A Resin az a nem énekelt hős, aki összetartja a karbonvázat, és ugyanolyan fontos a teljesítmény szempontjából
Kérdezze meg a legtöbb országút, hogy miből készült a kerékpárváza, és a válasz valószínűleg „karbon” lesz. Kérdezz meg mindenkit, aki részt vesz kerékpárvázak (vagy más, ebből a szőtt csodaanyagból készült termékek) gyártásában, és összetettebb választ fog kapni.
„A kerékpáriparban általában hallani a karbonról beszélni, de ez túlságosan leegyszerűsítő – általánosítás” – mondja Thomas Leschik, a német Lightweight kerékgyártó mérnöki vezetője. „Ez valójában egy szénszálak és epoxigyanta mátrixa. A pontosabb kifejezés a CFRP – szénszál erősítésű műanyag.'
Tehát a hőn áhított lovaglóink alig mások, mint megerősített műanyag kerékpárok. Ez egy egyszerű rövidítés, és messzire megmagyarázza a gyanták fontosságát – amelyek a CFRP műanyag (vagy polimer) részét képezik. Lényegében a gyanta adja a kompozit anyag merevségét. Phil Dempsey, az Aprire cégtől, a szénszálas kerékpárokra szakosodott cégtől mondja: „A szénszál pusztán szövet. Egyedül csak egy ruhadarab.’
Amikor a termékleírásokról és a hozzá tartozó marketingstílusról van szó, a szénszálas márka vagy típus (pl. Toray, T800, 65HM1K, ultramagas modulus) rutinszerűen a késztermék jellemzőinek alapvető jellemzőjeként szerepel. Mintha semmi más nem játszana, de valójában a szálak a keret anyagának alig több mint felét teszik ki. A többi az epoxigyanta, amelynek egyértelműen fontos szerepet kell játszania egy modern kerékpár teljesítményében. Akkor miért említi ritkán a marketinges hírlevél?
A CFRP ABC-je
| CFRP |
Szénszál erősítésű műanyag (vagy polimer). A hivatkozott összetett anyag szénként vagy szénszálként. |
| Kúra |
Az a folyamat, amikor hőt és gyakran nyomást alkalmaznak a CFRP szerkezetre, hogy „beállítsák” a gyanta, és engedje meg a kész darab merevségét. |
| Fibre | Szénszálak, amelyek össze vannak szőve vagy kötöttek, hogy létrehozzák a CFRP szerkezet megerősítő elemét. Gyakran „szálaknak” nevezik. |
| Mould | A fizikai összetevő, amelybe és köré szénszálas lemezeket helyeznek a keret létrehozásához. |
| Ply book | Lényegében a megdicsőült varrásminták könyve. Ezek részletezik, hogyan vágják és szerelik össze a szénszál egyes darabjait, és ezek a legjobban őrzött titkok. |
| Pre-preg | Kikeményítetlen gyantával impregnált szénszálas szál lapok. |
| Gyanta | Folyékony polimer, amelyet a szálak CFRP szerkezeten belüli összekapcsolására használnak. |
Bennfentes tudás
Ahhoz, hogy megértsük a gyanta szerepét a kész szénszálas kerékpárokban, meg kell értenünk a gyártási folyamatot, és azt, hogy a gyanta hogyan épül be.
Lényegében kétféle szénszálas szerkezet létezik: nedves és száraz. Nedves gyártáshoz egy vállalat gyantával már impregnált szénszálas szövetet vásárol, amelyet pre-preg néven ismerünk. Ezeket a ragadós lapokat egy formába vagy annak köré fektetik, majd hővel és nyomással kikeményítik a merevség kialakítása érdekében. A száraz gyanta infúziós gyártási technológia két különböző formát ölthet. Az első hasonló a pre-preg gyártáshoz, amikor a száraz ruha vágott formáit egy formára fektetik, és a gyantát a kikeményedési folyamat részeként adják hozzá. A második technika, amelyet olyan cégek használnak, mint a Time és a BMC (az Impec kerékpárjaival), egy folytonos, csőszerű zokniszerű szerkezetet egyetlen hosszban kifeszítenek a formára. Innen a gyantát nyomás alatt hozzáadják a már kialakult formákhoz.
