Връв и лепило: Поглед отблизо към смолата

Съдържание:

Връв и лепило: Поглед отблизо към смолата
Връв и лепило: Поглед отблизо към смолата
Anonim

Смолата е невъзпятият герой, който държи заедно вашата карбонова рамка и е също толкова важен за производителността

Попитайте повечето пътници от какво е направена рамката на велосипеда им и отговорът вероятно ще бъде „карбон“. Попитайте всеки, който се занимава с правенето на рамки за велосипеди (или наистина други продукти, направени от този тъкан чуден материал) и ще получите по-сложен отговор.

„В велосипедната индустрия обикновено чуваме да се говори за въглерод, но всъщност това е твърде опростено – обобщение“, казва Томас Лешик, ръководител на инженеринга в немския производител на колела Lightweight. „Това всъщност е матрица от въглеродни влакна и епоксидна смола. По-точният термин е CFRP – пластмаса, подсилена с въглеродни влакна.'

Така че нашите силно желани коне са малко повече от подсилени пластмасови велосипеди. Това е просто съкращение и до голяма степен обяснява важността на смолите – които са пластмасовата (или полимерна) част от CFRP. По същество смолата придава на композитния материал неговата твърдост. Както казва Фил Демпси от Aprire, компания, специализирана в велосипеди от въглеродни влакна, „Въглеродните влакна са чисто плат. Сам той е просто парче плат.“

Образ

Когато става дума за описания на продуктите и съпътстващите ги маркетингови игри, марката или типът на въглеродните влакна (напр. Toray, T800, 65HM1K, ултра висок модул) рутинно се разгласява като основна характеристика на характеристиките на крайния продукт. Сякаш няма нищо друго в играта, но всъщност влакната съставляват малко над половината от материала на рамката. Останалото е епоксидната смола, която очевидно трябва да играе важна роля в представянето на един модерен велосипед.Защо тогава маркетинговата реклама рядко го споменава?

Азбуката на CFRP

CFRP Пластмаса, подсилена с въглеродни влакна (или полимер). Посоченият композитен материал

като въглерод или въглеродни влакна.

Cure Процесът на прилагане на топлина и често натиск върху CFRP структура, за да се „настрои“

смола и осигуряване на твърдост на завършеното парче.

Fibre Нишки от въглерод, които са изтъкани или плетени заедно, за да създадат подсилващия елемент на CFRP структура. Често наричани „нишки“.
Мухъл Физическият компонент във и около който са положени листове от въглеродни влакна, за да се създаде рамката.
Ply book По същество книга с прославени модели за шиене. Те описват подробно как се изрязва и сглобява всяко отделно парче въглеродни влакна и са най-строго пазените тайни.
Предбременна бременност Листи от нишки от въглеродни влакна, импрегнирани с невтвърдена смола.
Смола Течен полимер, използван за свързване на влакна заедно в CFRP структура.

Вътрешно знание

За да разберем ролята на смолата в завършен велосипед от въглеродни влакна, трябва да разберем производствения процес и как смолата се вгражда в него.

По същество има два вида конструкция от въглеродни влакна: мокра и суха. За мокро производство една компания закупува плат от въглеродни влакна, който вече е импрегниран със смола, известен като предварително импрегниране.Тези лепкави листове се поставят в или около калъп и след това се втвърдяват с помощта на топлина и натиск, за да се придаде твърдост. Техниката за производство на вливане на суха смола може да приеме две различни форми. Първият е подобен на начина, по който се извършва производството на препрег, с изрязани форми от сух плат, положен върху матрица, като смолата се добавя като част от процеса на втвърдяване. Втората техника, използвана от компании като Time и BMC (с техните велосипеди Impec), включва разтягане на непрекъсната тръбна подобна на чорап структура върху калъп в една дължина. От тук смолата се добавя под налягане към вече оформените форми.

Giant е единствената марка, която произвежда всичките си собствени въглеродни предварително импрегнирани продукти от „макара до край“– тоест купува своите въглеродни влакна като конец на големи макари, добавя своя собствена смола и продължава да произвежда своите рамки, пръти, стебла и аксесоари. Тогава Giant изглежда като добра компания, която да попита за значението на смолите.

