Fibra di carbonio 101: come le bici sono fatte e riparate

Il ciclismo è ossessionato dalla fibra di carbonio. Il carbonio viene utilizzato per costruire telai, ruote e componenti. Lo si può trovare su tutto, dalle biciclette entry-level alle corse halo appena raggiungibili.

Se hai passato del tempo a parlare con qualsiasi ciclista supponente, hai indubbiamente sentito un sacco di aneddoti, barzellette, preoccupazioni e critiche sul carbonio come materiale. I miti e le storie potrebbero causare alcuni piloti a chiedersi perché il carbonio è così popolare e perché vale la pena considerare quando lo shopping per una nuova moto.

Brady Kappius di Broken Carbon e Kappius Components

Per saperne di più, abbiamo parlato con l’esperto in fibra di carbonio, Brady Kappius. Egli è il fondatore di Broken Carbon, un negozio di riparazione di biciclette in fibra di carbonio premier a Boulder, Colorado. Kappius e il suo team hanno riparato con successo oltre 4.500 telai di bici in carbonio, e capiscono il materiale dentro e fuori. Proprio così, nonostante quello che potresti aver sentito, la fibra di carbonio può essere riparata. Abbiamo parlato con Kappius e ha aiutato a far luce su come funziona la fibra di carbonio, perché è così popolare nel ciclismo e come il carbonio può essere riparato quando si rompe.

Perché costruire biciclette in fibra di carbonio?

C’è un motivo per cui molte biciclette moderne sono fatte di carbonio. La fibra di carbonio ha alcune proprietà vantaggiose rispetto a metalli come acciaio, alluminio e persino titanio.

Brady Kappius: “Rispetto ad altri materiali, la fibra di carbonio è uno dei più recenti nel settore del ciclismo. La tecnologia che ha portato la fibra di carbonio alle biciclette è venuta davvero dall’industria aerospaziale. Non hai davvero iniziato a vedere le bici in carbonio decollare nel mercato consumer fino ai primi anni ‘ 90.

“La cosa unica della fibra di carbonio è che è molto leggera, ma è anche resistente. Puoi fare una bici molto, molto forte in fibra di carbonio. Un enorme vantaggio è che il materiale può essere progettato per agire in modo diverso in direzioni diverse. È possibile progettare un telaio in carbonio per essere rigido in una direzione specifica, o rigido torsionalmente, pur avendo conformità in una direzione diversa. La direzione di orientare le fibre determinerà le caratteristiche di un telaio o componente.

“In fibra di carbonio è abbastanza unico in questo modo. Se fai una bici in alluminio, ad esempio, puoi giocare con lo spessore e il diametro del tubo, ma non molto altro. Qualunque siano le proprietà del tubo di alluminio è praticamente tutto quello che otterrai. Con il carbonio, gli ingegneri e i produttori possono davvero controllare le proprietà del materiale e dare diversi livelli di rigidità e resistenza in diverse aree. Inoltre, l’alluminio ha quello che viene chiamato un limite di resistenza. Non ha una vita infinita di fatica nelle condizioni di carico normali. Il carbonio ha una vita a fatica quasi infinita.

” Le proprietà del carbonio consentono ad una bici di essere più leggera. Diciamo che una particolare area di una bici non vede molto stress. Così, invece di dover utilizzare un tubo continuo che è X-spessore tutto il percorso attraverso, è possibile controllare con precisione quanta fibra è collocato in alcune aree specifiche dove i carichi sono meno e concentrarsi di più dove è necessario. Questo rende il carbonio ideale per la produzione di un telaio che è tutto ciò che si desidera da una bicicletta — una bici che è leggero, resistente, forte, e che cavalca davvero bene.”

Come sono fatte le bici in carbonio e perché sono così costose?

La grande cosa che molti nuovi piloti noteranno quando guardano le bici in carbonio è che costano più di una bici in alluminio paragonabile. Il processo di fare una bici in carbonio è più complicato di fare una bici di tubi di metallo, e gran parte di questo fattori nel costo di biciclette in carbonio.

Foto per gentile concessione Allied Cycle Works. Per saperne di più su come Allied produce biciclette in carbonio di fabbricazione americana qui.

BK: “La grande differenza tra una bici in metallo e una bici in fibra di carbonio è nel processo di produzione. Con una bici di metallo, i tubi sono saldati insieme. Questi tubi sono di solito acquistati o formati, e quindi si tratta solo di unire quei pezzi insieme in un telaio.

