Fibra di carbonio: Tecnologia all’avanguardia al servizio della mobilità

Le proprietà della fibra di carbonio e le connessioni cliniche per le persone che usano la carrozzina.

Motion Composites è nata dal desiderio di migliorare il settore delle carrozzine sfruttando gli eccellenti attributi fisici della fibra di carbonio. Quando i fondatori dell’azienda hanno esplorato questo settore, hanno visto subito che il settore avrebbe tratto grande beneficio dall’uso della fibra di carbonio.

 

FIBRA DI CARBONIO
Un po’ di storia

La fibra di carbonio fu scoperta per la prima volta da Roger Bacon dell’Ohio nel 1958. L’alta resistenza potenziale della fibra di carbonio fu realizzata in un processo scoperto da Leslie Phillips, un ingegnere britannico, nel 1964. Negli ultimi 50 anni, la fibra di carbonio è stata usata commercialmente, principalmente nella fabbricazione di articoli sportivi e veicoli di alta gamma. La National Academy of Engineering ha nominato i materiali compositi, compresa la fibra di carbonio, una delle 20 più grandi conquiste ingegneristiche del XX secolo.

Cos’è un materiale composito?

Un materiale composito è una combinazione di due o più materiali diversi per forma o composizione che mantengono la loro identità. – Accademia Nazionale di Ingegneria

Cos’è la fibra di carbonio?

Le fibre di carbonio sono filamenti più piccoli di un capello umano composti principalmente da atomi di carbonio. Diverse migliaia di filamenti sono raggruppati e utilizzati da soli o tessuti in un tessuto. Un composito viene creato quando il tessuto in fibra di carbonio viene mescolato con una matrice di resina plastica. Questo materiale composito forte e leggero, comunemente chiamato fibra di carbonio, è usato per fabbricare veicoli, articoli sportivi e carrozzine Motion Composite.

PROPRIETÀ DELLA FIBRA DI CARBONIO

ALTA FORZA SPECIFICA

La forza specifica è anche chiamata rapporto forza-peso o rapporto forza-peso. Si calcola dividendo la forza del materiale (forza per unità di superficie alla rottura) per la sua densità. La fibra di carbonio ha una forza specifica notevolmente alta rispetto ai metalli (vedi grafico qui sotto).

Connessioni cliniche

Una carrozzina in fibra di carbonio sarà altrettanto forte o più forte e allo stesso tempo peserà meno di una carrozzina in titanio o alluminio. Ci sono prove cliniche a sostegno dell’uso di carrozzine realizzate nel materiale più leggero disponibile per la conservazione della funzione dell’arto superiore (1-4).
Uno studio del 2002 ha scoperto che il principale motivo per cui le persone più anziane non utilizzano la propria carrozzina, risiede nel peso della carrozzina stessa (5). Si è inoltre rilevata qualche prova sul fatto che una carrozzina superleggera è più facile da spingere (6).
Il vantaggio principale di una carrozzina superleggera è che sarà più facile da sollevare. Questo è particolarmente importante per le persone più attive come per chi si prende cura di una persona in carrozzina e che devono sollevare la carrozzina dentro e fuori dall’auto, su per le scale o quando viaggiano.

DURATA ECCEZIONALE

La fibra di carbonio ha una resistenza alla fatica superiore rispetto ai metalli. Ciò significa che i componenti realizzati in fibra di carbonio resisteranno più a lungo allo stress ripetitivo dell’uso quotidiano. Le carrozzine in fibra di carbonio di Motion Composites hanno resistito al doppio del numero minimo di cicli richiesti nel test di resistenza alla fatica NSI/RESNA (American National Standards Institute e la Rehabilitation Engineering and Assistive Technology Society of North America che lavorano insieme per contribuire al benessere pubblico supervisionando la creazione, l’affermazione e l’uso di norme e linee guida e sviluppando standard di tecnologia assistiva).

Connessioni cliniche

Una durata eccezionale significa una carrozzina più affidabile, più sicura, con meno riparazioni e un’efficacia superiore rispetto ai costi per tutta la durata della carrozzina. Questo è importante sia per l’utilizzatore finale che per chi finanzia l’acquisto.
Durata e sicurezza significano meno rischi di non utilizzo della carrozzina. Uno studio del 1993 che esaminava i predittori dell’abbandono della tecnologia assistiva ha trovato un tasso di abbandono del 39% tra le persone in carrozzina (7). In questo studio Phillips ha scoperto che i dispositivi avevano maggiori probabilità di essere abbandonati quando gli utilizzatori ritenevano che non funzionassero bene. I fattori elencati come influenti sulle prestazioni includevano la sicurezza e la durata.

