Sveķi ir neapdziedāts varonis, kas satur jūsu oglekļa rāmi kopā, un tas ir tikpat svarīgi veiktspējai
Pajautājiet lielākajai daļai ceļu braucēju, no kā ir izgatavots viņu velosipēda rāmis, un atbilde, visticamāk, būs “ogleklis”. Pajautājiet ikvienam, kurš ir iesaistīts velosipēdu rāmju (vai arī citu izstrādājumu, kas izgatavoti no šī austa brīnummateriāla) izgatavošanā, un jūs saņemsiet sarežģītāku atbildi.
„Velosipēdu nozarē mēs parasti dzirdam runas par oglekli, bet patiesībā tas ir pārāk vienkāršots - vispārinājums,” saka Tomass Lešiks, Vācijas riteņu ražotāja Lightweight inženierijas vadītājs. Tā faktiski ir oglekļa šķiedru un epoksīdsveķu matrica. Precīzāks termins ir CFRP – ar oglekļa šķiedru pastiprināta plastmasa.'
Tātad mūsu ļoti iekārojamie zirgu velosipēdi ir tikai pastiprināti plastmasas velosipēdi. Tas ir vienkāršs saīsinājums, un tas labi izskaidro sveķu nozīmi, kas ir CFRP plastmasas (vai polimēru) daļa. Būtībā sveķi piešķir kompozītmateriālam tā stingrību. Kā saka Fils Dempsijs no uzņēmuma Aprire, kas specializējas oglekļa šķiedras velosipēdu ražošanā: “Oglekļa šķiedra ir tikai audums. Viens pats tas ir tikai auduma gabals.’
Runājot par produktu aprakstiem un tam pievienoto mārketinga plānu, oglekļa šķiedras zīmols vai veids (piemēram, Toray, T800, 65HM1K, īpaši augsts modulis) tiek regulāri izcelts kā galvenā gatavā produkta īpašību iezīme. It kā nekas cits nespēlētu, taču patiesībā šķiedras veido nedaudz vairāk par pusi no rāmja materiāla. Pārējais ir epoksīda sveķi, kam noteikti ir jāspēlē svarīga loma mūsdienu velosipēda darbībā. Kāpēc tad mārketinga ziņojumā tas reti tiek minēts?
CFRP ABC
| CFRP |
Ar oglekļa šķiedru pastiprināta plastmasa (vai polimērs). Saliktais materiāls, uz kuru atsaucās uz oglekli vai oglekļa šķiedru. |
| Izārstēt |
Karstuma un bieži spiediena pielikšanas process CFRP struktūrai, lai “iestatītu” sveķi un nodrošina gatavā gabala stingrību. |
| Fibre | Oglekļa šķipsnas, kas ir austas vai adītas kopā, lai izveidotu CFRP struktūras pastiprinošo elementu. Bieži tiek saukti par “pavedieniem”. |
| Mould | Fiziskā sastāvdaļa, kurā un ap kuru tiek liktas oglekļa šķiedras loksnes, lai izveidotu rāmi. |
| Ply book | Būtībā izslavētu šūšanas rakstu grāmata. Tajos ir detalizēti aprakstīts, kā tiek sagriezts un salikts katrs atsevišķais oglekļa šķiedras gabals, un tie ir vistuvāk apsargātie noslēpumi. |
| Pirmsgr. | Oglekļa šķiedras diegu loksnes, kas piesūcinātas ar nesacietējušiem sveķiem. |
| Sveķi | Šķidrs polimērs, ko izmanto, lai savienotu šķiedras kopā CFRP struktūrā. |
Iekšējās zināšanas
Lai saprastu sveķu lomu gatavā oglekļa šķiedras velosipēdā, mums ir jāsaprot ražošanas process un tas, kā tajā tiek iekļauti sveķi.
