Negli ultimi anni la diffusione dei freni a disco è sempre maggiore nelle bici da strada, tale tecnologia è invece affermata da tempo nel settore mountain-bike. La sostituzione delle pastiglie quando esse sono usurate è un’operazione semplice alla portata di tutti ma che necessita delle dovute attenzioni.
Le pastiglie sono montate sui pistoni inseriti nel corpo freno. Quando tiriamo la leva del freno, la pressione all’interno del circuito dell’olio aumenta e, data l’incomprimibilità dell’olio stesso, i pistoni vengono spinti verso l’esterno. Pertanto le pastiglie vengono spinte contro il disco in rotazione generando una forza di attrito che ci permette di frenare la bicicletta.
Tutte le pastiglie sono formate da tre componenti: il ferodo, una placca di supporto e una molla a forchetta. Il primo è l’elemento che va a strisciare direttamente contro il disco del freno. Esso è l’elemento soggetto ad usura. Il ferodo è montato su un apposito supporto metallico che ha anche il compito di trasmettere il calore per evitare eccessivi surriscaldamenti del ferodo. Tale supporto è fatto solitamente in metallo, o alluminio per diminuire il peso e migliorare la conducibilità termica (tali vantaggi, a mio parere, non giustificano un costo maggiore di questi supporti rispetto a quelli in acciaio). Infine la molla a forchetta: essa è inserita tra i due supporti e ha il compito di facilitare l’allontanamento tra le due pastiglie quando rilasciamo la leva del freno.
A seconda del tipo di mescola utilizzata per il ferodo, esistono tre tipologie di pastiglie:
- Organiche (resina): il ferodo è composto da una mescola di resine, gomme naturali e polimeri. Spesso viene utilizzato il kevlar per aumentare la resistenza.
Vantaggi
- Buon funzionamento a freddo: permettono di avere una frenata efficace e senza fischi fin dalla prima frenata, cioè con dischi e pastiglie ancora a basse temperature.
- Buona modularità a bassa velocità e potenza: permettono di modulare meglio la frenata rispetto ad altri tipi di mescole, in particolare a basse velocità quando l’attrito tra rotore e ferodo è minimo. Inoltre, essendo il ferodo piuttosto morbido, si ha una grande deformazione dello stesso che aderisce perfettamente alla superficie del rotore garantendo una elevata potenza frenante.
- Buon funzionamento in presenza di acqua: poiché il coefficiente d’attrito tra questo tipo di mescola e rotore è elevato, la frenata è ottima anche in condizioni di bagnato.
Svantaggi
- Bassa dissipazione del calore: è la mescola con la più bassa conducibilità termica, pertanto la dissipazione del calore non è ottimale. Ciò porta ad un più elevato surriscaldamento rispetto alle altre mescole. Tale surriscaldamento causa un notevole incremento della temperatura superficiale del ferodo a contatto con il rotore. Se la temperatura supera i 232°C, si innescano delle reazioni polimeriche dette cross-link che modificano la struttura molecolare del ferodo. Questo processo viene detto vetrificazione; un ferodo vetrificato presenta una superficie molto dura e liscia che diminuisce notevolmente la prestazione della frenata poiché il coefficiente d’attrito si riduce. Se la vetrificazione è ai primi stadi, si può ripristinare il ferodo grattando la sua superficie con carta abrasiva molto fine.
- Contaminazione: la mescola organica è porosa, pertanto agenti contaminanti quali sporco, fango, grassi e lubrificanti possono facilmente contaminarla rendendo inefficiente la frenata.
- Semi-metalliche: il ferodo è composto da un mix di materiali ferrosi e grafite. I materiali ferrosi generalmente utilizzati sono acciaio e rame. Questi garantiscono una buona resistenza, mentre la grafite evita il surriscaldamento essendo un materiale refrattario.
Vantaggi
- Costo: hanno il miglior rapporto prezzo/prestazione rispetto alle altre mescole.
- Buona resistenza meccanica: la presenza di acciai all’interno della mescola garantisce una elevata resistenza meccanica e quindi una maggior durata delle pastiglie.
- Buona dissipazione del calore: hanno una miglior conducibilità termica grazie alla grafite presente nella mescola che agisce come un rivestimento refrattario. Non sono pertanto soggette a vetrificazione.
- Modularità: garantiscono una miglior modularità alle elevate velocità, ciò lo si paga con una minor potenza frenante rispetto alle mescole organiche.
Svantaggi
- Funzionamento a freddo non ottimale: le pastiglie semi-metalliche garantiscono una frenata ottimale quando raggiungono una determinata temperatura, pertanto le prime frenate a freddo hanno un’efficacia ridotta e rumorosa.
- Usura: sebbene la durata delle pastiglie sia superiore, poiché il ferodo è costituito da un materiale più duro, il rotore viene consumato più velocemente.
- Sinterizzate: il ferodo è composto da una mescola simile a quella delle pastiglie organiche con l’aggiunta di materiali ferrosi, ciò che cambia è il processo di fabbricazione che avviene per sinterizzazione: i materiali che compongono la mescola vengono messi in una stampo sotto forma di polvere. Successivamente lo stampo viene portato ad alta temperatura che permette la formazione di legami tra le molecole delle polveri che formano un materiale solido.
Vantaggi
- Durata: permettono di massimizzare la durata di pastiglie e dischi essendo più dure delle pastiglie organiche, ma meno dure di quelle semi-metalliche.
- Buona dissipazione del calore: hanno una buona conducibilità termica grazie alla presenza di materiali ferrosi, anche loro non sono suscettibili al processo di vetrificazione.
Svantaggi
- Contaminazione: soffrono degli stessi problemi di contaminazione delle pastiglie organiche.
- Funzionamento a freddo non ottimale: necessitano di entrare in un range di temperature per garantire una frenata efficace.
Infine due parole su quale tipologia scegliere in funzione della disciplina praticata.
Bici da corsa: organiche per avere sempre una buona modularità e una frenata pronta. Poiché la durata delle pastiglie organiche è limitata, qualcuno utilizza le semi-metalliche anche in questo ambito. Ad esempio le pastiglie originali Shimano (organiche) per i rinomati gruppi Dura Ace e Ultegra si esauriscono già dopo 500 km.
XC e Marathon: vedi quanto scritto per la bici da corsa.
Enduro ed All-Mountain: sinterizzate per sopportare le frenate delle lunghe discese senza causare la vetrificazione e garantire comunque una buona modularità.
Freeride e Downhill: semi-metalliche per resistere alle sollecitazioni più estreme di queste categorie.