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May 22, 2023

Fibra de carbon

La vida secreta de la fibra de carbono: el material más omnipresente del ciclismo. Dado que el carbono

La vida secreta de la fibra de carbono: el material más omnipresente del ciclismo.

Desde que la fibra de carbono se hizo cargo del mundo del ciclismo de alto rendimiento hace casi dos décadas, la industria de las bicicletas ha seguido produciendo diseños cada vez más ligeros, rígidos e impresionantes que eran imposibles de hacer en metal.

Pero los productos de fibra de carbono también pueden ser más oscuros y misteriosos que sus contrapartes de metal. Aquí hay 11 datos que quizás no conozcas sobre el material.

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Simplemente parece de esa manera. Es cierto, la mayoría de los productos de fibra de carbono de la industria del ciclismo provienen de China, Taiwán y, cada vez más, de Vietnam e Indonesia. Pero algunos cuadros y piezas de fibra de carbono también se fabrican en fábricas de bicicletas de EE. UU. (Allied, Guerrilla Gravity, Zipp, Enve y Argonaut, por ejemplo), Portugal, Túnez (Look) e Italia (Sarto, Basso, Colnago's C68).

A pesar de su reputación como material aeroespacial, la fibra de carbono es en realidad tan fácil de trabajar a pequeña escala como los tubos de metal. Las tiendas estadounidenses más pequeñas e incluso los constructores individuales pueden trabajar con carbono, y no solo con los tubos terminados disponibles en compañías como Dedacciai de Italia o Rock West en Utah. Constructores como Craig Calfee, Nick Crumpton y Matt Appleman, todos los cuales exhibieron en el North American Handmade Bike Show, crean sus propios cuadros a partir de láminas de carbono de la misma manera que lo hacen los grandes constructores como Giant.

[Explicación de las diferencias entre los materiales del cuadro de la bicicleta]

La fibra de carbono en sí misma generalmente está hecha de un material llamado fibra de poliacrilonitrilo (PAN). Un precursor menos común se llama tono. La fibra PAN se cocina a temperaturas extremadamente altas, lo que quema todo el material que no es de carbono y deja una serie de fibras muy delgadas y largas. Cuanto más procesamiento, más aumenta la rigidez.

Es un proceso industrial sofisticado, y solo unas pocas empresas en todo el mundo tienen la capacidad de fabricar fibra de carbono en bruto. A partir de 2010, según un informe del Departamento de Energía de EE. UU., más del 90 por ciento del suministro mundial de fibra de carbono proviene de solo seis empresas: Toray, Teijin (Toho Tenax), Mitsubishi Chemical Corporation, Zoltek, Hexcel y Cytec. Toray, Teijin y Mitsubishi representan casi dos tercios de la producción mundial de fibra de carbono. Zoltek, Hexcel y Cytec tienen su sede en los EE. UU. y producen un poco menos de un tercio de la fibra de carbono del mundo.

La fibra de carbono se presenta en varias formas: hilo crudo o fibra laminar (ambas fibras continuas) y fibra de estopa corta que puede presentarse en forma de láminas o grupos de fibra cortada de longitud muy corta. La fibra picada se utiliza en productos como cuerpos de pedales. El estilo de sábana es más común en los cuadros de bicicleta, y es lo que parece: láminas continuas de fibra de carbono (llamadas capas), que parecen rollos de tela y generalmente tienen el mismo ancho y vienen envueltas en carretes gigantes. El hilo crudo es mucho menos común en la industria de las bicicletas; solo un puñado de fabricantes de bicicletas como Giant y Time tienen la capacidad técnica para trabajar con hilo en bruto.

