Carbon Fiber 101: How Bikes are Made and Repaired

Cycling is obsessed with carbon fiber. O carbono é usado para construir quadros, rodas e componentes. Você pode encontrá-lo em tudo, desde bicicletas de entrada até passeios de halo mal alcançáveis. Se você passou algum tempo conversando com qualquer ciclista opinativo, você sem dúvida ouviu muitas anedotas, piadas, preocupações e críticas sobre o carbono como um material. Os mitos e histórias podem fazer com que alguns pilotos questionem por que o carbono é tão popular e por que vale a pena considerar ao comprar uma bicicleta nova.

Brady Kappius of Broken Carbon And Kappius Components

To learn more, we spoke to carbon fiber expert, Brady Kappius. Ele é o fundador da Broken Carbon, uma loja de reparos de bicicletas de fibra de carbono em Boulder, Colorado. Kappius e sua equipe conseguiram reparar com sucesso mais de 4.500 armações de bicicletas de carbono, e eles entendem o material por dentro e por fora. Isso mesmo, apesar do que possam ter ouvido, a fibra de carbono pode ser reparada. Falámos com o Kappius e ele ajudou a esclarecer como funciona a fibra de carbono, porque é tão popular no ciclismo, e como o carbono pode ser reparado quando se quebra.Porquê construir bicicletas a partir de fibra de carbono?Há uma razão para tantas bicicletas modernas serem feitas de carbono. Fibra de carbono tem algumas propriedades vantajosas em comparação com metais como aço, alumínio e até mesmo titânio.Brady Kappius: “em relação a outros materiais, a fibra de carbono é uma das mais recentes na indústria do ciclismo. A tecnologia que trouxe fibra de carbono para Bicicletas realmente veio da indústria aeroespacial. Você realmente não começou a ver bicicletas de carbono decolando no mercado consumidor até o início dos anos 90.

“a única coisa sobre fibra de carbono é que é muito leve, mas também é durável. Você pode fazer uma bicicleta muito, muito forte a partir de fibra de carbono. Um grande benefício é que o material pode ser projetado para agir de forma diferente em diferentes direções. Você pode projetar um quadro de carbono para ser rígido em uma direção específica, ou torsionalmente rígido, enquanto ainda tem Conformidade em uma direção diferente. A direção que você orienta as fibras irá determinar as características de um quadro ou componente.

“a fibra de carbono é bastante única desta forma. Se você fizer uma bicicleta de alumínio, por exemplo, você pode jogar com espessura do tubo e diâmetro, mas não muito mais. Quaisquer que sejam as propriedades do tubo de alumínio, é praticamente tudo o que vais ter. Com o carbono, os engenheiros e fabricantes podem realmente controlar as propriedades do material e dar diferentes níveis de rigidez e resistência em diferentes áreas. Além disso, o alumínio tem o que se chama um limite de resistência. Não tem uma vida de fadiga infinita em condições normais de carga. O carbono tem uma vida de fadiga quase infinita.

“as propriedades do carbono permitem que uma bicicleta seja mais leve. Digamos que uma área particular de uma bicicleta não vê muito stress. Então, em vez de ter que usar um tubo contínuo que é x-espessura por todo o caminho, você pode controlar com precisão quanta fibra é colocada em certas áreas específicas onde as cargas são menos e concentrar-se mais onde é necessário. Isso torna o carbono ideal para produzir uma moldura que é tudo o que você quer de uma bicicleta — uma bicicleta que é leve, durável, forte, e que anda muito bem.”

como são feitas bicicletas de carbono e por que são tão caras?

a grande coisa que um monte de novos motociclistas vai notar ao olhar para Bicicletas de carbono é que eles custam mais do que uma bicicleta de alumínio comparável. O processo de fazer uma bicicleta de carbono é mais complicado do que fazer uma bicicleta a partir de tubos de metal, e muito disso fatores para o custo de bicicletas de carbono.

Photos cortesia Allied Cycle Works. Leia mais sobre como a Allied produz bicicletas de carbono produzidas na América aqui.

BK: “A grande diferença entre uma bicicleta de metal e uma de fibra de carbono está no processo de fabricação. Com uma bicicleta de metal, tubos são soldados juntos. Esses tubos são geralmente comprados ou formados, e então é apenas sobre unir essas peças em uma moldura.Com fibra de carbono, é completamente diferente. Fibras de carbono são literalmente fibras, como tecido. Estão suspensos numa resina. Normalmente, você começa com uma folha de “pré-pré-preg” ou fibra de carbono pré-impregnada que já tem a resina nela. Esses vêm em uma enorme variedade de tipos, dependendo das características que você quer. Você pode ter uma folha onde as fibras são orientadas em um ângulo de 45 graus, uma em 0 graus, ou uma onde tem fibras de 90 graus tecidas juntamente com fibras de 0 graus. Essas fibras tecidas criam aquele típico olhar de tecelagem de carbono em que as pessoas pensam quando imaginam fibra de carbono.