Образ

Неговият мениджър за продукти и обучение в Обединеното кралство, Дейвид Уорд, казва: „Нашата нишка от въглеродни влакна се доставя директно от Toray [най-големият производител на въглеродни влакна в света] до помещението за макари. Оттам се завива към становете и се втъкава в огромни чаршафи от въглероден плат. След тъкането се добавя смолата. Смолата се намира в корито над ролковия модул и се прекарва върху движещия се плат, нанася се върху нишките чрез ролки.“Процесът е прост и техниката, използвана от Giant, е почти идентична с тази, използвана от всички производители на предварително импрегнирани въглеродни влакна. Но въпреки че може да е проста в своята механика, точността, повторяемостта и контролът са жизненоважни за целостта на готовия продукт.

„Смолата трябва да тече между и да покрива идеално всяка отделна нишка“, казва Уорд. „Доброто разпределение на смолата е жизненоважно за получаването на добър препрег от края на производствената линия.“Демпси от Aprire добавя: „Много е важно смолата да преминава през слоевете.Ако сбъркате смолата, имате напукана рамка. Наистина е критично.“

В разгара на всичко

„Тъй като смолата съставлява 40% от гигантската рамка след втвърдяване, смолата е много важна част“, ​​казва Уорд. „След като е термореактивен [втвърден], смолата е тази, която придава твърдост на конструкцията.“Освен основните структурни свойства, смолата играе друга жизненоважна роля. Демпси казва: „Трябва да прехвърлите напрежението от една част на друга. Това са смоли, които позволяват прехвърлянето на товари между слоевете влакна.“

Различните смоли ще повлияят на производителността на крайния продукт. Демпси казва: „Ако смолата е твърде вискозна, тя няма да премине през въглерода и ще получите влакна, които се допират едно до друго. В идеалния случай искате да са отделени за минута.“

След това има проблем със свиваемостта, която влияе върху дебелината на въглеродните структури. „Различните добавки в смолата ще повлияят на свиваемостта“, казва Демпси.„Можете да получите различна дебелина на слоя в зависимост от характеристиките на смолата. Като цяло по-евтините смоли ще бъдат по-дебели. С добра смола въглеродните влакна могат да бъдат на микрони едно от друго. Това ви дава по-тънки стени за същите здравини, което означава по-лека рамка. По-евтината смола оставя повече материал между влакната и слоевете.’

Образ

Тъй като Giant произвежда изцяло вътрешно, той успя да разработи свои собствени смоли. Уорд казва: „Сега сме в нашето трето поколение разработка на смоли. По-малките детайли на процеса на формоване и втвърдяване се свеждат до свойствата на смолата – температурата, при която тя изчезва, и времето, необходимо за втвърдяване.“Поради широкия ценови диапазон на своите въглеродни продукти, Giant използва два вида смола. „Нашата стандартна смола се използва във всички продуктови линии, с изключение на продуктите Advanced SL“, казва Уорд. „За Advanced SL използваме нанотехнологична добавка. Наночастиците увеличават устойчивостта на удар на нашите рамки с 18% без отрицателен ефект върху твърдостта или теглото.Те обаче струват много повече.’

Допълнителен страничен продукт от частиците е подобреното уплътняване на стените по време на втвърдяването. „Наночастиците позволяват на смолата да запълни микрокухините в подреждането. Смолата действително тече по-добре, като намалява потенциала за кухини и дебелината на стената,’ добавя Уорд.

Ролята на смолата за намаляване на кухините е ключов момент в структурната цялост на рамката, както обяснява Демпси. „Празните места в смолата са дупки, които събират напрежение“, казва той. „Това са потенциални точки на повреда и кухините се провалят, като се раздуват, докато слоевете се разслояват. Все още можете да получите разслояване без кухини, но искате да се стремите към минимални въздушни джобове в композита.“

В допълнение към пренасянето на натоварването, дебелината на стената и здравината, смолите могат да окажат влияние върху карането на велосипеда. Демпси казва: „От проста гледна точка можете да мислите за смолите като за продукт от две опаковки в стил Araldite със смола и втвърдител. Количеството на втвърдителя, използван с дадена смола, може да има съществен ефект върху качеството на возене.За добра велосипедна рамка се нуждаете от известна гъвкавост във втвърдена смола, за да позволите прехвърлянето на напрежението между слоевете от въглеродни влакна. Можете да постигнете това, като използвате по-здрава смола с по-малко втвърдител. Умните дизайнери могат да получат по-твърда или по-съобразена структура за дадено тегло. Не можете да разчитате на смола за твърдост, но като инженер трябва да сте наясно с потенциалните свойства, които смолата може да добави към завършената структура.“

Смолите очевидно са важни за качеството на завършената рамка, така че се връщаме към въпроса защо чуваме толкова малко за тях.