Decimos "fibra de carbono", pero lo que realmente queremos decir es "compuesto de fibra de carbono": no es el único material de su cuadro. Esto se debe a que las increíbles propiedades de rigidez de la fibra de carbono tienen un precio: por sí sola, es bastante frágil y propensa a partirse y agrietarse. Para preservar sus capacidades, se suspende en un material similar al pegamento llamado resina epoxi antes de moldearse, formando un material compuesto. La mayor parte de la fibra de carbono utilizada en la industria de las bicicletas viene en esta forma, que se denomina "preimpregnada".

La resina cumple dos tareas. En primer lugar, mantiene unido el carbono, tanto las fibras individuales dentro de una capa como, una vez curado, la orientación de dos capas entre sí. En segundo lugar, la resina agrega dureza y durabilidad cruciales. Es ligeramente plástico y se deforma bajo el impacto para ayudar a absorber golpes fuertes como un choque o el golpe de una roca, sin crear una división crucial entre las fibras.

Todas las empresas de bicicletas agregan liberalmente su literatura sobre diseño de cuadros con palabras de moda como módulo alto o incluso "módulo ultra alto". Pero esos términos no son propios de la industria de las bicicletas. La fibra de carbono se clasifica por su rigidez, clasificada en términos de módulo de tracción, o cuánto se deformará un material bajo carga. Para la fibra de carbono, esas clasificaciones y el rango de rigidez de cada cubierta están establecidos por la Asociación de Fabricantes de Fibra de Carbono de Japón (JCMA).

La mayor parte de la fibra de carbono utilizada en la industria del ciclismo es de módulo estándar o módulo intermedio; en marcos más caros, los grados más altos entran en juego. Pero eso no suena muy sexy, por lo que a menudo hay un poco de calificación en la curva a medida que las empresas introducen alta modulación y UHM en su copia. Algunas empresas se están alejando de masajear el sistema de clasificación por completo, simplemente creando su propio sistema de clasificación de carbono con términos de marketing específicos de la empresa como FACT o Advanced Grade.

Un buen cuadro de fibra de carbono tiene una mezcla de fibras de carbono de diferentes tipos, cada una utilizada en diferentes lugares en un cuadro para propósitos muy específicos. La fibra de alto módulo es costosa (gracias a todo ese procesamiento), por lo que las empresas de bicicletas usan juiciosamente cantidades relativamente pequeñas en áreas clave como el tubo inferior, el pedalier y las vainas para resistir las fuerzas del pedaleo y hacer que la bicicleta sea más rígida. Pero se colocan en el molde junto con módulo estándar e intermedio y fibra de alta resistencia para crear el tipo de durabilidad, rendimiento y calidad de conducción que tiene un buen cuadro de carbono.

La fibra de carbono es un excelente material para bicicletas por dos razones. En primer lugar, es más rígido y pesa menos que casi cualquier otro material que conozcamos. En segundo lugar, a diferencia del metal, la rigidez de la fibra de carbono se puede manipular con precisión; sus propiedades de rigidez se aplican solo unidireccionalmente, o a lo largo del eje longitudinal de las propias fibras, por lo que la rigidez se puede ajustar en función de cómo se oriente o coloque el compuesto de fibra de carbono en el molde. Eso se llama anisotropismo. Los metales, por el contrario, son isotrópicos y exhiben las mismas propiedades de resistencia y rigidez a lo largo de cualquier eje del material.

Los ingenieros utilizan sofisticados programas de software que tienen en cuenta el grado de carbono, la resina, la forma, el tamaño y la orientación de la capa de fibra de carbono, e incluso su ubicación en el molde. Así es como los marcos se optimizan para una ligereza o rigidez extremas, o ambas, pero esos programas y la experiencia de posgrado para ejecutarlos son costosos. Eso, y el costo del carbono High Modulus necesario para realizar los diseños más modificados, es lo que hace que las mejores bicicletas de fibra de carbono sean mucho más caras que incluso sus pares de gama media.

