Resin yra nepakartojamas herojus, laikantis anglies pluošto rėmą, ir jis yra toks pat svarbus našumui
Paklauskite daugumos kelininkų, iš ko pagamintas jų dviračio rėmas, ir atsakymas greičiausiai bus „anglis“. Paklauskite visų, kurie gamina dviračių rėmus (ar kitus gaminius, pagamintus iš šios austos stebuklingos medžiagos), ir gausite sudėtingesnį atsakymą.
„Dviračių pramonėje dažniausiai girdime kalbas apie anglies dioksidą, bet iš tikrųjų tai per daug paprasta – apibendrinimas“, – sako Thomas Leschik, Vokietijos ratų gamintojo „Lightweight“inžinerijos vadovas. „Tai iš tikrųjų yra anglies pluošto ir epoksidinės dervos matrica. Tikslesnis terminas yra CFRP – anglies pluoštu sustiprintas plastikas.'
Taigi mūsų labai geidžiami žirgai yra šiek tiek daugiau nei sustiprinti plastikiniai dviračiai. Tai paprasta santrumpa ir labai gerai paaiškina dervų, kurios yra plastikinė (arba polimerinė) CFRP dalis, svarbą. Iš esmės derva suteikia kompozicinei medžiagai standumo. Kaip teigia Philas Dempsey iš „Aprire“, įmonės, besispecializuojančios anglies pluošto dviračių gamyboje, „anglies pluoštas yra tik audinys. Vien tik audinio gabalėlis.’
Kalbant apie gaminių aprašymus ir su juo susijusią rinkodaros strategiją, anglies pluošto prekės ženklas arba tipas (pvz., Toray, T800, 65HM1K, itin aukštas modulis) reguliariai trimituojamas kaip pagrindinė gatavo produkto savybių savybė. Atrodo, kad nieko daugiau nežaidžia, bet iš tikrųjų pluoštai sudaro šiek tiek daugiau nei pusę rėmo medžiagos. Likusi dalis yra epoksidinė derva, kuri akivaizdžiai turi atlikti svarbų vaidmenį šiuolaikinio dviračio veikime. Kodėl rinkodaros temoje tai retai minima?
CFRP ABC
| CFRP |
Anglies pluoštu sustiprintas plastikas (arba polimeras). Nurodyta sudėtinė medžiaga į anglies ar anglies pluoštą. |
| Išgydyti |
Šilumos ir dažnai spaudimo CFRP struktūrai procesas, siekiant „nustatyti“ derva ir suteikite gatavo kūrinio tvirtumą. |
| Fibre | Anglies pluoštai, kurie yra austi arba megzti kartu, kad būtų sukurtas sutvirtinantis CFRP struktūros elementas. Dažnai vadinama gijomis. |
| Pelėsis | Fizikinis komponentas, į kurį ir aplink kurį klojami anglies pluošto lakštai, kad būtų sukurtas rėmas. |
| Ply book | Iš esmės šlovintų siuvimo raštų knyga. Juose išsamiai aprašoma, kaip kiekviena atskira anglies pluošto dalis supjaustoma ir surenkama, ir tai yra labiausiai saugomos paslaptys. |
| Preg | Anglies pluošto siūlų lakštai, įmirkyti nesukietėjusia derva. |
| Derva | Skystas polimeras, naudojamas pluoštams sujungti CFRP struktūroje. |
Žinios apie viešai neatskleistą informaciją
Kad suprastume dervos vaidmenį baigtame anglies pluošto dviratyje, turime suprasti gamybos procesą ir kaip į jį įterpiama derva.
