{"id":17295,"date":"2019-12-25T16:36:57","date_gmt":"2019-12-25T16:36:57","guid":{"rendered":"https:\/\/www.scuoladimtb.eu\/formazione\/?p=17295"},"modified":"2020-03-25T09:53:04","modified_gmt":"2020-03-25T09:53:04","slug":"i-materiali-il-composito","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.scuoladimtb.eu\/formazione\/i-materiali-il-composito\/","title":{"rendered":"I Materiali: Il Composito"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>FIBRA DI CARBONIO E RESINE<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><em>Il carbonio \u00e8 un termine improprio che si riferisce al Composito, in quanto il materiale utilizzato per la costruzione di un telaio \u00e8 pi\u00f9 precisamente un composito e, in quanto tale, consta di un&#8217;unione di due o pi\u00f9 materiali ferma restando l'&#8221;indipendenza&#8221; molecolare dell&#8217;uno dall&#8217;altro. Nel nostro caso l&#8217;unione \u00e8 rappresentata dall&#8217;annegamento della fibra di carbonio in resine, da cui si ottiene il materiale che, sottoforma di tubazioni o di \u201cpelli\u201d sovrapposte, servir\u00e0 a &#8220;plasmare&#8221; il telaio. Fibra di carbonio e resine sono quindi i due materiali utilizzati per la creazione di tubazioni o telai monoscocca. La fibra, che allo stadio grezzo si presenta come un filato rappresenta la parte strutturale destinata a sopportare i carichi mentre la resina funziona da elemento di coesione tra le fibre e di propagazione tra esse dei carichi.<\/em><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>PAN E PITCH<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">La fibra di carbonio utilizzata nei compositi deriva da composti di origine petrolifera chiamati precursori: la pece (PITCH) e il poliacrilonitrile (PAN). Dai precursori viene estruso un filamento che viene sottoposto a trattamenti termici per esaltarne le propriet\u00e0 meccaniche e fisiche. Viene poi applicato un &#8220;rivestimento&#8221; per proteggerle da ossidazione e corrosione. Attraverso queste lavorazioni a cui viene sottoposto il precursore, si ottengono quindi qualit\u00e0 di filamenti di fibra di carbonio con differenze anche notevoli di qualit\u00e0, caratteristiche e prezzo. Per le esigenze telaistiche vengono utilizzate le fibre derivate dal PAN in quanto offrono migliori garanzie di resistenza rispetto a quelle derivate dal PITCH dal quale invece si ottengono fibre con un ottimo modulo elastico ma poco resistenti. Non tutti i costruttori, a differenza di quanto accade con i metalli, specificano il tipo di fibra di carbonio utilizzata, cosa che invece sarebbe auspicabile conoscere per essere al corrente di che cosa stiamo acquistando.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"http:\/\/www.scuoladimtb.eu\/image-uploads\/tessuto%202.jpg\" alt=\"tessuto 2.jpg\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>IL MODULO DI ELASTICITA\u2019<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">In base alla risposta al modulo di elasticit\u00e0 possiamo distinguere le fibre di carbonio in 5 categorie dalla categoria a basso modulo (LW \u2013 Low Module), la pi\u00f9 elastica e meno adatta alla telaistica per ciclismo, fino alla categoria pi\u00f9 rigida ad altissimo modulo elastico (VHM \u2013 Very High Module) utilizzata dall\u2019industria aeronautica. Per la costruzione del telaio vengono utilizzate in gran parte fibre del tipo Standard (SM) con percentuali minori di tessuti a modulo Intermedio (IM) e Alto (HM) utilizzati in zone particolarmente sollecitate che richiedono un elevato grado di rigidit\u00e0 (carro posteriore, scatola movimento centrale).<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>FILAMENTI E FILATI<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Il diametro in sezione di un filamento di fibra di carbonio varia normalmente tra i 5 e i 10 micron, inferiore alla sezione di un capello. I singoli filamenti, uniti solitamente in multipli di 1000 formano il \u201cfilato\u201d (yarn in inglese) vero e proprio, il prodotto allo stato grezzo reperibile in commercio come filo di fibra di carbonio. Un indicatore qualitativo importante per distinguere le tipologie di filati di fibra di carbonio \u00e8 dato dal numero di filamenti che compongono una singola fibra. Il numero di filamenti per filato (filaments per yarn in inglese) viene indicato con le sigle 1k, 3k, 6k, 12k \u2026 50k, che significano rispettivamente 1000, 3000, 6000, 12000 \u2026 50000 filamenti per