Ese aspecto clásico de fibra de carbono entretejido en realidad no es un gran atributo de rendimiento. Una capa tejida agrega algo de rigidez, pero uno de sus propósitos principales es agregar una lámina superior que está bien para abolladuras, rayones y abolladuras, ya que la mayoría de las propiedades estructurales del marco o parte provienen de la fibra unidireccional debajo.

También proporciona una capa cosmética que muestra la artesanía de un constructor, ya que alinear los bordes de una lámina tejida en el molde para crear una costura perfecta requiere una gran experiencia. Sin embargo, cada vez más, los fabricantes de bicicletas y piezas se saltan por completo una capa superior tejida y solo dejan que la fibra unidireccional sirva como piel cosmética.

La construcción de cuadros personalizados a menudo se asocia con acero y titanio, pero cada cuadro de carbono, rueda, manillar u otra pieza hecha con lámina de fibra de carbono requiere un trabajo manual intenso, ya sea que el cuadro sea un modelo personalizado de un pequeño constructor como Crumpton, o un modelo de producción de Giant o Trek.

Las capas individuales de carbono a menudo se cortan de una hoja con una máquina controlada por computadora, pero ese es el único proceso automatizado durante la producción: una estructura o pieza compuesta de fibra de carbono debe ensamblarse en un molde con precisión de acuerdo con el programa de colocación, un proceso que aún no se ha automatizado. En instalaciones más pequeñas, una persona puede colocar un marco completo. En los más grandes, los trabajadores crearán una disposición para una parte específica de un marco, como un área de soporte inferior, luego pasarán la pieza a otros trabajadores para que la coloquen alrededor de los tubos y la coloquen en el molde final para el curado.

Incluso el proceso de poscurado, donde un marco se desmolda, se limpia y se pinta, requiere mucha atención. Trabajadores expertos examinan el marco o la pieza en busca de problemas como arrugas en el carbono o puntos donde las capas no se compactan uniformemente, lo que podría causar una falla.

Es un error común pensar que una vez que se daña un marco o una pieza de fibra de carbono, está frito. Pero al igual que un marco de acero o titanio, un marco de fibra de carbono a veces se puede reparar. El proceso no es muy diferente: la sección dañada se corta y luego se une con material nuevo que se cura, lija y pinta para que coincida. Con las reparaciones de carbono más expertas, es posible que ni siquiera pueda ver la parte afectada.

Pero este es un trabajo para expertos. Hay kits de reparación de fibra de carbono de bricolaje, pero están destinados principalmente a productos como remos de kayak. Los cuadros de las bicicletas son estructuras de carga complejas que tienen que soportar el estrés de fuerzas como las carreras de velocidad y las curvas de alta velocidad. Si su cuadro de fibra de carbono está dañado, el fabricante puede tener un proceso de reparación interno, o puede acudir a un tercero de confianza como Calfee Design. Pero bajo ninguna circunstancia debe intentar repararlo usted mismo.

El auge de la fibra de carbono ha permitido una explosión de estilos de cuadro distintivos. Es posible identificar una Pinarello o una Specialized solo por la silueta de un cuadro. Pero ese diseño industrial distintivo también hace que los marcos sean particularmente susceptibles de ser copiados por falsificadores.

Es relativamente simple crear un molde a partir de una versión real de un marco terminado (o incluso fotografías detalladas del producto). Pero los materiales, la distribución y los métodos de construcción pueden diferir por completo. Muchos falsificadores carecen de la capacidad de fabricación sofisticada y utilizan materiales de relleno baratos para imitar la apariencia exterior de las bicicletas falsificadas. Como dijo el exdirector del laboratorio de pruebas de Specialized, Santiago Morales, sobre las falsificaciones: "No es un producto diseñado de ninguna manera; es como un lienzo que está pintado para que luzca igual".

Joe Lindsey es un periodista independiente desde hace mucho tiempo que escribe sobre deportes y actividades al aire libre, salud y estado físico, y ciencia y tecnología, especialmente donde se superponen los tres elementos en ese diagrama de Venn.

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