Iš esmės yra dviejų tipų anglies pluošto konstrukcijos: šlapios ir sausos. Drėgnai gamybai įmonė perka anglies pluošto audinį, jau impregnuotą derva, vadinamą pre-preg. Šie lipnūs lakštai klojami į formą arba aplink ją, o po to kietinami naudojant šilumą ir slėgį, kad būtų užtikrintas standumas. Sausos dervos infuzijos gamybos technika gali būti dviejų skirtingų formų. Pirmasis yra panašus į tai, kaip vyksta išankstinė gamyba, kai ant liejimo formos klojamos iškirptos sauso audinio formos, o derva pridedama kaip kietėjimo proceso dalis. Antrasis metodas, kurį naudoja tokios įmonės kaip „Time“ir „BMC“(su „Impec“dviračiais), apima ištisinės vamzdinės kojinės formos ištempimą per vieną ilgį. Iš čia derva spaudžiama pridedama prie jau suformuotų formų.
Giant yra vienintelis prekės ženklas, kuris gamina visus savo anglies iš anksto paruoštus gaminius nuo ritės iki galo, ty perka anglies pluoštą kaip siūlą ant didelių ričių, prideda savo dervos ir toliau gamina jo rėmus, strypus, kotus ir priedus. Taigi „Giant“atrodo kaip gera kompanija paklausti apie dervų svarbą.
Jo JK produktų ir mokymo vadovas Davidas Wardas sako: „Mūsų anglies pluošto siūlas pristatomas tiesiai iš Toray [didžiausio pasaulyje anglies pluošto gamintojo] į ritės kambarį. Iš ten jis įsriegiamas į stakles ir supintas į didžiulius anglies audinio lakštus. Po audimo pridedama derva. Derva yra lovoje virš ritinėlio ir patenka į judantį audinį, ant gijų užtepama per volelius.“Procesas yra paprastas, o „Giant“naudojama technika beveik identiška visų iš anksto paruoštas anglies pluoštas. Tačiau nors jo mechanika gali būti paprasta, tikslumas, pakartojamumas ir valdymas yra labai svarbūs galutinio produkto vientisumui.
„Serva turi tekėti tarp ir puikiai padengti kiekvieną siūlą“, – sako Wardas. „Geras dervos pasiskirstymas yra gyvybiškai svarbus norint, kad gamybos linijos pabaigoje būtų gerai paruoštas paruošimas.“Dempsey iš Aprire priduria: „Labai svarbu, kad derva eitų per sluoksnius. Jei neteisingai naudojate dervą, rėmas įskilęs. Tai tikrai labai svarbu.’
Tikrybėse
„Kadangi derva sudaro 40 % Giant rėmo po sukietėjimo, derva yra labai svarbi dalis“, – sako Ward. „Kai ji yra termoreaktyvi [sukietėjusi], tai derva suteikia struktūrai tvirtumo.“Be pagrindinių struktūrinių savybių, derva atlieka dar vieną gyvybiškai svarbų vaidmenį. Dempsey sako: „Turite perkelti įtempius iš vienos dalies į kitą. Tai dervos, kurios leidžia perkelti apkrovas tarp pluošto sluoksnių.’
Įvairios dervos turės įtakos galutinio produkto veikimui. Dempsey sako: „Jei derva yra per klampi, ji neprasiskverbs per anglį ir galiausiai pluoštai liečiasi vienas su kitu. Idealiu atveju norite, kad jie būtų kuo nors atskirti.'
Tada iškyla suspaudžiamumo problema, kuri turi įtakos anglies struktūrų storiui. „Įvairūs dervos priedai turės įtakos suspaudžiamumui“, - sako Dempsey.„Priklausomai nuo dervos savybių, galite gauti skirtingą sluoksnio storį. Paprastai pigesnės dervos bus storesnės. Naudojant gerą dervą, anglies pluoštai gali būti nutolę mikronų atstumu. Tai suteikia jums plonesnes sienas ir tokias pačias tvirtumo savybes, o tai reiškia, kad rėmas yra lengvesnis. Pigesnė derva palieka daugiau medžiagos tarp pluoštų ir sluoksnių.’