Būtībā ir divu veidu oglekļa šķiedras konstrukcijas: mitra un sausa. Slapjā ražošanā uzņēmums iegādājas oglekļa šķiedras audumu, kas jau ir piesūcināts ar sveķiem, kas pazīstams kā pre-preg. Šīs lipīgās loksnes ieklāj veidnē vai ap to un pēc tam sacietē, izmantojot siltumu un spiedienu, lai nodrošinātu stingrību. Sauso sveķu infūzijas ražošanas tehnikai var būt divas dažādas formas. Pirmais ir līdzīgs tam, kā notiek iepriekšēja sagatavošana, izmantojot grieztas sausas drānas formas, kas uzklātas virs veidnes, pievienojot sveķus kā daļu no cietēšanas procesa. Otrā tehnika, ko izmanto tādi uzņēmumi kā Time un BMC (ar saviem Impec velosipēdiem), ietver nepārtrauktas cauruļveida zeķei līdzīgas struktūras izstiepšanu virs veidnes vienā garumā. No šejienes sveķus zem spiediena pievieno jau izveidotajām formām.
Giant ir vienīgais zīmols, kas ražo visus savus oglekļa pre-preg produktus no “spoles līdz galam” - tas nozīmē, ka tas pērk oglekļa šķiedru kā diegu uz lielām spolēm, pievieno savus sveķus un turpina ražot tā rāmjus, stieņus, kātus un piederumus. Šķiet, ka Giant ir labs uzņēmums, lai jautātu par sveķu nozīmi.
Tā Apvienotās Karalistes produktu un apmācības menedžeris Deivids Vords saka: “Mūsu oglekļa šķiedras kvēldiegs tiek piegādāts tieši no Toray [pasaulē lielākā oglekļa šķiedras ražotāja] uz spoles telpu. No turienes tas ir ievīts stellēs un ieausts milzīgās oglekļa auduma loksnēs. Sveķi tiek pievienoti pēc aušanas. Sveķi atrodas teknē virs rullīšu bloka un tiek nodoti kustīgajai drānai, ar rullīšiem uzklāti uz pavedieniem.” Process ir vienkāršs, un Giant izmantotā tehnika ir gandrīz identiska tai, ko izmanto visi iepriekš sagatavota oglekļa šķiedra. Taču, lai gan tā mehānika var būt vienkārša, precizitāte, atkārtojamība un kontrole ir ļoti svarīgas gatavā produkta integritātei.
'Sveķiem ir jāplūst starp un lieliski jāpārklāj katrs kvēldiegs, saka Vords. “Labs sveķu sadalījums ir ļoti svarīgs, lai no ražošanas līnijas gala izkļūtu labi iepriekš sagatavoti.” Dempsijs no Aprire piebilst: “Ir tik svarīgi, lai sveķi izietu cauri slāņiem. Ja lietojat sveķus nepareizi, rāmis ir saplaisājis. Tas ir ļoti svarīgi.’
Pasākumā
'Tā kā sveķi pēc sacietēšanas veido 40% no Giant rāmja, sveķi ir ļoti svarīga sastāvdaļa,”saka Vords. “Kad tie ir termoreaktīvi [sacietējuši], tie ir sveķi, kas piešķir struktūrai stingrību.” Papildus pamata strukturālajām īpašībām sveķiem ir vēl viena svarīga loma. Dempsijs saka: "Jums ir jāpārnes spriedzes no vienas daļas uz otru. Tie ir sveķi, kas ļauj pārnest slodzi starp šķiedru slāņiem.’
Dažādi sveķi ietekmēs gala produkta veiktspēju. Dempsijs saka: Ja sveķi ir pārāk viskozi, tie neplūst cauri oglei, un jūs galu galā šķiedras pieskaras viena otrai. Ideālā gadījumā vēlaties, lai tie būtu precīzāk atdalīti.’
Tad ir saspiežamības problēma, kas ietekmē oglekļa struktūru biezumu. "Dažādas piedevas sveķos ietekmēs saspiežamību," saka Dempsijs.“Jūs varat iegūt atšķirīgu slāņa biezumu atkarībā no sveķu īpašībām. Parasti lētāki sveķi būs biezāki. Ar labiem sveķiem oglekļa šķiedras var atšķirties mikronu attālumā. Tas nodrošina plānākas sienas ar tādām pašām stiprības īpašībām, kas nozīmē vieglāku rāmi. Lētāki sveķi atstāj vairāk materiāla starp šķiedrām un slāņiem.’
