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Carbonio e Kevlar, l’accoppiata vincente

La fibra inventata da Du Pont e successivamente commercializzata con il marchio KEVLAR ha rappresentato probabilmente lo sviluppo più importante a livello mondiale nel campo delle fibre sintetiche.

L’uso del Kevlar

Le sue caratteristiche uniche – resistenza e rigidità sorprendenti, resistenza all’urto, elevato assorbimento delle vibrazioni e resistenza al calore e alla fiamma – hanno permesso a progettisti e ingegneri di trovare soluzioni a problemi fino ad allora considerati oltre gli ambiti delle fibre organiche.

Scoperta nel 1965 e disponibile sul mercato dal 1972, la fibra con marchio KEVLAR viene commercializzata in forma di filamento, fiocco e polpa.

È utilizzata in materiali a struttura composita per aerei, imbarcazioni, automobili ad alte prestazioni ed equipaggiamento sportivo.

È inoltre impiegata in applicazioni di protezione balistica per forze di pubblica sicurezza e forze armate.

La fibra KEVLAR è cinque volte più resistente dell’acciaio, a parità di peso.

Il carbonio

Le fibre di carbonio forniscono la migliore combinazione tra elevata resistenza meccanica, elevata rigidezza (elevato modulo) e bassa densità, ma presentano una bassa capacità di allungamento. Da queste caratteristiche nasce la scelta di utilizzare il carbonio per la costruzione di telai di bicicletta, ottenendo estrema leggerezza con pochissima dispersione della potenza in pedalata.

Un altro aspetto da non sottovalutare è la facilità nel dare forma alle fibre. Questo permette di realizzare telai non solo moderni esteticamente, ma anche con caratteristiche influenzate dalla forma delle tubazioni.

A seconda delle qualità delle fibre di carbonio, ovvero degli intrecci e dell’impregnamento delle fibre, si possono ottenere dati sorprendenti di resistenza alla pressione, all’allungamento, alla torsione.

Il solo aspetto negativo del carbonio utilizzato per bici di altissima gamma è la possibilità di rottura ad “effetto vetro”.

La scarsa capacità di allungamento del carbonio lo rende molto robusto ma allo stesso tempo fragile.

Si tratta sempre di una fibra formata da molte lamine, e quindi per una rottura totale si dovrebbe ottenere la rottura di tutte le lamine contemporaneamente.

Le lamine del carbonio hanno uno spessore che varia da 0,1 a 1 mm a seconda dell’uso che se ne vuole fare.

Nel settore del ciclismo le lamine sono molto sottili ma piuttosto numerose.

L’effetto vetro si può però presentare facilmente sulle lamine più esterne, limitando l’utilizzo del telaio per ragioni di sicurezza.

La combinazione con il kevlar

La fibra aramidica Kevlar 49 ha una buona combinazione tra elevata resistenza a trazione, modulo elevato (ma minore di quello delle fibre di carbonio), bassa densità ed elevato allungamento (resistenza all’urto).

In pratica la sua forza è l’elasticità.

Mescolare questa fibra con il carbonio non ne disperde la bontà delle caratteristiche, ma anzi le qualità si sommano e si ottiene delle tubazioni rigide e robuste, ma allo stesso tempo elastiche.

Il problema dell’effetto vetro viene notevolmente diminuito fino a scomparire quasi del tutto.

L’utilizzo del kevlar rende il carbonio lievemente più pesante – nell’ordine di pochi grammi – ma il confort di marcia della bicicletta ne trae enormi vantaggi.

Un altro vantaggio enorme dato dal kevlar è durante il processo di lavorazione del telaio.

Il kevlar ha la capacità di resistere ad elevate temperature, e questo semplifica la stratificazione delle tubazioni.

Non solo: il telaio avrà una resistenza maggiore alle alte temperature. Possiamo per esempio supporre che la fibra di carbonio di una bicicletta lasciata all’interno dell’auto sotto al sole d’estate potrebbe lievemente danneggiarsi, soprattutto se si parla di qualità di carbonio non molto pregiata. L’uso del kevlar in fase di costruzione previene anche questo pericolo.

La scelta costruttiva

L’utilizzo del kevlar nella costruzione delle bici non è molto vasto perché costoso.

Sebbene il materiale in sé non abbia costi proibitivi, la lavorazione di fibre di carbonio amalgamate con fibre di kevlar è più lenta e quindi non idonea a grosse produzioni.

Sebbene i vantaggi di questa scelta siano innegabili, abbiamo pochissimi costruttori che utilizzano questa tecnica costruttiva mirando alla qualità più alta.

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