Kadangi Giant gamina visiškai savo viduje, ji sugebėjo sukurti savo dervas. Ward sako: „Dabar kuriame jau trečią dervų kartą. Smulkesnės liejimo ir kietėjimo proceso detalės priklauso nuo dervos savybių – temperatūros, kurioje ji išsijungia, ir kietėjimo laiką.“Dėl plataus anglies gaminių kainų diapazono „Giant“naudoja dviejų tipų dervas. „Mūsų standartinė derva naudojama visose produktų linijose, išskyrus Advanced SL produktus“, – sako Ward. „Advanced SL mes naudojame nanotechnologijų priedą. Nanodalelės padidina mūsų rėmų atsparumą smūgiams 18%, o tai neturi neigiamo poveikio standumui ar svoriui. Tačiau jie kainuoja daug daugiau.’
Papildomas dalelių šalutinis produktas yra geresnis sienelių sutankinimas kietėjimo metu. „Nanodalelės leidžia dervai užpildyti išdėstymo mikro tuštumas. Derva iš tikrųjų teka geriau, todėl sumažėja tuštumų tikimybė ir sienelės storis“, – priduria Ward.
Kaip paaiškina Dempsey, dervos vaidmuo mažinant tuštumą yra pagrindinis rėmo struktūrinio vientisumo taškas. „Tuštumos dervoje yra skylės, kurios kaups įtampą“, – sako jis. „Tai yra potencialiai gedimo taškai, o tuštumos išnyksta, kai sluoksniai išsisluoksniuoja. Vis tiek galite išsisluoksniuoti be tuštumų, bet norite, kad kompozite būtų kuo mažiau oro kišenių.’
Be apkrovos perdavimo, sienelių storio ir tvirtumo, dervos gali turėti įtakos važiavimui dviračiu. Dempsey sako: „Žvelgiant iš paprasčiausio taško, jūs galite galvoti apie dervas kaip apie dviejų pakuočių araldito stiliaus gaminį su derva ir kietikliu. Su tam tikra derva naudojamo kietiklio kiekis gali turėti didelės įtakos važiavimo kokybei. Kad dviračio rėmas būtų geras, sukietėjusioje dervoje reikia šiek tiek lankstumo, kad būtų galima perkelti įtempius tarp anglies pluošto sluoksnių. Tai galite gauti naudodami stipresnę dervą su mažiau kietiklio. Sumanūs dizaineriai gali gauti standesnę arba labiau atitinkančią konstrukciją tam tikram svoriui. Negalite pasikliauti derva dėl standumo, bet, kaip inžinierius, turite žinoti apie galimas savybes, kurias derva gali suteikti užbaigtai struktūrai.'
Servos neabejotinai svarbios gatavo rėmo kokybei, todėl grįžtame prie klausimo, kodėl apie jas taip mažai girdime.
„Serva yra leidimas, o ne funkcijų tvarkyklė“, – sako Dempsey. „Derva leidžia mums sujungti skirtingus anglies pluošto sluoksnius, pavyzdžiui, nuo T700 iki T800, kad panaudotume skirtingas pluošto savybes. Tai sunku parduoti ir labai sunku pasukti, bet nereikėtų nuvertinti jų vaidmens.'
Giant's David Ward tai glaustai sako: „Servos yra tik klijai. Jie tiesiog nėra seksualūs.'
Akimirkos įkarštis
Atsižvelgiant į tai, kad dauguma dviračių gamintojų naudoja iš anksto paruoštą anglį, jų pasirinkimas yra ribotas, kalbant apie dervos naudojimą, kad paveiktų rėmo veikimą. Tačiau tai netrukdo žmonėms ieškoti naujų krypčių arba stumti įmones, kurios gamina skirtingus produktus.
