TELAIO DI BICICLETTA (acciaio/fibra di carbonio)

TELAI DI BICICLETTE

MATERIALI:FIBRE DI CARBONIO, ACCIAIO

ACCIAIO:

Si tratta di una lega di ferro e carbonio. È in acciaio che sono stati costruiti i telai delle biciclette moderne.

I vantaggi di questo materiale sono l’elevata resistenza a fatica unita a un carico di rottura che viene superato solo da alcuni materiali compositi. L’acciaio, così com’è definito, è costituito da una lega di ferro-carbonio con un’aggiunta di elementi quali nichel, manganese, cromo, molibdeno e altri che ne modificano le caratteristiche meccaniche a seconda dell’utilizzo e del prodotto che si vuole realizzare.

L’acciaio viene apprezzato per la sua estrema resistenza (le migliori leghe possono arrivare a 1.200 Newton su millimetro quadrato per la resistenza allo snervamento) ma anche buona elasticità che gli permette di assorbire bene le vibrazioni pur mantenendo una buona rigidità. L’allungamento percentuale può infatti superare il 12 per cento. Viste le caratteristiche meccaniche del materiale, le tubazioni che ne derivano hanno diametri ridotti rispetto ad altri materiali. Solo sull’obliquo può essere facile trovare diametri che superino i trenta millimetri.

I tubi di alta gamma sono caratterizzati da spessori ad andamento variabile per consentire di togliere peso là dove la sezione non è particolarmente sollecitata. E’ così che in corrispondenza delle zone di saldatura lo spessore può arrivare a sfiorare il millimetro mentre nelle zone centrali scende facilmente al di sotto del mezzo millimetro (attualmente lo spessore minimo registrato è di 0,38 mm). Uno dei punti deboli dell’acciaio è la corrosione. I fenomeni ossidativi sono comunque tenuti a bada molto bene dai trattamenti che vengono effettuati sulle tubazioni e sui telai al termine della lavorazione. I telai vengono infatti messi in un bagno protettivo che fissa sull’acciaio materiali di vario genere che lo isolano dall’azione devastante dell’umidità. Una cura attenta da parte dell’utente è sempre utile e può rendere il telaio praticamente immortale.

FIBRA DI CARBONIO

Tanto per cominciare la fibra di carbonio è un materiale anisotropo. Vuol dire che ha un comportamento differente a seconda delle linee di forza che vengono considerate. Anche con i metalli si può arrivare ad una cera anisotropia, ma solo lavorandoli con forme particolari (ad esempio prevedendo delle nervature), un tubo di carbonio, invece, può essere perfettamente tondo e con spessori identici su tutta la sua struttura ma avere resistenze diverse a seconda di come lo si solleciti. Questo perché la fibra di carbonio è un materiale composito, ossia un intreccio di fibre opportunamente orientate.

ESISTONO DIVERSI TIPI DI INTRECCI

Per la realizzazione di una buona struttura in fibra è infatti necessaria un’accurata progettazione della sovrapposizione delle tele (pelli) in fibra di carbonio, in modo da orientare i fili di fibra per resistere adeguatamente a seconda del senso di applicazione della forza. I fabbricanti più scrupolosi arrivano a sovrapporre anche dodici pelli in corrispondenza della scatola del movimento centrale per ottenere il giusto grado di resistenza.

Nella realizzazione di telai in fibra di carbonio ci sono due possibilità.

La prima prevede l’assemblaggio di tubi o parti costruite in precedenza. Sono quelli che vengono definiti telai FULL CARBON. Si tratta del metodo che consente maggiore libertà di movimento in fatto di telai su misura. Con l’altro sistema, la realizzazione di telai in MONOSCOCCA, è necessario costruire uno stampo per ogni misura. Visti i costi molto elevati per ogni stampo è necessario limitarsi a misure ben definite. Una buona soluzione è l’assemblaggio dei tubi tramite congiunzioni in fibra. L’unione tramite resine epossidiche porta alla produzione di una struttura molto simile, dal punto di vista meccanico, ad una in monoscocca.

Produzione della struttura in fibra

La base di partenza è il filamento di carbonio che può essere di vario spessore ma sempre piuttosto sottile. Così semplice come viene prodotto il filo di carbonio è flessibile e morbido come fosse nylon e per ottenere una struttura efficace si deve prima preparare un intreccio di filamenti simile a quello delle sedie impagliate.Si viene ad avere così quella che in gergo viene definita pelle di carbonio, un tessuto fatto da filamenti intrecciati in maniere differenti ma ancora morbidi come un tessuto.A questo punto si è pronti per il lavoro finale.                   Le pelli di carbonio vengono posizionate nello stampo che darà la forma definitiva. Non importa che sia lo stampo di un tubo o di un telaio intero, il procedimento, di fatto, non cambia. Il posizionamento delle pelli è però molto importante perché darà le caratteristiche meccaniche alla struttura in carbonio che si sta realizzando. Le pelli vengono sovrapposte in modo da orientare più filamenti lungo le linee di sollecitazione. Nello stampo insieme ai vari strati di fibra viene anche inserita della resina epossidica. Si tratta di un collante liquido e appiccicoso che lega le fibre. Una volta chiuso lo stampo avviene l’indurimento della resina e delle fibre al suo interno. Per causare questo lo stampo viene immesso in un’autoclave dove alta temperatura e pressione fanno solidificare le fibre spingendo la struttura lungo le pareti dello stampo. Più elevata sarà la pressione interna cui vengono sottoposte la fibra di carbonio e la resina e migliore sarà il risultato finale. Maggiore è la pressione e minore aria resterà all’interno del composito. Le lavorazioni migliori sono a sei, sette atmosfere e sono apprezzabili per la struttura pulita, liscia e regolare che evidenziano una volta terminata la lavorazione. A pressioni basse il risultato può essere ugualmente efficace in termini meccanici (dipende sempre dal tipo di fibra e dalle pelli utilizzate) ma spesso si deve ricorrere a stuccature per rendere liscia la superficie che poi deve essere necessairamente sottoposto a vernciatura.

SCHEMA RIASSUNTIVO

ACCIAIO

Caratterisiche materiale:

Lega di ferro e carbonio

-elevata resistenza alla fatica

e ad un alto carico di rottura.

-materiale morbido ed elastico,

attutisce meglio le vibrazioni.

-tubolari di diverso diametro che

variano da 1 mm nella parti di saldate

fino a 0.38 mm nelle parti  centrali.

-svantaggio: corrosione

-pesante

Tecnologie:

-estrusione a mandrino

-elettrosaldatura.

FIBRA DI CARBONIO

Caratteristiche materiale:

-fibra sottile morbida e flessibile come

il nylon che viene tessuta con intrecci

particolari, mantenendo però le stesse

caratteristiche di un tessuto.

-fibra anisotropa

-permette di ottenere tubolari perfettamente

tondi e con spessore identico su tutta la struttura.

-fragile all’impatto,crepe.

Tecnologie:

-stampaggio full carbon

-incollaggio  monoscocca.

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