“Con fibra di carbonio, è completamente diverso. Le fibre di carbonio sono letteralmente fibre, come il tessuto. Sono sospesi in una resina. Di solito, si inizia con un foglio di “pre-preg” o fibra di carbonio pre-impregnata che ha già la resina in esso. Quelli sono disponibili in un vasto assortimento di tipi a seconda delle caratteristiche che si desidera. Potresti avere un foglio in cui le fibre sono orientate ad un angolo di 45 gradi, uno a 0 gradi o uno in cui ha fibre di 90 gradi intrecciate insieme a fibre di 0 gradi. Quelle fibre tessute creano quel tipico aspetto di tessuto di carbonio a cui la gente pensa quando immagina la fibra di carbonio.

“Il produttore sceglie tutte le caratteristiche che desidera dalla moto. Potrebbero volerlo più rigido in un punto, più conforme in un altro, e lo correlano a quello che viene chiamato “programma di layup”.’Per ottenere le proprietà desiderate, richiede la posa delle fibre in un luogo particolare, in un ordine particolare, e in una direzione particolare.

“C’è una quantità enorme di pensiero che va in cui ogni singolo pezzo va, ed è tutto fatto a mano. Probabilmente una bici avrà centinaia di singoli pezzi di fibra di carbonio che sono stati messi in uno stampo a mano da una persona reale. Una grande quantità del costo di una bici in fibra di carbonio proviene dal lavoro manuale che vi entra. Anche gli stampi stessi sono costosi. Sono decine di migliaia di dollari per aprire un singolo stampo, e ne hai bisogno per ogni dimensione e modello di telaio che stai realizzando.

” Poi il tutto va in un forno e viene curato. È allora che avviene la reazione chimica che solidifica l’intero pacchetto e fa sì che tutti quei singoli strati si uniscano e agiscano in modo coerente.

“Non c’è davvero modo di automatizzare l’intero processo. Ovviamente, ci sono persone là fuori che lavorano su di esso, ma praticamente ogni bici in fibra di carbonio e componente che è là fuori è ancora layed-up da un individuo che sta impilando questi strati di fibra insieme a mano.”

Quali sono i punti di forza e di debolezza della fibra di carbonio?

In fibra di carbonio è incredibilmente forte. Ma il consumatore medio potrebbe avere l’idea sbagliata che la fibra di carbonio non è un forte come l’acciaio, titanio, o alluminio. Questo non è sempre il caso, ma Kappius spiega il motivo per cui questo tipo di equivoco si è sviluppato.

BK: “Quindi, penso che il carbonio possa essere descritto come qualcosa di estremamente forte e rigido. E praticamente tutte le bici in carbonio là fuori sono fatte per essere forti e rigide, ma è necessario mettere l’asterisco lì che dice, ‘in condizioni di guida normali.’Sì, i telai in carbonio sono fantastici se stai scendendo, salendo, fuori dalla sella, ecc. Tutte le proprietà del telaio sono progettate per questo. Ma non è progettato per un incidente insolito o catastrofico, o per essere eseguito in una porta del garage o qualcosa del genere. Questi tipi di forze sono al di fuori del campo di applicazione standard di utilizzo, in modo da non progettare una moto per vedere quelli. Si potrebbe, ma non sarebbe cavalcare così e peserebbe molto di più.

“Gli ingegneri stanno migliorando nella progettazione di telai per essere più durevoli. Si sta vedendo di più su mountain bike in questi giorni in cui i produttori stanno mettendo più attenzione sulle aree che vedono impatti più elevati cambiando il layup o il tipo di fibra per dare una mano con l’abuso mountain bike vedere. Ma se il telaio della bici da strada da 700 grammi cade su un palo di legno, potrebbe rompersi perché non è progettato per farlo. È progettato per guidare bene. La stragrande maggioranza dei danni che vediamo con i telai in carbonio proviene da una sorta di strana istanza, che si tratti di un brutto incidente o di un colpo che il telaio ha preso. E ‘ molto raro che sia dovuto a qualche difetto di fabbricazione.”

Che cosa è” high-mod ” di carbonio?

Quando si guardano diversi telai da carbonio entry-level a high-end, i clienti si imbatteranno in termini che descrivono il carbonio come “high-modulus” o “high-mod.”Kappius spiega cos’è il carbonio ad alto modulo e quanto conta davvero.

BK: “Il modulo è una misura della proprietà meccanica. Il modulo è la rigidità; è quanto è rigido il carbonio. Teoricamente, si potrebbe costruire una moto con solo fibre ad alto modulo e utilizzare meno di loro, e la moto sarebbe più leggero. Lo vedi su bici da strada di fascia alta con carbonio di fascia alta. Ma non sempre vuoi tutte le fibre ad alto modulo, specialmente per applicazioni come la mountain bike, perché il carbonio ad alto modulo è anche più fragile. Sulle mountain bike, ad esempio, si desidera un carbonio a modulo inferiore nelle aree perché si desidera che il telaio prenda meglio gli impatti e in realtà abbia un po ‘ di flessione. È più un termine di marketing. Qualcuno potrebbe dire di avere “X-hundred Toray, high-mod whatever” in fibra di carbonio e in realtà non significa tanto quanto pensi. L ‘”high-mod” di un marchio potrebbe essere equivalente al carbonio a basso o medio modulo di un altro marchio.”

