Nel mondo degli automodelli RC da competizione, fibra di carbonio e fibra di vetro emergono protagonisti tra i materiali ad alta resistenza e leggerezza.
Fibra di carbonio e fibra di vetro sono materiali compositi e in questo articolo esploreremo le loro caratteristiche e differenze.
Caratteristiche meccaniche dei materiali compositi
Le caratteristiche meccaniche e fisiche dei due materiali sono molto variabili in funzione delle tecniche di produzione e mediamente compresi in questi range di valori:
Resistenza (Gpa) | Elasticità (Gpa) | Densità (g/cm3) | |
Carbonio | tra 3.1 e 4.5 | tra 150 e 300 | tra 1,7 e 1,9 |
Vetro | tra 2 e 5 | tra 70 e 90 | tra 2,45 e 2,55 |
Confrontando la resistenza e il modulo elastico delle due fibre, notiamo che la resistenza è simile ma il modulo di Young (che indica la rigidezza) è decisamente differente. Questo significa che i due materiali si rompono con sollecitazioni simili, ma la fibra di vetro è capace di allungarsi molto di più prima di giungere a rottura.
Dai valori riportati notiamo anche che a parità di volume la fibra di vetro pesa il 30-35% in più della fibra di carbonio.
A sinistra la versione carbonio del telaio di un formulino e a destra quella in vetroresina
Caratteristiche delle lastre in fibra di carbonio e fibra di vetro
Le fibre sono filamenti capaci di resistere solamente ad uno sforzo assiale di trazione, ma quando sono disposte sotto forma di tessuti, le caratteristiche meccaniche dipendono dalla forma della tessitura, le cui due direzioni perpendicolari prendono il nome di trama e ordito.
Le immagini seguenti sono relative ai tessuti più diffusi chiamati Twill e Plain, largamente impiegati nella produzione di componenti in materiale composito per auto radiocomandate. Sono entrambi tessuti bilanciati, nel senso che la quantità di fibre orizzontali e verticali sono uguali.
Esistono anche tessuti cosidetti monodirezionali le cui fibre sono orientate in un’unica direzione, ma non trovano grande applicazione nella produzione di parti per automodelli RC.
Una lastra di fibra di carbonio o di vetroresina si ottiene impregnando più strati di tessuti con una resina epossidica, detta matrice.
Per la produzione di una lastra possono essere impiegati tessuti uguali o diversi, sovrapposti parallelamente, ortogonalmente o secondo direzioni angolate. Le caratteristiche finali di una lastra dipendono quindi da:
tipi di tessuto
numero di strati
orientamento degli strati
ordine di posa degli strati
Prendendo due parti di stessa forma e spessore, è impossibile stimare a priori le caratteristiche meccaniche, perchè dipende dai tessuti di partenza e dal procedimento di stratificazione.
I materiali compositi sono materiali non isotropi, ovvero materiali che non resistono allo stesso modo in tutte le direzioni. In funzione delle caratteristiche elencate sopra, si possono progettare le resistenze alla trazione e alla flessione in funzione della sollecitazione a cui il componente deve resistere.
Questo significa anche che se prendiamo due componenti identici realizzati uno in fibra di carbonio e l'altro in fibra vetro, l’unica caratteristica abbastanza certa è la differenza di peso.
A conferma di quanto detto, sono molti gli esempi di telai in carbonio (fibra più rigida) che vengono venduti come telai cosidetti “flessibili”, come quello in figura.
Si tratta normalmente di telai per fondi a scarsa aderenza, che sono progettati per essere leggeri e avere elevate rigidezze longitudinale e trasversale, ma bassa resistenza alla torsione.
Conducibilità termica ed elettrica
La diversa natura delle fibre si rivela anche nella conduzione del calore e della elettricità. La fibra di carbonio è un materiale che conduce calore ed elettricità. Se l’aspetto termico è poco utile nelle applicazioni in capo RC, quello elettrico è tutt’altro che irrilevante ed occorre evitare che connettori, spinotti o saldature vengano a contatto con il telaio dell'automodello o altre parti in fibra di carbonio. Nessun problema invece quando il contatto avviene con parti realizzate in fibra di vetro.
Costi e reperibilità sul mercato
La fibra di vetro è più economica da produrre e maggiormente disponibile sul mercato e di pari passo vanno i costi delle parti realizzate con l’una e con l’altra.
La fibra di carbonio è generalmente più costosa della fibra di vetro e richiede processi di lavorazione più complessi, anche perchè è una fibra cancerogena. Attenzione quindi a forare o smerigliare senza cautele e protezioni il carbonio, anche se le dovute cautele sono necessarie sempre, pure con la vetroresina.
Conclusioni
La fibra di carbonio e la fibra di vetro sono spesso impiegate negli automodelli RC per realizzare piastre di varia grandezza come telaio, piastre radio e upperdeck, torri ammortizzatori, bracci sospensioni e altre piccole componenti di rinforzo.
L’impiego di questi materiali è giustificato dalle pregiate caratteristiche dei materiali che negli automodelli radiocomandati ad alte prestazioni offrono certamente un plus tecnico; ma occorre anche considerare che molti componenti in materiale composito hanno spesso lo scopo di abbellire i modelli e renderli più accattivanti, a dispetto del reale aumento delle prestazioni. Ma si sa…. anche l’occhio vuole la sua parte 😉.