” o fabricante escolhe todas as características que eles querem fora da moto. Eles podem querer que seja mais duro num local, mais compatível com outro, e correlacionam isso com o que é chamado de “agenda de layup”.”Para obter as propriedades desejadas, é necessário colocar as fibras em um lugar particular, em uma ordem particular, e em uma direção particular.

“há uma enorme quantidade de pensamento que vai para onde cada peça individual vai, e tudo é feito à mão. Uma bicicleta provavelmente vai ter centenas de peças individuais de fibra de carbono que foram colocadas em um molde à mão por uma pessoa real. Uma grande quantidade do custo de uma bicicleta de fibra de carbono vem do trabalho manual que vai para ele. Os moldes também são caros. São dezenas de milhares de dólares para abrir um único molde, e você precisa de um para cada tamanho da moldura e modelo que você está fazendo.

“em seguida, tudo entra em um forno e fica curado. É quando acontece a reação química que solidifica todo o pacote e faz com que todas essas camadas individuais se unam e atuem coerentemente.

“não há realmente nenhuma maneira de automatizar todo o processo. Obviamente, há pessoas lá fora trabalhando nisso, mas praticamente todas as bicicletas e componentes de fibra de carbono que estão lá fora ainda estão amarrados por um indivíduo que está empilhando essas camadas de fibra juntos à mão.”

quais são os pontos fortes e fracos da fibra de carbono?Fibra De Carbono é incrivelmente forte. Mas o consumidor médio pode ter o equívoco de que a fibra de carbono não é forte como aço, titânio, ou alumínio. Nem sempre é assim, mas Kappius explica a razão pela qual este tipo de equívoco se desenvolveu.

BK: “Então, eu acho que o carbono pode ser descrito como algo que é extremamente forte e rígido. E praticamente todas as bicicletas de carbono lá fora são feitas para ser forte e rígido, mas você precisa colocar o asterisco lá que diz, ” em condições normais de condução. Sim, as molduras de carbono são incríveis se descermos, subirmos, sairmos da sela, etc. Todas as propriedades da moldura são projetadas para isso. Mas não foi concebido para um acidente incomum ou catastrófico, ou para ser atropelado por uma porta de garagem ou algo assim. Esses tipos de forças estão fora do escopo padrão de uso, então você não projetar uma bicicleta para ver isso. Podias, mas não funcionaria tão bem e pesaria muito mais.

“os engenheiros estão ficando melhores em projetar quadros para serem mais duráveis. Você está vendo isso mais em bicicletas de montanha nos dias de hoje, onde os fabricantes estão colocando mais foco em áreas que vêem impactos mais elevados, mudando o layup ou o tipo de fibra para ajudar com o abuso de bicicletas de montanha ver. Mas se a tua moldura de 700 gramas cair sobre um poste de madeira, pode partir-se porque não foi projectada para fazer isso. Foi desenhado para montar bem. A grande maioria dos danos que vemos com molduras de carbono é de algum tipo de caso estranho, seja um acidente grave ou um impacto que a moldura tomou. É muito raro que seja de algum tipo de defeito de fabrico.”

What is “high-mod” carbon?

ao olhar para diferentes quadros de bicicletas, desde o carbono de entrada até ao topo de GAMA, os clientes encontrarão Termos que descrevem o carbono como “alto módulo” ou “alto mod”.”Kappius explica o que é o carbono de alto módulo e o quanto ele realmente importa.

BK: “módulo é uma medida da propriedade mecânica. O módulo é a rigidez; é o quão rígido é o carbono. Teoricamente, você poderia construir uma bicicleta com apenas fibras de alto módulo e usar menos delas, e a moto seria mais leve. Você vê isso em bicicletas de estrada high-end com carbono high-end. Mas você nem sempre quer todas as fibras de alto módulo, especialmente para aplicações como mountain biking, porque o carbono de alto módulo também é mais frágil. Em bicicletas de montanha, por exemplo, você quer algum carbono de baixo módulo em áreas porque você quer que o quadro para tomar impactos melhor e realmente tem alguma flexão para ele. É mais um termo de marketing. Alguém poderia dizer que eles têm x-100 Toray, alta mod qualquer que seja fibra de carbono e isso realmente não significa tanto quanto você pensa. O ‘high-mod’ de uma marca pode ser equivalente ao baixo ou médio módulo de carbono de outra marca.”

