Pubblicato il 25/09/2017
I materiali dei telai delle bici e le loro caratteristiche: carbonio, alluminio, acciaio, titanio, magnesio
Il materiale per la produzione di telai e componenti è scelto a seconda delle esigenze costruttive e del costo, ma anche della geometria del prodotto finito, poiché forme ed incidenze dei tubi consentono di sfruttare diversamente i materiali e le caratteristiche specifiche.
La rigidità è la caratteristica di un telaio di trasmettere l'energia del ciclista al movimento propulsivo, assorbendone, e quindi disperdendone, il meno possibile.
Il comfort è dato dalla capacità del telaio di assorbire le vibrazioni che altrimenti verrebbero trasmesse al ciclista. Non sempre, per fortuna, rigidità e comfort sono inversamente proporzionali.
Ecco una breve descrizione di alcuni dei materiali principalmente impiegati nella realizzazione dei telai:
Acciaio
È il materiale "storico" con cui vengono costruiti i telai, utilizzato principalmente come lega di ferro e carbonio. Negli anni sono cambiati i componenti della lega per migliorare le caratteristiche e ridurre il peso, infatti nei telai in acciaio "moderni" sono presenti: manganese (per conferire durezza), cromo (per aumentare la resistenza), molibdeno (per ridurre la fragilità), vanadio (per rallentare l'invecchiamento) e niobio (per aumentare le caratteristiche meccaniche). Le leghe sono svariate, con differenti costi, in base all'utilizzo voluto per il telaio ed alle geometrie dei tubi realizzati. I telai di alta gamma hanno tubi con spessori variabili per diminuire il peso nei punti in cui sono meno sollecitati.
I pregi principali dell'acciaio sono il costo contenuto, o comunque la possibilità di un'ampia gamma di prezzi, la buona elasticità e la resistenza "modulabile" alle sollecitazioni (che si traducono in comodità di guida) ed alla fatica. Per contro, il materiale presenta particolare sensibilità alla corrosione (ruggine), in parte risolta scegliendo gli opportuni componenti delle leghe.
Alluminio
Le più diffuse sono le leghe alluminio-magnesio, alluminio-silisio-magnesio, alluminio-zinco e, per alcuni componenti, alluminio-rame.
Nei telai in alluminio sono presenti: magnesio (aumenta la resistenza alla corrosione), manganese (migliora la resistenza meccanica), rame (aumenta le caratteristiche meccaniche), silicio (riduce la dilatazione), scandio (migliora la rigidità, consentendo di avere tubi di diametro inferiore alla media dell'alluminio), zinco (migliora la resistenza meccanica), cromo, zirconio, vanadio, nichel e titanio (per migliorare la qualità della lega e le qualità meccaniche), ferro (impurità).
Il materiale ha peso specifico, resistenza e rigidezza pari ad un terzo dell'acciaio. I costruttori, per evitare un'eccessiva flessione del telaio che si innesca a causa dell'elevata elasticità, aumentano il diametro dei tubi (e non lo spessore per non aumentarne il peso). Ciò rende il telaio in alluminio generalmente più rigido di un telaio in acciaio, rigidità che comporta minori flessioni sul telaio, minor perdita di energia e maggior rendimento della pedalata. A parità di qualità del materiale, non si hanno grosse differenze di peso tra un telaio in alluminio ed uno in acciaio. L'alluminio, però, é un materiale che si degrada più rapidamente dell'acciaio, soprattutto a causa della bassa resistenza a fatica. Il boom dell'alluminio degli anni passati è dovuto anche al fatto che, a causa del maggiore diametro, i tubi sono più facili da fabbricare ed è possibile automatizzare il processo di saldatura con l’impiego di robot, abbattendo i costi di produzione.
Titanio
È il materiale più "nobile" impiegato nella realizzazione dei telai, perché garantisce elevata resistenza a flessione, compressione e corrosione, presenta il miglior rapporto peso-resistenza, e gode di un'elevata capacità di assorbimento delle sollecitazioni, garantendo quindi il comfort, nonostante sia più leggero dei materiali precedenti.
La lega di titanio (titanio-vanadio) impiegata nell'ambito della produzione dei telai ha un elevato grado di rottura e di resistenza alla corrosione. Purtroppo, però, il suo prezzo è elevato a causa delle difficoltà di lavorazione, soprattutto per i processi di taglio e saldatura.
Carbonio
Il materiale ha elevata rigidità e peso ridotto rispetto all'acciaio: due dei principali motivi per cui oggi è ormai molto diffuso. La fibra di carbonio è realizzata da fili di fibra, appunto, uniti tramite una mescola di resina. Il costruttore, scegliendo l'orientamento da conferire alle fibre, modifica le proprietà del prodotto finito. Il metodo di produzione è complesso ed incide sui costi.
Questo materiale consente di ottenere le geometrie più "strane", sia a seguito di analisi strutturali che di estetica, perché le pelli di fibre preimpregnate di resina vengono posate negli stampi con spessori e orientamento differenti a seconda delle caratteristiche che si vogliono conferire al telaio: diversi orientamenti, anche a parità di spessore, consentono di avere resistenze e rigidezze differenti nelle varie sezioni del telaio. Il materiale è successivamente compresso in autoclave e scaldato per indurire la resina.
I telai possono essere monoscocca (triangolo principale) o formati da due semi-telai incollati. Anche per il carbonio, il peso del telaio è simile a quello dell'alluminio.
Generalmente i tessuti utilizzati per i telai sono unidirezionali e a fibre incrociate a 45° per le parti strutturali, mentre le fibre sono UD, 1k, 3k o 12k (in ordine decrescente di "pregio") per lo strato di finitura estetica.
Agli inizi del suo impiego nella produzione di telai, il carbonio ha incontrato notevoli diffidenze e problemi, legati alla commercializzazione di prodotti poco collaudati e di costruzioni inaffidabili, come le congiunzioni in alluminio che innescavano cricche a seguito di reazioni con il carbonio o le errate tecniche di incollaggio delle fibre. Attualmente il mercato ha operato una selezione ed i produttori di telai in carbonio ben fatti vengono apprezzati dagli appassionati.
Una debolezza della fibra di carbonio è che, a seguito di danni, non sempre è conveniente ripararla, poiché sono necessari tecnici competenti ed appositi strumenti.
Per ulteriori approfondimenti in merito alla fibra di carbonio è possibile leggere l’articolo dedicato.
Magnesio
È il materiale emergente, anche perché è il più leggero avendo, al contempo, una buona capacità di assorbimento delle vibrazioni. La sua debolezza è dovuta all'alta sensibilità alla corrosione, che si può limitare riducendo la presenza di nichel, ferro e rame nelle leghe. Per ora, tuttavia, i costi rimangono proibitivi.
Conclusione
Può sembrare scontato, ma non esiste il materiale migliore in assoluto per la costruzione del telaio, perché non esiste il telaio ideale in assoluto: ognuno sceglie il materiale del proprio telaio in base alle caratteristiche che ritiene di dover prediligere per l'utilizzo della bici, alle proprie preferenze ed al proprio budget.