Tā kā Giant ražo pilnībā iekšēji, tas ir spējis izstrādāt savus sveķus. Vords saka: “Šobrīd mēs strādājam pie trešās paaudzes sveķu izstrādes. Formēšanas un cietēšanas procesa mazākās detaļas ir saistītas ar sveķu īpašībām – temperatūru, kurā tas izžūst, un laiku, kas nepieciešams sacietēšanai.’ Pateicoties oglekļa izstrādājumu plašajam cenu diapazonam, uzņēmums Giant izmanto divu veidu sveķus. "Mūsu standarta sveķi tiek izmantoti visās produktu līnijās, izņemot Advanced SL produktus," saka Vords. “Advanced SL mēs izmantojam nanotehnoloģiju piedevu. Nanodaļiņas palielina mūsu rāmju triecienizturību par 18%, negatīvi neietekmējot stingrību vai svaru. Tomēr tie maksā daudz vairāk.’
Papildu daļiņu blakusprodukts ir uzlabota sienu blīvēšana sacietēšanas laikā. Nanodaļiņas ļauj sveķiem aizpildīt izkārtojuma mikro tukšumus. Sveķi faktiski plūst labāk, samazinot tukšumu iespējamību un samazinot sienu biezumu, piebilst Vords.
Sveķu loma tukšumu samazināšanā ir galvenais punkts rāmja strukturālajā integritātē, kā skaidro Dempsijs. "Tukšumi sveķos ir caurumi, kas savāks stresu," viņš saka. "Tie ir potenciāli bojājuma punkti, un tukšumi sabojājas, izpūšot slāņiem atslāņojoties. Jūs joprojām varat iegūt atslāņošanos bez tukšumiem, taču vēlaties, lai kompozītmateriālā būtu minimālas gaisa kabatas.’
Papildus slodzes pārnesei, sieniņu biezumam un izturībai, sveķi var ietekmēt velosipēda gaitu. Dempsijs saka: No vienkārša viedokļa jūs varat uzskatīt sveķus kā divu iepakojumu araldīta stila produktu ar sveķiem un cietinātāju. Cietinātāja daudzums, ko izmanto kopā ar konkrēto sveķu, var būtiski ietekmēt braukšanas kvalitāti. Lai velosipēda rāmis būtu labs, cietinātajos sveķos ir nepieciešams neliels elastīgums, lai nodrošinātu spriegumu pārnesi starp oglekļa šķiedras slāņiem. To var iegūt, izmantojot spēcīgākus sveķus ar mazāku cietinātāju. Gudri dizaineri var iegūt stingrāku vai atbilstošāku struktūru konkrētam svaram. Jūs nevarat paļauties uz sveķu stingrību, taču kā inženierim jums ir jāapzinās iespējamās īpašības, ko sveķi var pievienot gatavai struktūrai.’
Sveķi ir nepārprotami svarīgi gatavā rāmja kvalitātei, tāpēc mēs atgriežamies pie jautājuma, kāpēc mēs par tiem tik maz dzirdam.
'Sveķi ir atļauts, nevis funkciju draiveris,' saka Dempsijs. Sveķi ļauj mums savienot dažādus oglekļa šķiedras slāņus, piemēram, T700 līdz T800, lai izmantotu atšķirīgās īpašības, kas mums piemīt. To ir grūti pārdot, un to ir ļoti grūti griezt, taču viņu lomu nevajadzētu novērtēt par zemu.’
Giant's Deivids Vords to izsaka kodolīgāk: “Sveķi ir tikai līme. Viņi vienkārši nav seksīgi.’
Brīža karstums
Ņemot vērā, ka lielākā daļa velosipēdu ražotāju izmanto iepriekš sagatavotu oglekli, viņu izvēle ir ierobežota attiecībā uz sveķu izmantošanu, lai ietekmētu rāmja veiktspēju. Taču tas neliedz cilvēkiem meklēt jaunus virzienus vai mudināt sveķu un pre-preg uzņēmumus ražot dažādus produktus.
