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Le Stampelle in Fibra di Carbonio e l'Assorbimento degli Urti

Caratteristiche della fibra di carbonio


La fibra di carbonio è lo sviluppo più recente nel campo dei materiali compositi, seguendo l'idea che unendo fibre sintetiche con varie resine, si possano ottenere materiali a bassa densità, altamente resistenti e durevoli.

La fibra di carbonio (FC) è stata inizialmente sviluppata per l'industria spaziale, ma ora si è diffusa in altri settori: l'industria dei trasporti, l'aeronautica, gli sport di alta competizione e, ultimamente, abbiamo trovato la FC anche in portafogli e orologi tascabili.

La FC è composta da molti fili di carbonio. Ne esistono di molte classi, con proprietà diverse, adattate a molte applicazioni.

La sua resistenza è quasi 3 volte superiore a quella dell'acciaio e la sua densità è 4,5 volte più piccola.

Altre proprietà molto preziose nella fibra di carbonio sono la resistenza alla corrosione, al fuoco, l'inerzia chimica e la conduttività elettrica. Di fronte a variazioni di temperatura, mantiene la sua forma.

La fibra di carbonio è un polimero trasformato in fibra. La cristallografia a raggi X ci consente di conoscere l'esatta struttura di ciascun tipo di CF. Stranamente ci ricorda molto alla grafite: una struttura esagonale. La grafite delle matite, è esattamente l'opposto: morbida e fragile.

La FC è classificata dal numero di filamenti, in migliaia, di cui è composto il filamento. Un FC 3k (3000 filamenti) è 3 volte più forte di uno solo di 1k, ma pesa anche 3 volte di più.



Usi della fibra di carbonio


L'industria dei trasporti, in particolare l'industria aerospaziale, è alla ricerca di materiali compositi da decenni per sostituire il metallo. L'obiettivo è di ridurre il peso del veicolo e aumentarne l'efficienza. L'industria dei satelliti e degli aerei militari è avanti; l'alto prezzo della fibra di carbonio non è un inconveniente.

L'X-32A, di Boeing, è un eccellente esempio

Gli aerei commerciali hanno già raggiunto il 10-25 percento del peso totale dell'aeromobile. Per la prima volta Boeing offre ora il 787, per 250 posti, con il 50 per cento del peso in C, principalmente in fibra di carbonio (FC).

In articoli sportivi: canne da pesca, racchette da neve, biciclette, auto di formula 1, la fibra di carbonio è già popolare, anche se di alto prezzo.

La penetrazione continuerà ad aumentare fino a raggiungere le auto della serie.

In costruzione, un settore in cui il peso è secondario, la fibra di carbonio è già utilizzata in ponti e passerelle. Porta anche vantaggi economici rispetto ai metodi tradizionali.



La fibra miracolosa


L'Associazione giapponese dei produttori di FC la chiama: "Leggera, forte e resistente".

Indubbiamente ha un grande futuro industriale, anche al di fuori dell'area aeronautica-spaziale. È il materiale tecnologico del 21° secolo, precursore dei nanomateriali. Prezzo elevato, ma con tendenza a scendere.

Proprietà meccaniche a bassa densità, squisita, elettricamente conduttiva, alto modulo elastico e tensile, resistente al calore, bassa dilatazione termica, stabilità chimica, termoconduttiva e anche permeabile ai raggi X, una proprietà importante in attrezzature mediche.



Un ammortizzatore naturale: Le proprietà anti-shock del carbonio e le nostre Stampelle Canadesi


Ergonomia, peso e maneggevolezza sono tutte considerazioni estremamente importanti quando si valuta una stampella, ma non dovremmo fermarci qui.

L'assorbimento degli urti è una caratteristica importante e spesso ignorata.

Cosa causa affaticamento a un portatore di stampelle?

