Explicação dos materiais do quadro da bicicleta: fibra de carbono

A fibra de carbono aparentemente assumiu o papel de material preferido para quadros de bicicletas.

Mas nem sempre foi assim. Nas décadas de 80 e 90, o aço e o alumínio dominaram a indústria. O titânio era para quadros personalizados ou bicicletas na ponta da lança. Os quadros das bicicletas em fibra de carbono estavam em alta, mas o material ainda era inacessível para a maioria.

Os preços mudaram de forma interessante nos últimos mais de 30 anos de desenvolvimento de quadros de bicicletas. A fibra de carbono, o material de estrutura mais raro do passado, é agora comum. Embora ainda sejam caros, os preços caíram.

O aço costumava ser acessível e ainda pode ser. Mas agora, os construtores personalizados estão obtendo preços premium para o que costumava ser o material de estrutura mais comum. O titânio e o alumínio parecem ter mantido a sua posição relativa na hierarquia de preços dos materiais da estrutura.

Esta é a nossa análise dos comos e porquês dos quadros de bicicletas de fibra de carbono.

A fibra de carbono é um excelente material para fabricar um quadro de bicicleta. A relação resistência/peso dos quadros de carbono das bicicletas é imbatível e as marcas podem “programar” outras características. Os fabricantes podem alterar o tamanho e a direção da fibra, o padrão de tecelagem, se houver, o número de camadas, o formato das peças e o agente de ligação.

Os quadros de fibra de carbono começam pelo que parecem; filamentos finos 10 a 20 vezes menores que um fio de cabelo humano. Os fornecedores de tecidos de carbono agrupam os filamentos para formar um “reboque” ou fita. O número de filamentos por reboque geralmente descreve o carbono na indústria do ciclismo. O carbono “3K” tem 3.000 filamentos por reboque.

Os fornecedores combinam os cabos de fibra de carbono com um agente de ligação, geralmente uma resina epóxi de duas partes. Nesta fase, a resina e a estopa são agora um material compósito que a indústria chama de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP).

Os filamentos de carbono por si só são incrivelmente leves. A resina epóxi, por outro lado, é pesada. Portanto, os fabricantes fazem tudo o que podem para limitar a quantidade de resina e quaisquer vazios no compósito.

A “receita” de filamentos e resina que os produtores de fibra de carbono seguem afeta o “módulo” da fibra de carbono. Este termo aparece frequentemente em materiais de marketing para quadros e rodas de bicicletas de fibra de carbono. Módulo refere-se à rigidez do CFRP.

Embora possa parecer que mais rigidez é melhor, isso também significa que a fibra de carbono tem menos resistência. Assim, como muitos aspectos de uma bicicleta, é um compromisso. Além disso, a fibra de carbono de módulo mais alto é mais cara de produzir.

O tecido de fibra de carbono geralmente é enviado para fabricantes de estruturas em rolos “pré-impregnados”. O fornecedor de fibra de carbono impregna o tecido com resina epóxi, para que o fabricante da moldura não precise realizar essa etapa. O material está pronto para ser cortado em pedaços e colocado em moldes.

Pelo menos uma marca aplica resina em tecido seco de fibra de carbono colocado sobre formas de cera. Outros processos, comoimpressão de quadro de bicicleta de fibra de carbono, estão se desenvolvendo.

A maioria das bicicletas e componentes de fibra de carbono hoje utiliza resina epóxi como agente de ligação. Algumas empresas menores estão empregando polímeros de cadeia longa como agentes de ligação. Isto confere uma característica de flexão diferente ao produto final. E também o torna reciclável, ao passo que os produtos de fibra de carbono que utilizam resina epóxi não o são.

Os fabricantes de esquadrias criam suas próprias “receitas” de peças de fibra de carbono, colocadas em moldes de sua criação e “assadas” em seu processo específico. Cada uma das muitas variáveis ​​confere ao quadro da bicicleta a rigidez lateral, a conformidade vertical, a resistência ao impacto e outros atributos físicos que a equipe de projeto almeja.

Os trabalhadores colocam o tecido pré-impregnado de fibra de carbono sobre as mesas e cortam centenas de peças individuais que formam uma moldura. Essas peças são então colocadas manualmente em moldes, geralmente feitos de metal, na ordem e na direção das fibras especificadas pelos engenheiros.

As marcas de estruturas de fibra de carbono determinam a quantidade de sobreposição e o número de camadas necessárias para produzir os atributos desejados. O “manual de instruções” para este processo de disposição é o cronograma de disposição, que pode variar para cada tamanho de estrutura para lidar com as diferentes cargas.