A Giant az egyetlen márka, amely az összes karbon pre-preg termékét saját maga gyártja az orsótól a befejezésig – vagyis a szénszálat nagy orsók cérnájaként vásárolja, saját gyantát ad hozzá, és folytatja a keretek, rudak, szárak és tartozékok gyártását. A Giant tehát jó társaságnak tűnik, hogy megkérdezze a gyanták fontosságáról.
A brit termék- és képzési menedzser, David Ward azt mondja: „A szénszálas szálunkat közvetlenül a Toraytól [a világ legnagyobb szénszál-gyártójától] szállítjuk az orsókamrába. Innen felfűzik a szövőszékekre, és hatalmas szénszövetlapokká szövik. A szövés után adják hozzá a gyantát. A gyanta a görgőegység feletti vályúban helyezkedik el, és rákerül a mozgó szövetre, és hengereken keresztül viszi fel a szálakra.” Az eljárás egyszerű, és a Giant által alkalmazott technika nagyjából megegyezik az összes gyártó által használt technikával. pre-preg szénszál. De bár a mechanikája egyszerű, a pontosság, az ismételhetőség és az ellenőrzés létfontosságú a késztermék integritásához.
„A gyantának át kell folynia minden egyes izzószál között, és tökéletesen be kell vonnia” – mondja Ward. „A gyanta jó eloszlása létfontosságú ahhoz, hogy a jó pre-preg kikerüljön a gyártósor végéről.” Dempsey (Aprire) hozzáteszi: „Annyira fontos, hogy a gyanta átmenjen a rétegeken. Ha rosszul választja a gyantát, akkor megrepedt a keret. Ez nagyon kritikus.’
A legsűrűbben
„Mivel a gyanta a kikeményedés után a Giant keret 40%-át teszi ki, a gyanta nagyon fontos alkatrész” – mondja Ward. „Ha már hőre keményedett, a gyanta adja a szerkezet merevségét.” Az alapvető szerkezeti tulajdonságok mellett a gyanta egy másik létfontosságú szerepet játszik. Dempsey azt mondja: „A feszültségeket egyik részről a másikra kell átvinni. A gyanták teszik lehetővé a terhelés átvitelét a szálrétegek között.’
A különböző gyanták befolyásolják a végtermék teljesítményét. Dempsey azt mondja: „Ha a gyanta túl viszkózus, nem fut át a szénen, és a szálak egymáshoz érnek. Ideális esetben szeretné őket aprólékosan elválasztani egymástól.’
Aztán ott van az összenyomhatóság kérdése, ami befolyásolja a szénszerkezetek vastagságát. "A gyantában lévő különböző adalékok befolyásolják az összenyomhatóságot" - mondja Dempsey.„A gyanta jellemzőitől függően eltérő rétegvastagságot kaphat. Általában az olcsóbb gyanták vastagabbak. Jó gyantával a szénszálak mikronnyira lehetnek egymástól. Ez vékonyabb falakat eredményez, ugyanolyan szilárdsági tulajdonságokkal, azaz könnyebb kerettel. Az olcsóbb gyanta több anyagot hagy a szálak és a rétegek között.’