5. Como posso inspecionar uma armação de carbono depois de um acidente ou acidente?

um mecânico profissional deve sempre inspecionar a sua moto em caso de acidente ou danos de carbono. Mas se você quiser fazer uma verificação você mesmo primeiro, aqui está um método simples que Kappius sugere para avaliar qualquer dano potencial à sua moldura.

BK: “Crashes and damage are all relative. Se é algo como você deixou a sua bicicleta em cima do seu carro e dirigiu para a garagem, que é uma força tão alta louco que você realmente não precisa se preocupar em verificá-lo. Provavelmente nem vale a pena tentar montá-lo. Se virarmos as bicicletas, é muito arriscado. Não sabes tudo o que aconteceu dentro da Mota.

“mas digamos que é um cenário onde a sua bicicleta cai, ou você tem um acidente em sua bicicleta de montanha. Esperançosamente, o peso por trás do impacto veio principalmente da própria bicicleta, ou um pouco do seu corpo, mas não muito mais. Comece com uma inspecção visual. Lava a bicicleta. Espero que cuides muito bem da tua bicicleta e fiques de olho nas coisas para saberes todos os arranhões que lhe deste. Mas limpe-o completamente para que você tenha uma boa vista de toda a moto. É o melhor lugar para começar. Estás à procura de qualquer tipo de fissura ou dano. Se encontrares alguma coisa, podes passar um trapo por cima do ponto danificado e se o trapo se rasgar no tubo de carbono isso é um sinal de que há alguma coisa errada.

“se você encontrar danos como esse, você pode ir um pouco mais fundo. Se há uma secção de tubo que tem uma forma ou características semelhantes perto por que não está danificado você pode usá-lo para comparar. Digamos que tem alguns danos uns centímetros atrás do headtube. Verifique o tubo de cima em um ponto um centímetro ou dois mais abaixo, longe da área que você está preocupado. Use o polegar e pressione o tubo para ver como se sente. Então volte para a área danificada e faça o mesmo. É mais suave? Isso é uma grande indicação de que algo está errado.

“então você pode ir para o material acústico onde você faz um teste de torneira. É o mesmo tipo de coisa. Encontra uma área que esteja longe dos danos que sabes que não estão danificados. Bate-lhe com um objecto metálico como uma chave hex e vê o que ouves. Então compare-o com a área com que está preocupado. O tom vai diminuir. Vai soar agudo se for bom, e depois parece morto se estiver danificado. O meu palpite é para o piloto médio, se você chegou ao ponto em que você vai testá-lo, você provavelmente já sabe que está danificado.

“em última análise, no entanto, se houver alguma preocupação com uma moldura você deve sempre tê-lo verificado por uma loja de bicicletas ou por nós, alguém que se especializa nisto. Muitas vezes, pode haver danos escondidos sob a tinta ou em áreas que nem se consegue ver.

“se você possui uma bicicleta de carbono apenas mantenha um olho nela. É diferente de uma bicicleta de metal e mostra danos de maneiras diferentes. Com o metal, as coisas comuns são rachaduras em soldaduras ou amolgadelas em tubos. O carbono não amolga. É um material muito frágil.”

como funciona a reparação de carbono?Muitos pilotos desconhecem que as molduras de fibra de carbono podem ser reparadas. Reparos realizados por profissionais como carbono quebrado irá restaurar a integridade de um quadro danificado e até mesmo manter as propriedades originais do layup de carbono.

BK: “I think in the bike industry, it’s still kind of a new idea that things like carbon frames can be repaired. Como eu disse, os compósitos começaram na indústria aeroespacial. A Boeing, por exemplo, não deita fora um avião se uma pedra o atingir e partir alguma coisa. Nas últimas décadas, os engenheiros desenvolveram um processo de reparo de carbono muito refinado e eficaz. É efetivamente o que fazemos em bicicletas também.

” os primeiros passos são tirar a tinta e olhar melhor para o carbono e obter uma melhor avaliação dos danos e até onde é propagada. Então, você remove o material danificado de uma maneira muito particular. Chama-se scarfing. Tu lixas-a para que ela seja embalada e afunilada. Você tem que passar por onde está danificado para que você possa ter uma área de ligação muito boa para trazer as novas fibras e transferir a carga. Estamos a entrar e a ligar-nos a fibras boas existentes para unir tudo numa estrutura rígida.