5. Come posso ispezionare personalmente un telaio in carbonio dopo un incidente o un incidente?

Un meccanico professionista dovrebbe sempre ispezionare la tua bici in caso di incidente o danni al carbonio. Ma se si vuole fare un controllo da soli prima, ecco un semplice metodo Kappius suggerisce di valutare eventuali danni potenziali al telaio.

BK: “Crash e danni sono tutti relativi. Se è qualcosa come se avessi lasciato la tua bici sopra la tua auto e fossi entrato nel garage, è una forza così folle che non devi preoccuparti di controllarla. Probabilmente non vale nemmeno la pena considerare di provare a cavalcarlo. Se giriamo via quelle bici, è troppo rischioso. Non sai tutto quello che è successo dentro la moto.

“Ma diciamo che è uno scenario in cui la tua bici cade, o hai un incidente sulla tua mountain bike. Speriamo che il peso dietro l’impatto provenisse principalmente dalla moto stessa, o da un po ‘ del tuo corpo, ma non molto altro. Inizia con un’ispezione visiva. Lavare la moto. Si spera, si prende cura della tua moto abbastanza bene e si tiene d’occhio le cose in modo da sapere ogni graffio che hai messo in esso. Ma pulirlo completamente in modo da ottenere una buona vista di tutta la moto. Questo è davvero il posto migliore per iniziare. Stai cercando qualsiasi tipo di crepe o danni. Se si trova qualcosa, è possibile eseguire uno straccio sopra il punto danneggiato e se lo straccio strappi sul tubo di carbonio che è un segno che c’è qualcosa di sbagliato.

“Se trovi danni del genere, puoi andare un po’ più in profondità. Se c’è una sezione di tubo che ha una forma o caratteristiche simili vicino che non è danneggiato è possibile utilizzarlo per confrontare. Diciamo che hai qualche danno a pochi centimetri dietro il tubo sterzo. Controllare il tubo superiore in un punto un pollice o due più in basso, lontano dalla zona che siete preoccupati. Usa il pollice e dagli una pressione sul tubo per vedere come ci si sente. Quindi torna all’area danneggiata e fai lo stesso. Si sente più morbido? Questa è una grande indicazione che qualcosa non va.

” Poi si può andare alla roba acustica in cui si fa un tap test. E ‘ lo stesso genere di cose. Trovare una zona che è lontano dal danno che si sa è intatto. Toccare con un oggetto metallico come una chiave esagonale e vedere ciò che si sente. Quindi confrontalo con l’area di cui sei preoccupato. Il tono diminuira’. Suonerà acuto se è buono, e poi sembra morto se è danneggiato. La mia ipotesi è per il pilota medio, se sei arrivato al punto in cui lo proverai, probabilmente sai già che è danneggiato.

“In definitiva, se c’è qualche preoccupazione per un telaio, dovresti sempre farlo controllare da un negozio di biciclette o da noi, qualcuno specializzato in questo. Un sacco di tempo, ci possono essere danni nascosti sotto la vernice o in aree che non si può nemmeno vedere.

” Se si possiede una bici in carbonio basta tenere d’occhio su di esso. È diverso da una bici di metallo e mostra danni in modi diversi. Con il metallo, le cose comuni sono crepe nelle saldature o ammaccature nei tubi. Il carbonio non intacca. È un materiale molto fragile.”

Come funziona la riparazione del carbonio?

Un sacco di piloti non sono consapevoli che i telai in fibra di carbonio possono essere riparati. Le riparazioni eseguite da professionisti come Broken Carbon ripristineranno l’integrità di un telaio danneggiato e manterranno anche le proprietà originali del carbon layup.

BK: “Penso che nel settore della bici, sia ancora una nuova idea che cose come i telai in carbonio possano essere riparati. Come ho detto, i compositi sono iniziati nel settore aerospaziale. Boeing, per esempio, non si limita a buttare via un aereo se una roccia colpisce e crepe qualcosa. Negli ultimi decenni, gli ingegneri hanno sviluppato un processo di riparazione del carbonio molto raffinato ed efficace. È effettivamente quello che facciamo anche in bici.

” I primi passi sono togliere la vernice e dare un’occhiata migliore al carbonio e ottenere un indicatore migliore del danno e fino a che punto è propagato. Quindi, rimuovi il materiale danneggiato in un modo piuttosto particolare. Si chiama scarfing. Lo carteggi in modo che sia concavato e affusolato. Devi andare oltre dove è danneggiato in modo da poter avere una buona area di legame per portare le nuove fibre e trasferire il carico. Stiamo assottigliando e legando nelle buone fibre attuali per unire tutto in una struttura rigida.