Mivel a Giant teljesen házon belül gyárt, képes volt saját gyantákat kifejleszteni. Ward azt mondja: „Most a gyantafejlesztés harmadik generációján járunk. A formázási és kikeményedési folyamat apróbb részletei mind a gyanta tulajdonságain – a hőmérsékleten, amelyen kialszik, és a térhálósodás idejétől – függnek.’ A széntermékek széles árkategóriája miatt a Giant kétféle gyantát használ. „Szabványos gyantánkat minden termékcsaládon használják, kivéve az Advanced SL termékeket” – mondja Ward. „Az Advanced SL-hez nanotechnológiai adalékot használunk. A nanorészecskék 18%-kal növelik kereteink ütésállóságát anélkül, hogy negatívan befolyásolnák a merevséget vagy a súlyt. Ezek azonban sokkal többe kerülnek.’
A részecskék további mellékterméke a falak fokozott tömörítése a térhálósodás során. „A nanorészecskék lehetővé teszik a gyanta számára, hogy kitöltse a mikro üregeket az elrendezésben. A gyanta valójában jobban folyik, csökkentve az üregek kialakulásának lehetőségét és a falvastagságot” – teszi hozzá Ward.
A gyanta szerepe a hézagcsökkentésben kulcsfontosságú pont a keret szerkezeti integritásához, ahogy Dempsey elmagyarázza. „A gyantában lévő üregek olyan lyukak, amelyek összegyűjtik a feszültséget” – mondja. „Ezek potenciálisan meghibásodási pontok, és az üregek szétfúvódnak, ahogy a rétegek leválnak. Továbbra is elérheti üregek nélküli leválást, de azt szeretné elérni, hogy a kompozitban minimális légzsákok legyenek.’
A teherátvitel, a falvastagság és a robusztusság mellett a gyanták hatással lehetnek a kerékpározásra. Dempsey azt mondja: „Egyszerű szemszögből nézve a gyantákat kétkomponensű, araldit stílusú termékként képzelhetjük el, gyantával és keményítővel. Az adott gyantához használt keményítő mennyisége lényegesen befolyásolhatja a menetminőséget. Egy jó kerékpárvázhoz szükség van némi hajlításra a kikeményedett gyantán belül, hogy lehetővé tegye a feszültségek átvitelét a szénszálas rétegek között. Ezt úgy érheti el, hogy erősebb gyantát használ kevesebb keményítővel. Az okos tervezők adott súlyhoz merevebb vagy jobban illeszkedő szerkezetet kaphatnak. Nem támaszkodhat a gyantára a merevség szempontjából, de mérnökként tisztában kell lennie azokkal a potenciális tulajdonságokkal, amelyeket a gyanta hozzáadhat a kész szerkezethez.’
A gyanták egyértelműen fontosak a kész keret minősége szempontjából, ezért visszatérünk ahhoz a kérdéshez, hogy miért hallunk róluk olyan keveset.
„A Resin egy megengedő, nem pedig egy funkció-illesztőprogram” – mondja Dempsey. „A gyanta lehetővé teszi, hogy a szénszál különböző rétegeit – például a T700-tól a T800-ig – egymáshoz ragasszuk, hogy a szálak különböző tulajdonságait felhasználjuk. Nehéz eladni, és nagyon nehéz megpörgetni, de a szerepüket nem szabad alábecsülni.’
A Giant David Wardja tömörebben fogalmaz: „A gyanta csak ragasztó. Egyszerűen nem szexiek.’
A pillanat heve
Tekintettel arra, hogy a legtöbb kerékpárgyártó pre-preg karbont használ, a választási lehetőségeik korlátozottak a váz teljesítményének befolyásolására használt gyanta tekintetében. Ez azonban nem akadályozza meg az embereket abban, hogy új irányokat keressenek, vagy hogy a resin és pre-preg cégeket különböző termékek gyártására kényszerítsék.
Dempsey azt mondja: „Azon dolgozunk, hogy partnereink olyan gyantát állítsanak elő, amely szobahőmérsékleten nem válik le. A tervezés egyik korlátozó tényezője, hogy amint kiveszi a pre-preg-et a hűtőházból, levegőn kötni kezd. Soha nem fog teljesen megkeményedni a szárítókemencén kívül, de „elmegy”. Egy pre-preg, amely lehetővé tette számunkra, hogy bonyolultabb összeállítási eljárást alkalmazzunk, és a kívánt szintre fejlesszük a rétegkönyvünket [lásd a szószedetet, balra], lehetővé tenné, hogy sokkal többet hozzunk ki a végeredményből. Ez zseniális lenne számunkra.’
