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Fibra di carbonio: invecchiamento, degrado, rottura, riparazione

Bikelife, Materiali, Meccanica • di

Rottura fibra di carbonio

La fibra di carbonio è un materiale estremamente tecnologico e performante, che però mantiene attorno a sé la nomea di prodotto fragile, costoso sì ma poco adatto all’uso ciclistico. A volte, quando parlo con amici, mi viene chiesto: “ma tu, la bici, ce l’hai in carbonio?“, con il tono di chi debba confessare un segreto. È vero, il composito non è eterno e può soffrire l’invecchiamento, degrado e rottura, che sono aspetti che possono spaventare il ciclista. Vediamo quali sono i problemi della fibra di carbonio, come si manifestano, come individuarli per tempo e soprattutto come riparare la fibra di carbonio danneggiata.

Indice
Invecchiamento della fibra di carbonio
Degrado della fibra di carbonio
Rottura della fibra di carbonio
Riparare la fibra di carbonio
Concludendo

Invecchiamento della fibra di carbonio


Rottura fibra di carbonio

La fibra di carbonio è un materiale composito, che ha una struttura molecolare a catena. Quando questa catena molecolare si modifica per cause interne (dovute a variazioni della struttura polimerica), si assiste a un invecchiamento del materiale, che diventa meno resistente e più fragile, ovvero tende a enfatizzare la rottura di schianto senza dare preavviso né deformarsi.
Le eventualità che conducono all’invecchiamento della fibra possono essere:

Rottura fibra di carbonio

Scissione molecolare: un apporto di energia esterna di elevata quantità (come una caduta) può far scindere gli anelli della catena, dando vita così a un punto debole che non ha più le caratteristiche di resistenza della normale fibra;
Combinazione con radicale libero: all’interno della struttura molecolare della fibra sono presenti elementi esterni che non sono legati a nessun’altra molecola, poiché residui delle lavorazioni o dei trattamenti termici. Questi elementi, definiti radicali liberi, possono legare con le molecole della fibra, dando vita a una struttura nuova che non ha più le caratteristiche precedenti;
Cross-link: è l’eventualità più temuta, ovvero quando due spezzoni precedentemente combinati (come per esempio una molecola scissa e una legata con un radicale libero) si uniscono tra loro, abbattendo immediatamente le proprietà della fibra;

L’invecchiamento si rispecchia quindi in un decadimento delle prestazioni della fibra, che non è più quella originaria a livello molecolare e che in sostanza non è più in grado di reggere i carichi dell’uso ciclistico.

Degrado della fibra di carbonio


Rottura fibra di carbonio

A differenza dell’invecchiamento, che è dovuto essenzialmente a variazioni interne alla struttura molecolare del composito, il degrado è causato da agenti esterni che, combinandosi con il materiale ne diminuiscono la resistenza.


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Le cause principali di degrado sono:
Irradiamento: la fibra di carbonio soffre l’esposizione al sole, in cui raggi UV penetrano all’interno e vengono assorbiti, dando vita a modifiche a livello molecolare che riducono la resistenza del composito. Per questo la verniciatura di un telaio in fibra di carbonio è una parte fondamentale del processo costruttivo e deve essere effettuata con professionalità e con prodotti adeguati;

Temperatura: esporre la fibra di carbonio a temperature troppo elevate dà il via a dilatazioni termiche non controllate che ne pregiudicano la funzionalità, così come a veri e propri trattamenti termici che modificano la qualità stessa del composito (infatti le diverse tipologie di fibra vengono ricavate partendo dai medesimi materiali e poi variando la temperatura di trattamento);

Sollecitazione meccanica: i componenti in carbonio sono anisotropi, ovvero sono progettati per resistere a forze che agiscono parallelamente alla disposizione delle fibre e non a eventuali forze perpendicolari. Quindi, in seguito a colpi, botte, cadute, le fibre possono immagazzinare un’energia eccessiva alla quale non sanno resistere, dando vita alle famose cricche di cui parleremo più avanti;

Umidità: il composito teme molto l’umidità, poiché eventuali bolle di aria umida rimaste imprigionate nel materiale durante la costruzione potrebbero liquefarsi per via dell’escursione termica, sciogliendo quindi dei sali che produrrebbero un “effetto ghiaccio”, ovvero aumenterebbero di volume dando vita a zone più deboli. Questa situazione viene chiamata “blistering”;

Rottura fibra di carbonio

Per proteggere i componenti in fibra della nostra bicicletta dai fenomeni di degrado bisognerà tenere sott’occhio lo stato superficiale della vernice, soprattutto successivamente a cadute che possono aver abraso il primo strato esterno, composto da resina epossidica che ha funzione di protezione delle fibre. Inoltre si dovrà far controllare il telaio dopo una caduta particolarmente disgraziata ed evitare di esporre la bicicletta al sole diretto se vi sono difetti nella verniciatura.

