A fibra de carbono foi usada pela primeira vez na indústria aeroespacial. Com o passar do tempo, a fibra de carbono foi amplamente usada em vários setores. Na indústria de bicicletas, a fibra de carbono é o principal material usado em aros de carbono de alto desempenho devido à sua excepcional relação resistência-peso, rigidez e propriedades aerodinâmicas. Aqui está uma análise detalhada de como a fibra de carbono é utilizada em aros de carbono:
1. Tipos de fibra de carbono usados
A. Matérias-primas
Fibra de carbono baseada em PAN: Mais comum (por exemplo, Toray T700/T800/T1000), oferecendo um equilíbrio entre resistência e preço acessível.
Fibra de carbono baseada em pitch: Usado em aplicações de módulo ultra-alto (por exemplo, Mitsubishi Dialead), mas mais caro.
B. Formatos de Fibra
Carbono unidirecional (UD): As fibras correm paralelas para máxima rigidez em áreas de suporte de carga (por exemplo, leitos de raios, pistas de freio).
Carbono Tecido (2D/3D): Tramas cruzadas (por exemplo, 3K, 12K) para resistência ao impacto e rigidez torcional.
Layups híbridos: Combinado com Kevlar ou fibra de vidro para maior durabilidade (comum em aros de cascalho/MTB).
2. Principais componentes de um aro de carbono
A. Camadas Estruturais
Casca externa: Carbono trançado para resistência ao impacto (por exemplo, trama 3K para acabamento cosmético).
Corpo principal da UD: Fibras unidirecionais alinhadas com o formato do aro para rigidez ideal.
Reforços de alta tensão:
Furos para raios: Camadas extras de UD ou inserções de titânio para evitar rachaduras.
Gancho de contas (se estiver enganchado): Envoltórios de carbono adicionais para fixar o pneu.
Pista de freio (aros com freio de aro):Revestimentos de resina resistente ao calor + cerâmica.
B. Tecnologias Principais
Projeto de núcleo oco: Cavidades internas ou núcleos de espuma reduzem o peso, mas mantêm a resistência.
Forma toroidal: Perfis aerodinâmicos (por exemplo, covinhas ABLC da Zipp) otimizam o fluxo de ar.
Sem gancho vs. com gancho:Os aros sem ganchos contam com paredes laterais reforçadas em vez dos ganchos tradicionais.
3. Processo de fabricação
Colocar:Folhas de carbono são cortadas e empilhadas em moldes com orientações precisas das fibras.
Infusão de resina: A resina epóxi liga as fibras (aplicação manual ou pré-impregnação automatizada).
Cura:Alta pressão/temperatura em autoclave ou forno.
Pós-processamento: Usinagem CNC para furos de raios, trilhos de freio e acabamento de superfície.
4. Vantagens de desempenho
Peso: 30–50% mais leves que aros de alumínio (por exemplo, 1.200 g vs. 1.800 g para um conjunto de rodas).
Rigidez: Maior rigidez lateral para melhor transferência de potência.
Aerodinâmica: Perfis mais profundos (50 mm+) reduzem o arrasto em altas velocidades.
Durabilidade: Resistente à fadiga (sem rachaduras por fadiga no estilo metálico).
5. Limitações
Custo: As rodas de carbono de alta qualidade são 2 a 5 vezes mais caras que as de alumínio.
Sensibilidade ao Impacto: Impactos fortes podem causar delaminação (menos tolerante que o metal).
Gerenciamento de calor:Aros de carbono com freio de aro exigem descida cuidadosa para evitar falha da resina.
