Duração e resistência do quadro de carbono

Quando se falam em força de um material, sempre se referem a força de tração que é quanto é necessário em força de tração para romper um fio de 1mm² desse material. Quando se testa assim, sempre um fio de aço de 1mm² é mais forte do que um fio de alumínio de 1mm², por isso aço é usado em locais onde se precisa de muita força sem que se tenha voluma, como em correntes (óbvio que corrente precisa também de dureza). Mas esse fio de aço será mais forte do que o de alumínio na relação força/volume, já que o fio de aço será mais pesado. Agora se pegarem o fio de aço com 1mm² e outro de alumínio com área de 2,85x maior do que o fio de aço, ambos vão ter o mesmo peso, mas com maior diâmetro para o alumínio e aí o alumínio (dependendo da liga) fica mais forte que o aço em resistência a tração considerando a relação força/peso. Por isso que fibra de carbono é mais resistente, pois é mais leve e pode usar mais volume. Lembrando que o teste de carbono, geralmente fazem só com a fibra em si, sem a resina. Com a resina ficaria mais fraco nesse teste. Mas levando em consideração o peso, sempre a carborresina é mais resistente a tração. Óbvio que tem aços como o Reynolds 953 que pode fazer tubos com paredes bem finas, mas aí já sofre outros problemas como perfuração e/ou amassados em batidas pontuais, sem falar dificuldades de solda, etc. Carbono tem vantagem absurda em fazer peças leves por poder direcionar as fibras na direção da força que vai ser aplicada, pois é um material não isotrópico como metais. Fora que pode se variar a espessura das paredes de forma infinita. Por isso ficam bem leves. Mas tem alguns problemas. Por não ser isotrópico como os metais que apresentam força em todas as direções, um quadro pode ser feito para não quebrar nunca com as forças normais impostas a ele, mas quebrar com uma força atípica como uma pancada num local não planejado, já um quadro de alumínio é mais pesado, mas tem esse bônus de apresentar força em todas as direções suportando melhor um impacto num local atípico. Agora se você pegar um componente que precisa que suporte forças em todas as direções como uma mesa, não vale a pena ser de carbono, pois vai precisar ter fibra em todas as direções possíveis e com isso fica pesando o mesmo que alumínio, só que muito mais caro. Por isso essas peças são conhecidas como “alumínio negro”. Sem falar que resistência a abrasão do carbono é ridícula. Basta ficar roçando um conduíte que ele se desgasta absurdamente, mais que alumínio que já sofre disso também. Baseado nisso, se um quadro em carbono fosse usado sem tombos e sem nada raspando nele, ele deveria durar uma eternidade, pois com forças aplicadas na direção nunca ele iria quebrar e teria resistência a fadiga infinita. Mas no mundo real nem tudo é assim. Se você pegar um quadro de carbono de grandes marcas com garantia vitalícia vai ver que o quadro de alumínio é feito para 136kg e de carbono para 125kg. Que os componentes de alumínio são para 136kg e de carbono para 109kg, ou seja, fora o carbono já proporcionar peças mais levas com a mesma resistência, eles ainda baixaram a resistência para diminuir o que já era mais leve.

Em testes de fadiga de quadros, tem quadro de alumínio que quebra antes do fim do teste. Até quadro da Litespeed de titânio quebrou. E vários de carbono também. Assim como tem quadros antigos da Trek OCLV que desligaram a máquina ao terminar os ciclos de teste sem que ele tenha quebrado e alguns de alumínio também. Testes em guidões são interessantes. Schmolke liga a máquina e o guidão já quebra. Outros de carbono da Syntace duram até desligarem a máquina. Portanto, na vida real, tem 2 pontos a considerar. Não basta o material para saber se é resistente ou não, pois tem marcas que duram e outras que não, mesmo sendo do mesmo material. E o segundo problema como dito são forças atípicas aplicadas ao quadro de carbono, como um tombo. Tanto que fosse pelos testes de fadiga, deveriam dar garantia infinita ao carbono e bem pequenas para alumínio e na prática, não é isso que ocorre.

Outro ponto é ver que Specialized, Syntace e outros que produzem guidões de qualidade em carbono, não produzem mesas em carbono. Thomson também não, embora Thonson em testes não é tudo isso que muitos acham.

Se analisarmos carbono e alumínio, o carbono é MUITO mais resistente, mas eles testam só a fibra em si, e material de bike é carborresina que tem peso especifico por volta de 1,55g/cm³ contra 2,7g/cm³ do alumínio. E os aços giram em torno de 7,7g/cm³. Titânio uns 4,7g/cm³. Então quando fazem o teste com o carbono e resina esse valor cai, mas mesmo assim