filato. All\u2019indicazione del numero di filamenti che compongono la fibra, di solito si accompagna il peso in grammi di 1000 m di filo (detto titolo del filato, yield in inglese) con valori che variano dai 60\/70 g per 1000 m per fibre 1k ai 800\/1200 g per 1000 m di un filato 12k. Ad un numero minore di \u201ck\u201d corrisponde una fibra qualitativamente migliore perch\u00e9 permette di creare tessuti di fibra pi\u00f9 leggeri e a trama fine, con riflessi anche sul costo del materiale grezzo. Un tessuto 1k pu\u00f2 arrivare a costare 3 volte un tessuto 3k. Alcuni costruttori utilizzano tessuti pi\u00f9 pregiati come l\u20191k solo per l\u2019ultimo strato per conferire al telaio un aspetto esteticamente pi\u00f9 gradevole e \u201cprezioso\u201d.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"http:\/\/www.scuoladimtb.eu\/image-uploads\/tessuto%203.jpg\" alt=\"tessuto 3.jpg\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>TESSUTI E PRE-PREG<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">I filati infatti vengono utilizzati per creare i tessuti di fibra veri e propri, intrecciando i fili con ordito e trama (linee orizzontali e verticali di fibra intrecciate). Tessuti ben visibili nei telai o forcelle non verniciate dalla caratteristica trama nera a quadretti. I tessuti possono essere intrecciati in maniera semplice come tela (un filo di ordito e uno di trama, plain in inglese), oppure con incroci particolare come la batavia 2\/2 (twill) o il raso (satin). Un cenno particolare va fatto per i tessuti di fibra unidirezionali (UD). In questo tipo di lavorazione non c\u2019\u00e8 una vera e propria tessitura incrociata dei filati, ma si ha una disposizione delle fibre tutte nella stessa direzione senza nessun intreccio. L\u2019unidirezionalit\u00e0 ha come fine un aumento della rigidit\u00e0 strutturale, ma come rovescio della medaglia, mancando l\u2019intreccio, una maggiore propensione a rotture e alla propagazione di eventuali crepe nella direzione dei filamenti. La fibra unidirezionale viene utilizzata solitamente nelle zone del telaio o della forcella meno sottoposte a rotture e come ultimo strato, con solo scopo estetico, nelle zone pi\u00f9 a rischio. Raramente e solo come copertura su manubri, attacchi manubrio o reggisella. La fibra di carbonio a questo punto \u00e8 pronta per essere utilizzata; spesso, oltre ai filati e ai tessuti di fibra, si trovano in commercio anche dei semilavorati come ad esempio strati, laminati o fibra preimpregnata. La fibra preimpregnata (prepreg) \u00e8 invece una variet\u00e0 di fibra &#8220;grezza&#8221; tessuta che viene venduta gi\u00e0 impregnata della resina per favorire la coesione con le altre resine al momento della lavorazione. Gli strati sono delle \u201cpelli\u201d formate da filamenti di fibra unidirezionali annegati nella resina, mentre i laminati sono il prodotto che si ottiene attraverso la sovrapposizione di pi\u00f9 strati orientati sistematicamente. Tutti questi semilavorati facilitano il lavoro dell&#8217;utilizzatore finale che li acquister\u00e0 gi\u00e0 pronti per essere modellati e &#8220;stampati&#8221;.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>METODI DI LAVORAZIONE, TUBAZIONI E MONOSCOCCA<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Le resine utilizzate sono &#8220;termoindurenti&#8221; ovvero del tipo che passano allo stato solido con il calore modificando irreversibilmente il loro stato molecolare; resine poliestere e resine epossidiche sono le pi\u00f9 adoperate, quest&#8217;ultime grazie alla loro maggiore resistenza sono qualitativamente migliori e garantiscono un ottimo incollaggio delle fibre. Le modalit\u00e0 di &#8220;fusione&#8221; tra i due ingredienti possono essere molteplici e condizionano fortemente il rendimento fisico e meccanico del composito ottenuto. Per dare forma ad una bici in composito si possono seguire diverse metodologie costruttive: tra le altre il lay up per la costruzione dei monoscocca e l&#8217;avvolgimento dei filamenti utilizzato per le tubazioni. Il lay up \u00e8 una delle tecniche pi\u00f9 comuni, consiste nel disporre i filamenti o tessuti di fibra secondo un preciso orientamento su fogli di carta e lasciati annegare nella resina in modo da far cementare i due materiali. Viene poi tagliato nelle dimensioni volute, tolta la carta, inserito in uno stampo e sottoposto ad altissime temperature. I procedimenti per far aderire la fibra alle pareti dello stampo sono