” à medida que remove os danos, obtém-se esta casca de cebola de camadas de carbono. Nós olhamos para a direção ou tecelagem das fibras e cuidadosamente coincidem o layup das novas fibras com o que estava lá originalmente. Com isso, você ainda tem as mesmas propriedades originais do tubo com a reparação.

” não é tão simples como apenas enrolar mais carbono em torno de uma fenda. Há kits que você pode comprar no eBay ou sites para permitir que você ‘consertar sua bicicleta de carbono você mesmo. É o tipo de coisa em que se raspa a tinta e se envolve algum carbono à volta dela. Não há nenhum pensamento colocado na orientação da fibra. Você pode mudar as propriedades do tubo e fazer essa área tão rígida que a concentração de estresse na reparação é maior do que o tubo foi destinado a manipular e pode falhar novamente. É superficial.

quais são as limitações da reparação de carbono?Reparação de carbono é incrivelmente eficaz, mas não pode consertar tudo. Kappius explica o que está fora do âmbito da reparação.

BK: “A primeira coisa que vou dizer é que não vamos reparar nada se não acharmos que podemos torná-lo tão forte como era originalmente. Isso é um grande factor para nós e erramos sempre do lado da cautela.

” não é muito comum, mas se há alguma preocupação com o alinhamento da estrutura da bicicleta, o que significa que não é mais reta, simplesmente não vale a pena para reparar. Nas bicicletas de montanha, as áreas em torno de pivots de suspensão onde os encaixes são ligados durante o processo de fabricação são muito difíceis de reparar. E então algo como um cabide de derailleur cortado-onde o cabide não se rompeu apenas, mas os parafusos que o montam na moldura se foram – não temos atualmente uma maneira de reparar isso, mas estamos trabalhando nisso. Essas são as limitações mais comuns.

“então há rodas de carbono. Nós definitivamente não reparar qualquer material de freio jante porque a superfície de frenagem tem que ser completamente uniforme para uma boa frenagem e a única maneira de fazer isso é fora do molde do fabricante. Clinchers são difíceis, e especialmente para tubeless é difícil porque você não pode ter descontinuidades ou um pneu não vai sentar ou selar corretamente. Na verdade, as únicas rodas que consideramos reparar são rodas de disco tubular. Mas a maior parte do tempo não é rentável. É melhor arranjar um substituto.

“uma coisa boa é que o preço das rodas de carbono está caindo o suficiente para que quase faz mais sentido apenas obter um substituto. Especialmente no lado da bicicleta de montanha, as propriedades do material e o design das jantes estão ficando melhores para lidar com mais impactos, então vemos menos falhas agora.”

como a reparação de carbono se encaixa na indústria de ciclismo?

mais motociclistas estão a tomar consciência da reparação de carbono e está a tornar-se uma prática aceite. Kappius espera que, no futuro, os fabricantes vão olhar para a reparação como uma maneira de reduzir o desperdício e manter mais bicicletas na estrada ou trilho.

BK: “espero que a indústria possa começar a aceitar a reparação de carbono como uma prática mais legítima. Alguns fabricantes permitem e estão dispostos a trabalhar connosco. Evitaria um monte de resíduos, porque realmente não há boas opções para reciclagem. O carbono danificado entra no aterro.

” nós sempre dizemos a um cliente, se você pode ter sua moto warranted, vá para ele. Não vamos ficar com o teu dinheiro só porque podemos. Infelizmente, muitas vezes, um quadro danificado pode ser totalmente reparável e utilizável, mas o fabricante vai querer o quadro cortado ou destruído. Uma bicicleta ainda terá tanto uso nela. É triste que esse seja o caminho que eles tomam, mas eu entendo de um ponto de vista de responsabilidade por que eles fazem isso.

” seria ótimo ter a oportunidade de ir aos fabricantes e mostrar-lhes o que estamos fazendo, e que as propriedades da moldura são todas as mesmas. Em vez de gastar alguns milhares numa nova moldura, podia gastar algumas centenas de dólares.

“todos os nossos reparos têm uma garantia de cinco anos totalmente transferível. Apoiamos o nosso trabalho e não fazemos reparações a não ser que sejam tão fortes como novos. Se é uma moldura que obviamente ainda tem valor significativo, então faz sentido repará-la. Os clientes não devem ter dúvidas sobre andar de bicicleta reparada.”