Dempsijs saka: “Mēs strādājam, lai partneri ražotu sveķus, kas istabas temperatūrā neizžūst. Viens no dizaina ierobežojošajiem faktoriem ir tas, ka, tiklīdz jūs izņemat pre-preg no saldētavas, tas sāk sacietēt gaisā. Ārpus konservēšanas cepeškrāsns tas nekad pilnībā nesacietēs, bet tas “izdzisīs”. Iepriekšēja sagatavošana, kas ļāva mums izmantot sarežģītāku salikšanas procesu un izstrādāt mūsu slāņu grāmatu [skatīt glosāriju, pa kreisi] līdz vēlamajam līmenim, ļautu mums iegūt daudz vairāk no gala rezultāta. Tas mums būtu lieliski.’
Viena joma, kurā sveķiem ir liela nozīme, ir oglekļa riteņu ražošana. Šeit sveķi ir atslēga ne tikai riteņa konstrukcijas integritātei un stingrībai, bet arī bremzēšanas veiktspējai.
Vieglā svara pārstāvis Lešiks saka: “Sveķu vājākā vieta ir tā temperatūras izturēšanās. Lielākajai daļai sveķu ir problēmas virs 150°C. Pēdējo 10 gadu laikā esam trīs reizes palielinājuši mūsu sveķu temperatūras izturību.’
Gandrīz katrs velosipēdists būs dzirdējis šausmu stāstu par oglekļa riteņa sabojāšanos garā nobraucienā karstuma palielināšanās dēļ, bet kas patiesībā notiek, kad bremžu kluči saskaras ar loku? Lešiks saka: Triboloģija ir zinātne un inženierija par mijiedarbīgām virsmām relatīvā kustībā. Tas ietver berzes, eļļošanas un nodiluma principu izpēti un piemērošanu. Viena no šādām triboloģiskām sistēmām ir bremzēšana uz CFRP loka ar gumijas bremžu klučiem mitros vai sausos apstākļos. Šīs sistēmas optimizācija, lai nodrošinātu labu bremžu darbību, nav iespējama bez augstas temperatūras izturīgiem sveķiem.’
Tāpat kā rāmja veiktspējas gadījumā, sveķos esošās piedevas palielina karstumizturību un cenu. Viena no šādām piedevām ir keramika – silīcija dioksīds. Kamēr Aprire neražo riteņus, Dempsijs saprot šo procesu: “Sveķi būtiski maina oglekļa loka struktūru. Piemēram, silīcija dioksīda pievienošana no konstrukcijas korpusa noņem ievērojamu daudzumu siltuma un ļauj gaisa plūsmai atdzesēt loku daudz labāk nekā ar standarta CFRP loku. Varš būtu lieliska piedeva, jo tas spēj uzņemt milzīgu daudzumu siltuma, taču pastāv iespēja, ka sērs var izskaloties sveķos, ja mitrums nokļūst pa mikroplaisām. Tas izraisītu gandrīz noteiktu atslāņošanos. Siltuma izlietnēm - tīkliem sveķos - ir liels potenciāls. Šī tehnoloģija var nākt klajā.’
Lightweight Leschik arī ļoti tic sveķu izstrādei: “Mēs meklējam loku bremžu disku optimizāciju. Mēs esam pārliecināti, ka ar viedajiem sveķiem mēs varam nodrošināt braucējam tādu pašu bremžu veiktspēju kā diskiem bez papildu svara grama.’
Skarbā patiesība
Ir skaidrs, ka sveķi ir velosipēda ražošanas procesa neapdziedāts varonis. Tas var ietekmēt oglekļa šķiedras izstrādājumu stingrību, robustumu, svaru, drošību un cenu, tāpēc vai mēs varam sagaidīt, ka ražotāji sāks vaksēt lirisku par savu lipīgo materiālu brīnumiem? Droši vien nē, jo tā joprojām ir tikai viena sarežģītas sistēmas sastāvdaļa. Lieliskas kvalitātes sveķi nekompensēs sliktas kvalitātes oglekļa šķiedru vai neiedomātas būvniecības metodes. Kā saka Lightweight’s Leschik: “Katru reizi ir viens un tas pats: lai pagatavotu jauku kūku, ir vajadzīgas pareizās sastāvdaļas pareizajā attiecībā, kas ir labi pagatavota.”
Oglekļa žargons: ko tas viss nozīmē?
