La fibra di carbonio è stata utilizzata per la prima volta nell'industria aerospaziale. Con il passare del tempo, la fibra di carbonio è stata ampiamente utilizzata in vari settori. Nell'industria delle biciclette, la fibra di carbonio è il materiale principale utilizzato nei cerchi in carbonio ad alte prestazioni grazie al suo eccezionale rapporto resistenza/peso, alla rigidità e alle proprietà aerodinamiche. Ecco una ripartizione dettagliata di come la fibra di carbonio viene utilizzata nei cerchi in carbonio:
1. Tipi di fibra di carbonio utilizzati
A. Materie prime
Fibra di carbonio a base di PAN: I più comuni (ad esempio Toray T700/T800/T1000), che offrono un equilibrio tra resistenza e convenienza.
Fibra di carbonio a base di pece: Utilizzato in applicazioni a modulo ultra-elevato (ad esempio, Mitsubishi Dialead), ma più costoso.
B. Formati in fibra
Carbonio unidirezionale (UD): Le fibre sono disposte parallelamente per garantire la massima rigidità nelle aree soggette a carico (ad esempio, sedi dei raggi, piste dei freni).
Carbonio intrecciato (2D/3D): Intrecci a trama incrociata (ad esempio 3K, 12K) per resistenza agli urti e rigidità torsionale.
Tiri liberi ibridi: In combinazione con Kevlar o fibra di vetro per una maggiore durata (comune nei cerchi gravel/MTB).
2. Componenti chiave di un cerchio in carbonio
A. Strati strutturali
Guscio esterno: Carbonio intrecciato per resistenza agli urti (ad esempio, intreccio 3K per finitura estetica).
Corpo principale UD: Fibre unidirezionali allineate alla forma del cerchio per una rigidità ottimale.
Rinforzi ad alto stress:
Fori per raggi: Strati UD extra o inserti in titanio per prevenire le crepe.
Gancio per perline (se agganciato): Ulteriori rivestimenti in carbonio per fissare il pneumatico.
Pista frenante (cerchi per freni a cerchione): Resina resistente al calore + rivestimenti ceramici.
B. Tecnologie di base
Design a nucleo cavo: Le cavità interne o i nuclei in schiuma riducono il peso mantenendo la resistenza.
Forma toroidale: I profili aerodinamici (ad esempio le fossette ABLC di Zipp) ottimizzano il flusso d'aria.
Senza gancio vs. agganciato:I cerchi hookless si basano su fianchi rinforzati anziché sui tradizionali ganci.
3. Processo di produzione
Layup:I fogli di carbonio vengono tagliati e impilati in stampi con orientamenti precisi delle fibre.
Infusione di resina: La resina epossidica lega le fibre (pre-impregnate manualmente o in modo automatizzato).
Stagionatura: Alta pressione/temperatura in autoclave o forno.
Post-elaborazione: Lavorazione CNC per fori dei raggi, piste dei freni e finitura superficiale.
4. Vantaggi in termini di prestazioni
Peso: dal 30 al 50% più leggero dei cerchi in alluminio (ad esempio, 1.200 g contro 1.800 g per un set di ruote).
Rigidità: Maggiore rigidità laterale per un migliore trasferimento di potenza.
Aerodinamica: I profili più profondi (oltre 50 mm) riducono la resistenza alle alte velocità.
Durata: Resistente alla fatica (nessuna cricca da fatica di tipo metallico).
5. Limitazioni
Costo:I cerchi in carbonio di alta gamma sono da 2 a 5 volte più costosi di quelli in alluminio.
Sensibilità all'impatto:I colpi violenti possono causare delaminazione (meno tollerante rispetto al metallo).
Gestione del calore: I cerchi in carbonio per freni a pattino richiedono una discesa attenta per evitare la rottura della resina.