” Mentre rimuovi il danno, ottieni questa buccia di cipolla di strati di carbonio. Guardiamo la direzione o la trama delle fibre e abbiniamo attentamente il layup delle nuove fibre a quello che c’era in origine. Con questo, ottieni ancora le stesse proprietà originali del tubo con la riparazione.

“Non è così semplice come avvolgere più carbonio attorno a una fessura. Ci sono kit si possono acquistare su eBay o siti web per farvi ‘ riparare la vostra bici del carbonio da soli.’E’ il genere di cose in cui si scuff la vernice e avvolgere un po ‘ di carbonio intorno ad esso. Non c’è nessun pensiero messo nell’orientamento della fibra. È possibile modificare le proprietà del tubo e rendere quell’area così rigida che la concentrazione di stress alla riparazione è maggiore di quella che il tubo era destinato a gestire e può fallire di nuovo. E ‘ impreciso.

Quali sono i limiti della riparazione del carbonio?

La riparazione del carbonio è incredibilmente efficace, ma non può risolvere tutto. Kappius spiega cosa è al di fuori dello scopo della riparazione.

BK: “La prima cosa che dirò è che non ripareremo nulla se non pensiamo di poterlo rendere forte come in origine. Questo è un grande fattore per noi e abbiamo sempre errare sul lato della cautela.

” Non è molto comune, ma se c’è qualche preoccupazione per l’allineamento del telaio della bici, il che significa che non è più dritto, non vale la pena ripararlo. Sulle mountain bike, le aree intorno ai perni di sospensione in cui gli inserti sono legati durante il processo di produzione sono molto difficili da riparare. E poi qualcosa come un gancio deragliatore tranciato-dove il gancio non si è appena rotto ma i bulloni che lo montano al telaio sono spariti — al momento non abbiamo un modo per ripararlo, ma ci stiamo lavorando. Queste sono le limitazioni più comuni.

” Poi ci sono le ruote in carbonio. Sicuramente non ripariamo alcun materiale del freno del cerchio perché la superficie frenante deve essere completamente uniforme per una buona frenata e l’unico modo per farlo è fuori dallo stampo dal produttore. Copertoncini sono duri, e soprattutto per tubeless è difficile perché non si può avere discontinuità o un pneumatico non sedile o sigillare correttamente. In realtà le uniche ruote che consideriamo la riparazione sono ruote a disco tubolare. Ma la maggior parte delle volte non è conveniente. È meglio ottenere un sostituto.

“Una cosa buona è che il prezzo delle ruote in carbonio sta scendendo abbastanza che ha quasi più senso ottenere solo una sostituzione. Soprattutto sul lato mountain bike, le proprietà del materiale e il design dei cerchi stanno migliorando per gestire più impatti, quindi vediamo meno guasti ora.”

Come si inserisce la riparazione del carbonio nel settore del ciclismo?

Più piloti stanno diventando consapevoli della riparazione del carbonio e sta diventando una pratica accettata. Kappius spera che, in futuro, i produttori cercheranno di riparare come un modo per ridurre gli sprechi e mantenere più biciclette sulla strada o sentiero.

BK: “Spero che l’industria possa iniziare ad accettare la riparazione del carbonio come una pratica più legittima. Alcuni produttori lo permettono e sono disposti a lavorare con noi. Eviterebbe molti rifiuti perché non ci sono davvero buone opzioni per il riciclaggio. Il carbonio danneggiato finisce nella discarica.

“Diciamo sempre un cliente, se è possibile ottenere la vostra moto garantito, andare per esso. Non prenderemo i tuoi soldi solo perche ‘ possiamo. Purtroppo, spesso, un telaio danneggiato potrebbe essere totalmente riparabile e utilizzabile, ma il produttore vorrà il telaio tagliato o distrutto. Una moto avrà ancora così tanto uso lasciato in esso. È triste che sia la strada che prendono, ma capisco dal punto di vista della responsabilità perché lo fanno.

“Sarebbe bello avere l’opportunità di andare ai produttori e mostrare loro cosa stiamo facendo, e che le proprietà del telaio sono tutte uguali. Invece di spendere qualche migliaio di dollari su un nuovo telaio si potrebbe spendere qualche centinaio di dollari.

“Tutte le nostre riparazioni hanno una garanzia di cinque anni completamente trasferibile. Stiamo dietro il nostro lavoro e non facciamo riparazioni a meno che non siano forti come nuovi. Se è un telaio che ovviamente ha ancora un valore significativo, allora ha senso ripararlo. I clienti non dovrebbero avere alcun ripensamento sulla guida di una moto riparata da noi.”