Az egyik terület, ahol a gyanták óriási szerepet játszanak, a szénkerék-gyártás. Itt a gyanták kulcsfontosságúak nem csak a kerék szerkezeti épsége és merevsége szempontjából, hanem a fékhatás szempontjából is.
A könnyűsúlyú Leschik azt mondja: „A gyanta leggyengébb pontja a hőmérsékleti viselkedése. A legtöbb gyantának 150 °C feletti hőmérséklete van. Az elmúlt 10 évben háromszorosára növeltük gyantáink hőmérsékletállóságát.’
Majdnem minden kerékpáros hallott már egy rémtörténetet arról, hogy egy karbon kerék meghibásodik egy hosszú ereszkedés során a felmelegedés miatt, de mi történik valójában, ha a fékbetét találkozik a felnivel? Leschik azt mondja: „A tribológia a relatív mozgásban lévő kölcsönható felületek tudománya és tervezése. Magában foglalja a súrlódás, kenés és kopás elveinek tanulmányozását és alkalmazását. Egy ilyen tribológiai rendszer a CFRP felniken való fékezés gumi fékbetétekkel nedves vagy száraz körülmények között. A rendszer optimalizálása a jó fékteljesítmény érdekében nem lehetséges magas hőmérsékletnek ellenálló gyanták nélkül.’
A keret teljesítményéhez hasonlóan a gyantában lévő adalékanyagok növelik a hőállóságot és az árat. Az egyik ilyen adalék a kerámia - szilícium-dioxid. Míg az Aprire nem gyárt kerekeket, Dempsey megérti a folyamatot: „A gyanták hatalmas különbséget tesznek a karbon felni szerkezetében. Például a szilícium-dioxid hozzáadása jelentős mennyiségű hőt von el a szerkezet testéből, és lehetővé teszi, hogy a légáram sokkal jobban lehűtse a felnit, mint egy szabványos CFRP felni esetében. A réz nagyszerű adalék lenne, mivel hatalmas mennyiségű hőt képes felvenni, de fennáll annak a lehetősége, hogy a kén beszivárog a gyantába, ha nedvesség jut be a mikrorepedéseken keresztül. Ez szinte biztos delaminációhoz vezetne. A hűtőbordák – a gyantán belüli hálók – nagy lehetőségeket rejtenek magukban. Ez a technológia jöhet.’
A könnyűsúlyú Leschik szintén nagyon bízik a gyantafejlesztésekben: „A felni-féktárcsák optimalizálását vizsgáljuk. Biztosak vagyunk abban, hogy az intelligens gyantákkal ugyanazt a fékteljesítményt tudjuk biztosítani a motorosnak, mint a tárcsák, egyetlen gramm plusz súly nélkül.’
A kemény igazság
Egyértelmű, hogy a gyanta a kerékpárgyártási folyamat nem énekelt hőse. Befolyásolhatja a szénszálas termékek merevségét, robusztusságát, súlyát, biztonságát és árát, így várható-e a gyártóktól, hogy elkezdenek gyantázni ragacsos cuccaik csodáiról? Valószínűleg nem, mert ez még mindig csak egy része egy összetett rendszernek. A kiváló minőségű gyanta nem pótolja a rossz minőségű szénszálat vagy a nem ihletett építési technikákat. Ahogy a Lightweight Leschik mondja: „Minden alkalommal ugyanaz: egy finom sütemény elkészítéséhez megfelelő összetevőkre van szükség, megfelelő arányban, jól elkészítve.”
Szén zsargon: Mit jelent ez?
