Объяснение материалов рамы велосипеда: углеродное волокно

Углеродное волокно, похоже, стало предпочтительным материалом для велосипедной рамы.

Но так было не всегда. В 80-е и 90-е годы отраслью управляли сталь и алюминий. Титан предназначался для нестандартных рам или велосипедов на острие копья. Велосипедные рамы из углеродного волокна начали появляться, но этот материал все еще был недоступен для большинства.

Цены интересно изменились за последние 30 с лишним лет развития велосипедных рам. Углеродное волокно, самый редкий материал для каркасов прошлого, теперь широко распространено. Хотя цены все еще дорогие, цены снизились.

Сталь раньше была доступной и остается доступной. Но теперь производители индивидуальных рам получают более высокие цены на то, что раньше было наиболее распространенным материалом для рам. Титан и алюминий, похоже, сохранили свою относительную позицию в иерархии цен на материалы для рам.

Это наш разбор того, как и почему используются велосипедные рамы из углеродного волокна.

Углеродное волокно — отличный материал для изготовления велосипедной рамы. Соотношение прочности и веса карбоновых велосипедных рам непревзойденно, и бренды могут «программировать» другие характеристики. Производители могут изменять размер и направление волокон, рисунок плетения, если таковой имеется, количество слоев, форму деталей и связующий агент.

Каркасы из углеродного волокна начинаются с того, как это звучит; тонкие нити в 10–20 раз меньше человеческого волоса. Поставщики углеродных тканей группируют нити в «жгут» или ленту. Количество нитей на жгут обычно характеризует углерод в велосипедной индустрии. Карбон «3К» имеет 3000 нитей на жгут.

Поставщики комбинируют жгуты углеродного волокна со связующим веществом, обычно двухкомпонентной эпоксидной смолой. На этом этапе смола и жгут теперь представляют собой композитный материал, который в отрасли называется полимером, армированным углеродным волокном (CFRP).

Карбоновые нити сами по себе невероятно легкие. Эпоксидная смола, напротив, тяжелая. Поэтому производители делают все возможное, чтобы ограничить количество смолы и пустот внутри композита.

«Рецепт» нитей и смолы, которому следуют производители углеродного волокна, влияет на «модуль» углеродного волокна. Этот термин часто появляется в маркетинговых материалах по велосипедным рамам и колесам из углеродного волокна. Модуль относится к жесткости углепластика.

Хотя может показаться, что чем больше жесткость, тем лучше, это также означает, что углеродное волокно имеет меньшую прочность. Итак, как и многие аспекты велосипеда, это компромисс. Кроме того, производство углеродного волокна с более высоким модулем обходится дороже.

Ткань из углеродного волокна обычно поставляется производителям каркасов в рулонах «препрега». Поставщик углеродного волокна пропитывает ткань эпоксидной смолой, поэтому производителю рамы не нужно делать этот шаг. Материал готов к разрезанию на куски и укладке в формы.

По крайней мере, одна марка наносит смолу на сухую ткань из углеродного волокна, накинутую на восковые формы. Другие процессы, напримерпечать на раме велосипеда из углеродного волокна, развиваются.

Сегодня в большинстве велосипедов и компонентов из углеродного волокна в качестве связующего вещества используется эпоксидная смола. Несколько небольших компаний используют длинноцепочечные полимеры в качестве связующих веществ. Это придает конечному продукту различные характеристики изгиба. А также делает его пригодным для вторичной переработки, тогда как изделия из углеродного волокна, в которых используется эпоксидная смола, не подлежат вторичной переработке.

Производители рам создают свои собственные «рецепты» деталей из углеродного волокна, закладываемых в формы, созданные ими, и «запекаемых» в своем конкретном процессе. Каждая из многих переменных придает раме велосипеда боковую жесткость, вертикальную податливость, ударопрочность и другие физические характеристики, на которые нацелена команда разработчиков.

Рабочие раскладывают препрег из углеродного волокна на столах и вырезают из него сотни отдельных частей, составляющих каркас. Затем эти детали вручную укладывают в формы, обычно изготовленные из металла, в порядке и направлении волокон, заданном инженерами.

Бренды рам из углеродного волокна определяют степень перекрытия и количество слоев, необходимых для достижения желаемых характеристик. «Руководством по эксплуатации» для этого процесса укладки является график укладки, который может различаться для каждого размера рамы, чтобы выдерживать различные нагрузки.