„Смолата позволява, а не е двигател на функциите“, казва Демпси. „Смолата ни позволява да свържем заедно различните слоеве въглеродни влакна – например T700 до T800 – за да използваме различните свойства, които влакната ни представят. Продава се трудно и е много трудно да се върти, но ролята, която играят, не трябва да се подценява.“

Дейвид Уорд от Giant казва по-кратко: „Смолите са само лепило. Те просто не са секси.“

Образ

Жегата на момента

Като се има предвид, че повечето производители на велосипеди използват предварително импрегниран карбон, техният избор е ограничен по отношение на използването на смола, за да повлияе на работата на рамката. Но това не спира хората да търсят нови насоки или да настояват компаниите за смола и предварителни импрегнации да произвеждат различни продукти.

Демпси казва: „Работим, за да накараме партньори да произведат смола, която не изгасва при стайна температура. Един ограничаващ фактор при дизайна е, че веднага след като вземете препрег от хладилния му склад, той започва да се втвърдява на въздух. Никога няма да се втвърди напълно извън пещта за втвърдяване, но ще „изгасне“. Предварителната импрегнация, която ни позволи да използваме по-сложен процес на подреждане и да развием нашата многослойна книга [вижте речника вляво] до нивото, което желаем, би ни позволила да получим много повече от нашия краен резултат. Това би било брилянтно за нас.“

Една област, в която смолите играят огромна роля, е производството на карбонови колела. Тук смолите са от ключово значение не само за структурната цялост и твърдостта на колелото, но и за ефективността на спиране.

Leschik от Lightweight казва: „Най-слабото място на смолата е нейното температурно поведение. Повечето смоли имат проблеми над 150°C. През последните 10 години увеличихме температурната устойчивост на нашите смоли три пъти.’

Почти всеки велосипедист ще е чувал ужасяваща история за карбоново колело, което се поврежда при дълго спускане поради натрупване на топлина, но какво всъщност се случва, когато спирачната накладка срещне ръба? Лещик казва: „Трибологията е наука и инженерство на взаимодействащи повърхности в относително движение. Включва изучаването и прилагането на принципите на триене, смазване и износване. Спирането на CFRP джанта с гумени спирачни накладки при мокри или сухи условия е една такава трибологична система. Оптимизирането на тази система за добра ефективност на спирачките не е възможно без устойчиви на висока температура смоли.’

Образ

Както при производителността на рамката, добавките в смолите допринасят за устойчивостта на топлина и цената.Една такава добавка е керамика - силициев диоксид. Докато Aprire не произвежда колела, Демпси разбира процеса: „Смолите правят огромна разлика в структурата на карбонова джанта. Например, добавянето на силициев диоксид изтегля значително количество топлина от тялото на конструкцията и позволява на въздушния поток да охлажда джантата много по-добре, отколкото при стандартна джанта от CFRP. Медта би била чудесна добавка, тъй като има способността да извлича огромни количества топлина, но има потенциал сярата да проникне в смолата, ако влагата проникне през всякакви микропукнатини. Това би довело до почти сигурно разслояване. Топлинни поглътители – мрежи в смолата – имат голям потенциал. Тази технология може да дойде.“

Лешик от Lightweight също има голяма вяра в разработките на смола: „Разглеждаме оптимизирането на джантите с джанти. С интелигентните смоли сме сигурни, че можем да дадем на колоездача същата спирачна ефективност като дисковете без нито един допълнителен грам тегло.“

Трудната истина

Ясно е, че смолата е невъзпят герой в процеса на производство на велосипеди.Това може да повлияе на твърдостта, здравината, теглото, безопасността и цената на продуктите от въглеродни влакна, така че можем ли да очакваме производителите да започнат да лиричат ​​за чудесата на техните лепкави неща? Вероятно не, защото все още е само една част от сложна система. Висококачествената смола няма да компенсира лошото качество на въглеродните влакна или невдъхновените строителни техники. Както казва Leschik от Lightweight, „Всеки път е едно и също: за да приготвите хубава торта, имате нужда от правилните съставки в правилното съотношение, приготвени добре.“

Въглероден жаргон: Какво означава всичко това?

Популярна тема