diversi, quasi tutti utilizzano l&#8217;autoclave per gettare a pressione gas o sostanze all&#8217;interno del telaio compattando la resina alla fibra. A questo punto, a &#8220;cottura&#8221; ultimata, assume lo stato solido ed \u00e8 pronto per essere sabbiato e rifinito con verniciature o coprenti. Una variante del lay up prevede che la colata di resina venga fatta direttamente nello stampo previa disposizione ragionata delle fibre. L&#8217;avvolgimento dei filamenti \u00e8 invece il sistema utilizzato per la costruzione di tubazioni in carbonio. La fibra viene infatti avvolta attorno ad un cilindro prendendo cos\u00ec la forma della tubazione, quindi viene aggiunta la resina per cementare, infine si fa passare il tutto allo stato solido attraverso un trattamento termico. A questo punto, si tagliano le tubazioni nelle misure richieste e si ottiene il &#8220;kit&#8221; per procedere alla costruzione del telaio. Una struttura costruita con tubazioni in fibra di carbonio, necessita di congiunzioni tra una tubazione e l&#8217;altra. Il costruttore che lavora sui monoscocca, a differenza di colui che utilizza le tubazioni, pu\u00f2 intervenire sul materiale in diversi modi: orientando sistematicamente le fibre, distribuendo i filamenti di fibra in strati pi\u00f9 o meno spessi oppure scegliendo resine e fibre di qualit\u00e0 pi\u00f9 o meno buona; in una struttura in composito monoscocca quindi la resa del materiale \u00e8 fortemente condizionata dalla lavorazione del costruttore. Il massimo che il mercato pu\u00f2 offrire \u00e8 dato da quei costruttori che hanno progettato telai con una disposizione ragionata della fibra, aggiungendo spessore nelle zone di massima sollecitazione e orientando la fibra in modo da ottenere rigidit\u00e0 orizzontale (prontezza allo scatto e minima dispersione della forza) e elasticit\u00e0 verticale (minima trasmissione delle imperfezioni stradali e delle vibrazioni, ovvero comodit\u00e0). E\u2019 chiaro come un telaio debba essere rinforzato e irrigidito in zone come il carro posteriore o la scatola del movimento centrale, in modo che la bici non fletta quando il ciclista si alza sui pedali per un scatto e non venga dispersa la forza applicata sui pedali. Allo stesso tempo si dovr\u00e0 fare in modo che le vibrazioni provenienti dal terreno non arrivino alla sella e al manubrio in modo da consentire al ciclista una marcia confortevole. Da tutto questo \u00e8 chiaro come l&#8217;intervento del costruttore sia fondamentale e come qualunque dato inerente al rendimento meccanico di un composito sia relativo. Possiamo sicuramente affermare che se in un telaio in metallo la bravura di un costruttore incide per non pi\u00f9 del 50%, in un telaio in composito croci e delizie sono tutte nelle mani esperte di chi lo progetta e lo crea, in particolar modo se si tratta di un monoscocca.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"http:\/\/www.scuoladimtb.eu\/image-uploads\/tessuto%204.jpg\" alt=\"tessuto 4.jpg\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>CONCLUSIONI<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Con i compositi, a patto di un&#8217;ottima progettazione, si ottengono telai rigidi e leggeri come l&#8217;alluminio, comodi come l&#8217;acciaio e durevoli come il titanio; i monoscocca sono i migliori mentre quelli costruiti con tubazioni sono di qualit\u00e0 inferiore, anche se spesso erroneamente vengono messi sullo stesso piano. Il prezzo da pagare \u00e8 abbastanza salato anche se per i pi\u00f9 economici si mantiene leggermente inferiore a quello di una struttura in titanio; per un monoscocca si parte dai 1500 euro per modelli di bassa gamma fino ai 4\/5000 euro per i modelli di punta delle marche pi\u00f9 blasonate. L&#8217;unico problema a carattere meccanico del carbonio \u00e8 da imputare all&#8217;estrema fragilit\u00e0 in caso di urti; il composito soffre molto gli urti con oggetti esterni e la probabilit\u00e0 di spezzarsi \u00e8 pi\u00f9 alta di un qualunque metallo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>FIBRA DI CARBONIO E RESINE Il carbonio \u00e8 un termine improprio che si riferisce al Composito, in quanto il materiale utilizzato per la costruzione di un telaio \u00e8 pi\u00f9 precisamente un composito e, in quanto tale, consta di un&#8217;unione di due o pi\u00f9 materiali ferma restando l&#8217;&#8221;indipendenza&#8221; molecolare dell&#8217;uno dall&#8217;altro. 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