Dempsey sako: „Stengiamės priversti partnerius pagaminti dervą, kuri neišnyksta kambario temperatūroje. Vienas ribojantis veiksnys, susijęs su dizainu, yra tas, kad kai tik išimama pre-preg iš šaldymo saugyklos, jis pradeda kietėti ore. Jis niekada visiškai nesukietės už kietėjimo krosnies, bet „užges“. Pre-preg, kuris leido mums naudoti sudėtingesnį klojimo procesą ir išplėtoti sluoksnių knygą [žr. žodynėlį, kairėje] iki norimo lygio, leistų mums gauti daug daugiau iš galutinio rezultato. Mums tai būtų puiku.’
Viena sritis, kurioje dervos vaidina didžiulį vaidmenį, yra anglies ratų gamyba. Čia dervos yra labai svarbios ne tik rato konstrukcijos vientisumui ir standumui, bet ir stabdymo veiksmingumui.
Lightweight Leschik sako: „Silpniausia dervos vieta yra jos temperatūros elgsena. Dauguma dervų turi problemų virš 150°C. Per pastaruosius 10 metų mes tris kartus padidinome savo dervų atsparumą temperatūrai.’
Beveik kiekvienas dviratininkas yra girdėjęs siaubo istoriją apie anglies dviračio rato gedimą ilgai leidžiantis dėl įkaitimo, bet kas iš tikrųjų nutinka, kai stabdžių trinkelė susilieja su ratlankiu? Leschik sako: „Tribologija yra sąveikaujančių paviršių santykinio judėjimo mokslas ir inžinerija. Tai apima trinties, tepimo ir nusidėvėjimo principų tyrimą ir taikymą. Stabdymas ant CFRP ratlankio su guminėmis stabdžių trinkelėmis šlapiomis arba sausomis sąlygomis yra viena iš tokių tribologinių sistemų. Šios sistemos optimizavimas siekiant gerų stabdžių veikimo neįmanomas be aukštai temperatūrai atsparių dervų.’
Kaip ir rėmo našumo atveju, dervose esantys priedai padidina atsparumą karščiui ir padidina kainą. Vienas iš tokių priedų yra keramika – silicio dioksidas. Nors Aprire negamina ratų, Dempsey supranta šį procesą: „Servos daro didžiulį anglies ratlankio struktūros skirtumą. Pavyzdžiui, pridėjus silicio dioksido, iš konstrukcijos korpuso pašalinamas didelis šilumos kiekis ir oro srautas leidžia atvėsti ratlankį daug geriau nei naudojant standartinį CFRP ratlankį. Varis būtų puikus priedas, nes jis gali sugerti daug šilumos, tačiau siera gali prasiskverbti į dervą, jei drėgmė patektų pro bet kokius mikro įtrūkimus. Tai sukeltų beveik tam tikrą delaminaciją. Aušinimo kriauklės – tinkleliai dervoje – turi didelį potencialą. Ši technologija gali ateiti.’
Lengvasis Leschik taip pat labai tiki dervos tobulinimais: „Siekiame optimizuoti ratlankio stabdymo ratlankius. Esame tikri, kad naudodami išmaniąsias dervas galime suteikti vairuotojui tokį patį stabdymo efektyvumą kaip ir diskai be jokio papildomo svorio.’
Sunki tiesa
Akivaizdu, kad derva yra nepakartojamas dviračių gamybos proceso herojus. Tai gali turėti įtakos anglies pluošto gaminių standumui, tvirtumui, svoriui, saugai ir kainai, todėl ar galime tikėtis, kad gamintojai pradės vaškuoti lyriškai apie savo lipnių medžiagų stebuklus? Tikriausiai ne, nes tai vis dar tik viena sudėtingos sistemos dalis. Puikios kokybės derva neatstos prastos kokybės anglies pluošto ar neįkvėptų statybos metodų. Kaip sako „Lightweight's Leschik“: „Kiekvieną kartą tas pats: norint iškepti gražų pyragą, reikia tinkamų ingredientų tinkamu santykiu, gerai pagamintų“.
Anglies žargonas: ką tai reiškia?