Urti e vibrazioni causano affaticamento a chi usa le stampelle, e questo diventa ancora più importante quando si tratta di lunghi periodi, si percorrono lunghe distanze o ci si fa sport.

La stampella è un dispositivo di trasmissione dell’onda di impatto proveniente dalla superficie sulla quale si cammina o si corre. Abbiamo bisogno di una certa rigidità per mantenere un certo livello di maneggevolezza. Purtroppo questa rigidità causa molto stress alle nostre articolazioni durante la camminata.

Gli impatti della stampella sul pavimento mentre camminiamo vengono quindi trasmessi al nostro corpo. Quanta parte di quella forza d'urto si riflette nelle nostre articolazioni?

Questo dipende principalmente dalla quantità di deflessione che si verifica tra la sorgente di input e il nostro corpo. Una stampella rigida ha il minimo di deflessione possibile. Le forze l’urto colpiscono i nostri polsi, le articolazioni del braccio, le spalle, il collo. Ciò che inevitabilmente segue è un riverbero proveniente dall'improvviso picco di forza che si è appena trasmesso attraverso stampella. Più breve è l'impulso d'urto e più alta è la forza d'impatto, peggio è questo riverbero. Potrebbe non sembrare un grosso problema una o due volte, ma a lungo andare questo provoca fatica sul corpo.

Ecco il motivo per il quale tante persone cercano stampelle con ammortizzatore.

La fibra di carbonio attenua l’impatto iniziale e il seguente riverbero in modo totalmente naturale, grazie alle caratteristiche intrinseche di smorzamento strutturale.

Pensate a un batterista che colpisce un piatto e allo schianto che ne segue. Immaginate quindi di colpire un piatto con una bacchetta di gomma. Sentiremmo solo un tonfo sordo. Questo è lo smorzamento strutturale. E se quel piatto fosse fatto d'acciaio? Che ne dite di alluminio?

Consideriamo ora un piatto in fibra di carbonio - questo non risuonerebbe abbastanza. La fibra di carbonio ha resine epossidiche che le conferiscono proprietà di smorzamento superiori a quelle dell'acciaio e dell'alluminio. Consideriamo infine il legno. Il coefficiente di smorzamento del legno può essere fino a dieci volte superiore a quello della fibra di carbonio! Sfortunatamente la rigidità della maggior parte dei legni duri è molto inferiore rispetto alla fibra di carbonio. Ciò significa che avremo bisogno di più legno per ottenere una stampella sufficientemente rigida, il che significa maggiore peso.

La INDESmed utilizza la fibra di carbonio in una stampella fatta di un solo pezzo con elevata rigidità e alto smorzamento, il tutto riducendo al minimo il peso.

Parliamo ora della vibrazione.

Alla fine di una lunga camminata o di una corsa con le stampelle i nostri corpi si lamentano molto probabilmente, e non sono solo i muscoli delle gambe. Le nostre mani, polsi, spalle, ginocchia sono fortemente influenzati dall'affaticamento dovuto all'esposizione alle vibrazioni.

Le vibrazioni vengono trasmesse dalla superficie stradale attraverso le nostre stampelle e ai nostri corpi in base alla frequenza del passo, alla rigidità della stampella e allo smorzamento delle vibrazioni rispetto all'input originario della strada.

La fibra di carbonio è un materiale che dissipa l’ energia proveniente da shock e vibrazioni. Quello che succede meccanicamente è che il materiale sta convertendo l'energia degli shock e delle vibrazioni in una quantità molto piccola di energia termica. Non è un grande aumento di temperatura, ma questa dissipazione di energia può avere un impatto significativo sui nostri corpi a lungo andare. Quando una stampella ha un coefficiente di smorzamento più elevato, gli input vengono drasticamente ridotti. Finiamo per esporre i nostri corpi a solo una frazione di quelle forze vibratorie.

Una cosa apparentemente piccola come lo smorzamento strutturale può avere un grande beneficio per i nostri corpi.