Карбонове волокно і технології - частина 2

Слово композит, дослівно означає «зроблений з декількох частин».
У композитної рамі, складовими частинами є: армирующее волокно - зазвичай ми говоримо про вуглецевому волокні, але це може бути скло або кевлар або відразу і те й інше а також смола. Вуглецевий композит отримує всю свою міцність від набору однойменних волокон в складі композиту, але ці волокна нічого не значать без смоли, яка з'єднує їх разом, утворюючи матрицю.
У минуле десятиліття основним фактором зробили можливою появу карбонових велосипедів найвищої якості став прогрес у виробництві, як карбонового волокна так і з'єднують смол.
Поворотним моментом в відношенні карбонового волокна стала можливість виробників створювати міцніші нитки. Межа міцності на розрив ниток волокна використовуваного в більшості кращих рам оцінюється в 500 ksi (тисяч фунтів на квадратний дюйм) або більш, хоча деякі виробники до цих пір використовують нитки на десять відсотків слабкіше.
Вуглецеві волокна також розрізняються по їх модульної жорсткості яка може бути низькою, середньою і високою або в розмірності модуля пружності на розтяг матеріалу виражатися в msi (мільйонах фунтів на квадратний дюйм) або ksi.
Міцність і жорсткість карбонових ниток не завжди пов'язані на пряму. Тому проектована композитна матриця повинна бути збалансованою по міцності і жорсткості для найкращої ефективності і зносостійкості кінцевого продукту.

Приклад клеєної рами Ibis Circa 1988 року

Виробники велосипедів, як правило, починають роботу з карбоновими композитами в одній з двох форм - «Препреги» або з трубами.
Труби з карбонового композиту спочатку виготовляються в загальній формі, що дозволяє виробнику різати труби потрібного розміру і вклеювати їх спеціальні вузли-сполуки, які можуть виготовлятися з різних матеріалів - карбону, стали, титану і алюмінію.
Такий спосіб конструювання забезпечує більшу свободу аж до виробництва рам з індивідуальної геометрією. Проте, клеєна карбонова конструкція не дає проектувальнику такого розмаїття розмірів і форм труб як монококовая конструкція, що призводить до збільшення ваги і створює концентратори напружень в найслабших точках рами - клеєних з'єднаннях.

Інший основний спосіб використання карбону - це «Препреги», скорочено від "pre-impregnated", він являє собою тонкий шар ниток попередньо просочених сирої смолою.
Prepreg приклеюється до липкими листам, як зворотна сторона самоклеящейся паперу, для того, щоб його можна було простіше утримувати. Правильно утримувані листи зберігаються в морозильних камерах для того, щоб смола не висихала передчасно.
При виробництві ці листи ріжуться і кладуться шарами в кімнатах з контрольованою температурою.
Для забезпечення рам велосипедів їх структурної міцності виробники використовують ряд односпрямованих листів «Препреги» з карбонового волокна. Кожен лист позначений орієнтацією волокна, яка буває 0 °, плюс 45 °, мінус 45 °, иили плюс або мінус 22.5 °.
Кожна орієнтація надає різні механічні властивості майбутньої рамі.
Шари з 0 ° створюють властивостями міцності вздовж всієї довжини рами.
45 ° шари орієнтації плюс і мінус перешкоджають скручування, а шари з напрямком плюс мінус 22.5 ° відображають ударні навантаження.
Разом вони визначають міцність і жорсткість нашої майбутньої рами.

Ще одне слово, яке ви часто почуєте при вивченні композитних велосипедних рам - це монокок, яке означає «структуру, в якій оболонка несе більшу частину навантаження».
Композитні рами формуються за допомогою шарів Препреги в особливій послідовності і орієнтації. З практичної точки зору це означає, що великі частини рами (такі як передній трикутник) сформовані як єдина деталь.
При правильному проектуванні і виконанні така об'єднана структура розподіляє динамічні навантаження на більшу частину монокока, замість того, щоб створювати точки концентрації напружень в вузлах як це при традиційному виробництві рам.
Монокок також дає нам більше можливостей при створенні дизайну рам. Все це в кінцевому підсумку дає більш легкий, жорсткий і на нашу скромну думку більш стильний байк.

Нарешті ми переходимо до виготовлення.
Критичним моментом у виробництві композитних рам є майстерність майстра, який укладає «Препреги» відповідно до схеми армування і контроль якості пов'язаний з процесом виробництва.
Все це робиться для повної впевненості, що кожна рама має заданої для даної конструкції міцністю, жорсткістю і вагою.
Секції рами укладаються вручну навколо силіконових форм відповідно до схеми. Цей процес повинен виконуватися з великою точністю, щоб кінцевий результат відповідав очікуванням.
Електронні засоби управління інтегровані в процес для забезпечення правильної послідовності побудови і вибору потрібного типу і кількості матеріалу.

Після того як укладання шарів завершена, силіконова форма витягується, і компоненти містяться в більш жорстку форму.
Потім все це вкладається в оригінальну форму таким чином, що волокна окремих компонентів накладаються один на одного і стають єдиною структурою при висиханні.

Пневматичні нагнітачі поміщаються в заготовку рами, і форма закривається, а потім нагнітається тиск 150 psi. Велика сталева форма нагрівається до температури 105 ° С. Внаслідок цього смола в "Препреги" просочує шари і застигає.
Після повного висихання окремі компоненти інтегруються один в одного і утворюють єдину монококовая структуру. Після того як висушена рама витягується з форми, вона проходить ручну чистову обробку для отримання гладкої поверхні, готової до фарбування або покриття лаком.

Але це ще не кінець.
Перш ніж покинути фабрику, кожна рама Ібіс проходить тест на міцність і жорсткість декількома способами і повинна відповідати технічним умовам.

Як нам відомо такий спосіб випробувань є унікальним в велосипедної індустрії і забезпечує якість за яке ми відповідаємо!

Ви можете сказати, що процес дуже довгий і тільки кілька рам можуть бути зроблені за один день.
Так, це обмежує наші виробничі потужності але для нас це нормально, адже ми завжди дотримуємося нашого принципу.

«Більше катайся, менше працюй!»