Rottura della fibra di carbonio


Rottura fibra di carbonio

La fibra di carbonio si rompe, purtroppo. E lo fa secondo un comportamento che in meccanica viene definito fragile, cioè senza deformazione. Una barra di acciaio, per esempio, quando viene sottoposta a trazione si deforma e poi torna allo stato iniziale se la forza non supera il limite elastico, oppure si deforma in modo permanente e se questo limite viene superato. Quando la forza di trazione raggiunge un livello superiore al 20% del limite elastico, si ha la rottura. La fase che intercorre tra la deformazione permanente e la rottura si definisce snervamento. La fibra di carbonio ha uno snervamento molto vicino allo zero, ovvero la deformazione permanente è minima e a volte talmente impercettibile da definire la rottura come uno schianto senza preavviso.

Questo aspetto è pericoloso per il ciclista che gira con un componente rotto, soprattutto se non ne è a conoscenza, poiché la cricca, se interessa le fibre interne, non è visibile a occhio nudo. In sostanza, se con un telaio in acciaio abbiamo tempo per accorgerci del danno e porvi rimedio, con un telaio in carbonio questo margine si riduce drasticamente.

Rottura fibra di carbonio

La rottura parte sempre da una cricca nella struttura delle fibre, che diventano deboli e non resistono più alle sollecitazioni, affaticandosi. Questo affaticamento comporta un ampliamento della cricca fino a che la sezione resistente non è sufficiente a sopperire alle forze messe in atto durante l’uso e quindi si avrà la rottura. Un altro fattore che può far rompere la fibra di carbonio è l’incompatibilità elettrica con l’alluminio. Se per esempio si include in un componente in composito delle parti in alluminio si dovranno usare delle resine isolanti che non consentano alla differenza di potenziale elettrico di attivarsi e quindi di far decadere in fretta la fibra.

Rottura fibra di carbonio

Capiamo dunque che agire tempestivamente quando si è innescata una cricca permette di salvare il componente (e spesso anche i propri denti): ma come ci si può rendere conto che si è formata una crepa, soprattutto se è situata nelle fibre interne? Esistono dei segnali a cui prestare attenzione:

Rumorosità strana: si tratta di rumori anomali che non si erano mai manifestati in precedenza. Nonostante l’elevata capacità di assorbimento delle vibrazioni che può dar vita al famoso scricchiolìo in pedalata, una rumorosità molto accentuata e costante può essere sinonimo di rottura in atto;

Cambi di colore: spesso il degrado della fibra parte dalla resina, che si modifica e cambia colore. Se una zona definita di un componente presenta una colorazione differente dal resto, probabilmente si è innescata una rottura;

Perdita di rigidezza: i telai in fibra sono ciò di più rigido e reattivo esista nel mondo delle biciclette. Se quindi il componente diventa d’improvviso più flessibile, sta a significare che le fibre interne hanno ceduto.

Rottura fibra di carbonio

Queste appena elencate sono però solo delle sensazioni che possono avere un riscontro nella realtà ma allo stesso tempo essere solo “fisime” del ciclista. Come possiamo dunque verificare che la nostra paura sia concreta? Possiamo farlo in autonomia, mettendo in pratica una serie di test molto semplici che hanno però un’elevata efficacia:

Test visivi: osservare tutta la bicicletta (ottimo test da fare durante e dopo il lavaggio), per cercare superfici irregolari, graffi, macchie, cambi di colorazione, abrasioni, difetti nella verniciatura;

Test uditivi: provare a muovere il componente e verificare che non si presentino scricchiolii o cigolii strani e anomali, che non dovrebbero esserci;

Test durante l’utilizzo: se durante l’uso della bicicletta ci accorgiamo che la pedalata peggiora notevolmente, che il cambio non funziona bene nonostante una regolazione certosina o che il telaio o il componente sono diventati più flessibili e meno rigidi bisogna smettere immediatamente di usare il componente e portarlo a far controllare, poiché sta avvenendo una rottura.

Una volta compreso che le nostre paure hanno riscontro nella realtà, esistono dei test tecnici per capire e verificare con sicurezza che si è aperta una crepa e le fibre stanno cedendo. Si tratta di test che devono essere effettuati da aziende specializzate e con macchinari dedicati. Il primo è il test a ultrasuoni, dove delle onde sonore scansionano il pezzo alla ricerca di “rimbalzi” strani mentre il secondo è l’analisi termografica, dove uno scanner analizza le fibre esterne e interne, individuando le differenze di calore all’interno e localizzando il danno.

Riparare la fibra di carbonio


Rottura fibra di carbonio

Partiamo dicendo che un componente in fibra di carbonio può essere sempre riparato. Per farlo si dovranno apporre delle pezze di pelli preimpregnate di resina sulle zone interessate. Viene da sé che per prima cosa si dovrà procedere alla sverniciatura del telaio con sabbiatura o con agenti chimici. Nel caso di rottura e riparazione il fai da te è la peggior scelta possibile, poiché spesso è solo un intervento peggiorativo, per cui ci si deve sempre e solo rivolgere a dei professionisti. Infatti bisognerà usare solo prodotti che non leghino con il composito, abradere in modo delicato per non asportare la resina che fa da collante delle fibre, usare pelli dello stesso modulo, trama e intreccio della fibra originale e si dovrà poi riverniciare il telaio secondo procedure dedicate.