BASSA ESPANSIONE TERMICA

La fibra di carbonio si espande o si contrae molto meno in condizioni di caldo o freddo rispetto a materiali come l’acciaio e l’alluminio. Questa è una qualità desiderabile per un tipo di dispositivo che deve funzionare in un vasto range di temperature.

Connessioni cliniche

Una minore espansione e contrazione dei materiali della carrozzina significa un’interazione costante tra i componenti del telaio, assicurando una guida fluida e confortevole indipendentemente dal tempo.

RESISTENZA ALLA CORROSIONE

La fibra di carbonio è uno dei materiali più resistenti alla corrosione disponibili.

Connessioni cliniche

Le carrozzine realizzate con un materiale che resiste alla corrosione saranno durevoli e convenienti nel tempo.

I MITI SULLA FIBRA DI CARBONIO

MITO #1 SI PRESTA MALE ALLE TEMPERATURE FREDDE

I componenti in fibra di carbonio sono ampiamente utilizzati negli aerei e nei satelliti, che sono esposti a temperature che vanno dal surriscaldamento allo zero assoluto. Le proprietà di bassa espansione termica della fibra di carbonio la rendono ideale per i cambiamenti di temperatura estremi.

MITO #2 SI ROMPE O SI SCHEGGIA FACILMENTE

La tecnologia della fibra di carbonio è molto migliorata nell’ultimo decennio. Ora è usata in applicazioni ad alto impatto come le mazze da baseball.

MITO #3 DANNI CATASTROFICI

Altre carrozzine in fibra di carbonio e articoli sportivi (biciclette, mazze da hockey, ecc.) hanno avuto la reputazione di danni catastrofici che rendono il prodotto inutilizzabile. La forza di un componente in fibra di carbonio è una funzione del suo design. Poiché uno strato di fibra di carbonio è forte solo in una direzione, alcuni prodotti in fibra di carbonio (ad esempio, i bastoni da hockey) sono progettati per flettere e sono quindi più suscettibili di rottura. A seconda di come la fibra di carbonio viene posata e allineata, si può ottenere una straordinaria forza in torsione, compressione e flessione. Il team di progettazione di Motion Composites ha lavorato per tre anni per determinare il miglior allineamento delle fibre per la durata, la leggerezza e l’efficienza della propulsione.

Bibliografia

(1) Rehabilitation Engineering & Assistive Technology Society of North America (RESNA). 2012. Position on the Application of Ultralight Manual Wheelchairs. Retrieved from: RESNA: https://www.resna.org/Resources/Position-Papers-and-Service-Provision-Guidelines (2011). Position on the Application of Ultralight Manual Wheelchairs.

(2) Boninger, Michael L. et al. “Preservation of Upper Limb Function Following Spinal Cord Injury: A Clinical Practice Guideline for Health-Care Professionals.” The Journal of Spinal Cord Medicine 28 (2005): 434 – 470.

(3) Boninger, Michael L. et al. “Pushrim biomechanics and injury prevention in spinal cord injury: recommendations based on CULP-SCI investigations.” Journal of rehabilitation research and development 42 3 Suppl 1 (2005): 9-19 .

(4) Requejo, Philip S. et al. “Evidence-Based Strategies to Preserve Shoulder Function in Manual Wheelchair Users with Spinal Cord Injury.” Topics in Spinal Cord Injury Rehabilitation 13 (2008): 86-119.

(5) Mann, William C. et al. “Dissatisfaction and Nonuse of Assistive Devices Among Frail Elders.” Assistive Technology 14 (2002): 130 – 139.

(6) Cowan, Rachel E. et al. “Impact of surface type, wheelchair weight, and axle position on wheelchair propulsion by novice older adults.” Archives of physical medicine and rehabilitation 90 7 (2009): 1076-83 .

(7) Phillips, Beth and H. Zhao. “Predictors of assistive technology abandonment.” Assistive technology : the official journal of RESNA 5 1 (1993): 36-45 .