetto a quelle in nylon negli ambienti sensibili al rumore, come le biblioteche?

La scienza dei materiali che determina effettivamente il rumore delle ruote per carrelli

Il rumore di rotolamento delle ruote per carrelli non è casuale. Deriva da due interazioni a livello fisico: la differenza di durezza tra il materiale della ruota e la superficie del pavimento, e la capacità di smorzamento del composto stesso della ruota. I materiali più duri trasmettono efficacemente le vibrazioni, il che significa che le irregolarità della superficie, le giunzioni del pavimento e persino i piccoli detriti presenti sotto la ruota vengono convertiti direttamente in rumore d’urto udibile. I materiali più morbidi assorbono tale energia prima che si trasformi in suono.

Il nylon presenta una durezza di circa 80–85 sulla scala Shore D. Le ruote per carrelli in poliuretano rientrano tipicamente nella fascia 85–95 sulla scala Shore A, risultando quindi significativamente più morbide pur mantenendo un’elevata capacità di carico. Questa differenza di durezza costituisce il motivo principale per cui il poliuretano rotola in modo più silenzioso, ma non è l’intera storia.

Come il poliuretano assorbe l’urto nella zona di contatto

La zona di contatto è dove avviene tutta l'azione acustica. Quando una ruota rotola su una soglia, su un giunto tra due piastrelle del pavimento o su un piccolo granello di sporco, il materiale della ruota si deforma momentaneamente per poi ripristinare la forma originale. Nel poliuretano, questo ciclo di deformazione dissipa energia sotto forma di attrito molecolare interno anziché trasmetterla all'esterno come vibrazione. Questa proprietà è chiamata smorzamento isteretico e il poliuretano ne possiede una quantità significativamente maggiore rispetto al nylon.

Una conseguenza pratica: una ruota in nylon che urta un giunto del pavimento di 1 mm genera un clic acuto che si propaga attraverso il telaio del carrello e nell’aria circostante. Una ruota in poliuretano che supera lo stesso giunto produce un tonfo ovattato che spesso rimane al di sotto della soglia di percezione in un ambiente silenzioso. Test acustici citati nella letteratura tecnica dell’Associazione dei Produttori di Ruote e Caster (CWMA) hanno documentato riduzioni del rumore comprese tra 8 e 15 dB tra ruote in termoplastici rigidi e le corrispondenti ruote in poliuretano, su superfici pavimentali confrontabili.

Protezione del pavimento come effetto acustico collaterale

Esiste un beneficio meccanico correlato degno di nota. La stessa deformazione che rende il poliuretano silenzioso distribuisce inoltre il carico in modo più uniforme sull’area di contatto, riducendo la pressione massima sulla superficie del pavimento. Il nylon concentra la forza su un’area di contatto più ristretta perché non si deforma, generando sia un rumore maggiore sia un rischio accresciuto di graffi o ammaccature su pavimenti più morbidi.

Il nylon conserva comunque vantaggi in ambienti con oli, solventi o alte temperature, dove il poliuretano può ammorbidirsi o rigonfiarsi. Questo compromesso è importante da conoscere: il poliuretano non è una soluzione universale.

Un passaggio reale dal nylon al poliuretano

Durante un aggiornamento delle attrezzature presso una biblioteca universitaria nella Cina centrale, il team degli acquisti aveva inizialmente scelto carrelli per libri con ruote in nylon a causa del loro costo unitario inferiore. Dopo l’installazione, i reclami del personale delle sale lettura riguardo al rumore prodotto dai carrelli durante le operazioni di ricollocazione dei libri hanno indotto a una revisione del materiale utilizzato. Test sul rumore di rotolamento effettuati sulle pavimentazioni in calcestruzzo rivestite con resina epossidica dell’edificio hanno rivelato che le ruote in nylon generavano un livello sonoro medio compreso tra 62 e 65 dB a una distanza di 3 metri durante il normale movimento dei carrelli. L’impiego di ruote in poliuretano sui medesimi telai ha ridotto tale valore a 51–54 dB nelle stesse condizioni, con una diminuzione di circa 10 dB, corrispondente a una percezione di dimezzamento della rumorosità.

L'adozione di questo tipo di ruota ha inoltre eliminato le abrasioni che comparivano sulla finitura superficiale del pavimento, un ulteriore vantaggio in termini di manutenzione non previsto nell’analisi iniziale.

Adattamento della formulazione in poliuretano all’applicazione specifica

Non tutti i pattini in poliuretano sono identici. La durezza Shore, la chimica del poliuretano (base polietere rispetto a base poliestere) e il materiale del nucleo influenzano tutte le prestazioni di un pattino in servizio.

1. Le formulazioni con durezza Shore A 85–90 offrono l’attenuazione acustica migliore per scaffalature mobili e carrelli destinati a usi leggeri.

2. Le opzioni con durezza Shore A 92–95 sacrificano parzialmente l’attenuazione delle vibrazioni in cambio di una maggiore capacità di carico, risultando adatte per attrezzature più pesanti da spostare su ruote.

3. Il poliuretano a base polietere resiste meglio all’idrolisi negli ambienti di stoccaggio umidi.

4. Il poliuretano a base poliestere sopporta carichi statici più elevati con minore deformazione nel tempo.

Anche il materiale del nucleo del pattino è determinante: un pattino in poliuretano con nucleo in acciaio trasmette più vibrazioni attraverso il mozzo e la staffa rispetto a una versione con nucleo in nylon, anche qualora i composti della fascia di scorrimento siano identici.

Quando il poliuretano rappresenta una scelta pratica oltre che per l’isolamento acustico

L’argomentazione acustica è chiara, ma le ruote in poliuretano offrono anche altre caratteristiche che ne estendono l’utilità ben oltre gli ambienti sensibili al rumore. La loro aderenza su piastrelle lisce e calcestruzzo levigato riduce il deragliamento dei carrelli su pavimenti inclinati. La loro elasticità fornisce un certo assorbimento degli urti in strutture dove le attrezzature vengono spostate frequentemente tramite ascensori di servizio con soglie irregolari.

Il limite da tenere presente riguarda la resistenza chimica. Le ruote in poliuretano non devono essere specificate per ambienti con esposizione regolare a solventi aromatici, composti clorurati o temperature prolungate superiori a 80 gradi Celsius, dove il nylon o altri polimeri ingegnerizzati offrono prestazioni più affidabili.

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