Il mio consiglio è di rivolgersi ad aziende o negozianti specializzati, di far visionare il problema e di far effettuare un test tecnico per avere la certezza della rottura in atto. Terminata questa fase fatevi fare un preventivo dell’eventuale riparazione, poiché a volte il costo è così alto da non giustificare l’intervento, rendendo più vantaggioso l’acquisto di un telaio in carbonio nuovo.

Concludendo


Rottura fibra di carbonio

La fibra di carbonio è un materiale spettacolare ma come tutte le cose su questa terra ha i suoi difetti e limiti. Per questo le biciclette realizzate in composito necessitano di una cura e di un’attenzione particolare, soprattutto per evitare che si verifichino le cause scatenanti dell’invecchiamento, del degrado o della rottura. Si può quindi capire che se non si è sicuri di essere in grado di porre questa attenzione e si ha un po’ paura degli aspetti svantaggiosi di questo materiale, converrebbe valutare l’acquisto di telai in materiali alternativi, poiché la fibra di carbonio non è l’unica soluzione per andare forte o lontano con le nostre due ruote a pedali.





9 Risposte a Fibra di carbonio: invecchiamento, degrado, rottura, riparazione

  1. martin rodriguez ha detto:

    Salve sono Martin
    vi volevo chiedere se posso candidarmi se c’è un posto libero nella ditta come riparatore.
    Ho anni e anni di esperienza nel campo della vetroresina infatti ho lavorato per una ditta di roma che costruisce canoe da competizione in fibra;sia vetro “s” che in carbonio.
    Poi ho lavorato all’estero ,in Argentina, per una ditta brasiliana che costruisce piscine in vetroresina
    Vi lascio il mio numero 3319023306
    Grazie
    Cordilai saluti
    Martin

  2. Diego ha detto:

    Buon giorno ho acquistato un telaio nuovissimo bici corsa stivens ma ho sbagliato il colore , vorrei sapere se si puo riverniciare . Attualmente è verde ma io lo vorrei yello fluo ,le chiedo cosa mi costerebbe e nel caso avrei anche due ruote in carbonio profilo alto 50/50 da fare dello stesso colore. La ringrazio spero di avere sue notizie .SalutiDiego

    • Omar Gatti ha detto:

      Buongiorno Diego,
      puoi certamente riverniciare il carbonio ma devi portarlo da aziende specializzate, perché andrà sverniciato e poi verniciato seguendo procedure particolari.

      Buone pedalate!

      Omar

  3. Giuseppe ha detto:

    Salve ho appena acquistato una bdc in carbonio, l’ho messa sul cavalletto con un reggisella in alluminio e sotto al movimento centrale un supporto corredato di gommapiuma per evitare pericolose oscillazioni, in pratica la bici è trattenuta dal reggisella ma bloccata sotto. Purtroppo ho notato una piccola abrasione nella vernice di circa 2 mm e tondeggiante però agli antipodi del punto di appoggio, ovvero nella parte superiore della scatola del movimento centrale, dove parte il fodero posteriore basso destro lato catena. La bdc è rimasta sul cavalletto per circa un’ora per regolazioni cambio, non credo che per un’ora si sia già potuto creare un danno… potrebbe essere solo una piccola abrasione e basta? Però non ricordo di aver urtato la BDC con oggetti. Grazie mille per l’attenzione

    • Omar Gatti ha detto:

      Ciao Giuseppe,
      data l’importanza, io farei valutare lo stato dell’abrasione da un meccanico serio e qualificato, che potrà aiutarti a capire l’entità del danno.

      Buone pedalate!

      Omar

  4. francesco ha detto:

    ho stortato leggermente il punto dove si attacca il forcellino del cambio .Volevo un consiglio se è possibile ripararlo eda chi ,premetto che abito in provincia di Milano

  5. Yuri ha detto:

    Buon giorno a tutti. Trovo l articolo molto interessante e ben fatto, complimenti. C’ è da considerare anche che c è carbonio e carbonio, nel senso che i costruttori di telai non sono tutti competenti alla stessa maniera. Un telaio in carbonio se ben costruito può durare molti anni e se ben tenuto anche una vita. Quindi chi possiede un ottimo telaio non ha motivo di fasciarsi la testa (e nemmeno la bici 😁) prima di rompersela…

  6. Marco ha detto:

    Salve, ho crepato leggermente il cannotto reggisella e quindi il reggisella tende ad abbassarsi anche con un prodotto specifico antiscivolo x carbonio, ci sarebbe un rimedio alternativo? Grazie

    • Omar Gatti ha detto:

      Ciao Marco,
      la tua situazione è al limite, il mio consiglio è di far riparare il telaio per la tua sicurezza.

      A disposizione e buone pedalate

      Omar Gatti

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