С дълбоки познания за въглеродните влакна, старши инженерът на Trek по композитни материали изигра голяма роля в превръщането на велосипедите в това, което са днес
Колоездач: Как започнахте в Trek?
Jim Colegrove: През 1990 г. Trek искаше да изгради композитни части вътрешно след катастрофално начало, използвайки отделна компания за изграждането на рамката 5000. Това беше направено в едно цяло през 1988 и 1989 г. Ужасен провал – върнахме почти всеки един. Ключови хора осъзнаха, че въглеродните влакна са бъдещето и бях нает да помогна за въвеждането на производството в това съоръжение. Дойдох от малка инженерна фирма в Солт Лейк Сити, която работеше с аерокосмически клиенти – Boeing, Lockheed, Northrop, такива компании. Улица Джаксън беше мястото, откъдето започна Трек, което беше червен хамбар в центъра на Ватерло (Уисконсин). Trek започна да запоява рамки там през 1976 г. Сега там се помещава съоръжението за обработка на инструменти с ЦПУ за рязане на всички форми, които използваме, за да изработваме нашите части.
Cyc: Космическата и военната промишленост използват ли въглерод с много по-високо качество, отколкото се използва в велосипедите?
JC: Материалът, използван от космическата и отбранителната промишленост, е почти идентичен с материала, използван от индустриите за отдих. Това, което обикновено липсва, е сертификация, а също и проверка на производството. Ние използваме много различни влакна, някои от които са същите като тези, използвани за военни и космически цели от най-висок клас. M60J, например, е влакно Toray с ултра висок модул. Последният път, когато погледнах, беше нещо на север от 900 долара за паунд [приблизително £1270 за килограм]. Някои от тези материали с висок и ултрависок модул са класифицирани като стратегически материали и това означава, че са налични само в определени страни от НАТО, защото можете да правите оръжия от тях. Използваме почти всички влакна, независимо дали са Toray, Mitsubishi, Hexcel, Cytec. Вие го назовете, ние го използваме.
Cyc: Какво е специалното в начина, по който Trek прави нещата?
JC: Едно от ключовите неща е как защитаваме процеса от грешки. Всеки път, когато поставите човек в микса, има възможност за грешки. Всички наши продукти през последните пет или шест години са преминали през нашата лаборатория за валидиране, която е нещо като макетна фабрика. Привличаме нашите специалисти по документация, които казват на нашите оператори какво ще направят. Ние въвеждаме тези оператори в лабораторията за валидиране и ги обучаваме, за да имаме безпроблемен преход. Опитваме се да развиваме нещата по начин, който ще премине добре в производството. Защото, когато извадите нещата от лабораторна среда и ги насочите към производство, винаги има малки проблеми – неща, за които не сте се замисляли.
Cyc: Как съчетавате изискванията на дизайна и изследванията в Съединените щати, докато извършвате голяма част от производството си в Далечния изток?
JC: Това, което мисля, че е наистина ключово, е, че наученото тук се разпространява сред нашите азиатски партньори. Едно от нещата, които смятам, че ни отличават, е фактът, че сме дълбоко вкоренени в производството. Ние произвеждаме всички първокласни велосипеди Project One в Уисконсин и знаем, че фабриката е скъпа, но ако не го направим тук, губим тази пряка връзка с изграждането на продукта. Можем да проектираме красива рамка и да я изпратим на някого, но нямаме представа дали това, което сме проектирали, може да се изгради и дали може да се изгради по добър, уникален начин.
Cyc: Как композитната природа на въглеродните влакна влияе върху дизайна на рамката?
JC: Има нещо като теория за „черния алуминий“, при която дизайнерите третират въглерода като че ли е обикновен изотропен метал. И така, част от FEA [Анализ на крайните елементи], използван при проектирането на велосипеди, се прави чрез въвеждане на алуминий като материал и проектиране на тръбите изцяло въз основа на ефекта от определена дебелина на стената. Това не е истински съставен FEA. Това е добре за получаване на приемлив продукт, но ако искаме да наберем вида на производителността на возене, който преследваме на върха, трябва да направим нещата правилно. В нашия дизайн можете да видите броя на слоевете и къде сме ги поставили и всичко това се ръководи от нашия анализ.
Cyc: Как тенденцията за подобрена аеродинамика повлия на начина, по който подхождате към дизайна?
JC: Аеродинамиката наистина създаде дилема за нас. Аеротръбните форми обикновено изискват по-големи повърхности и всеки път, когато добавите повече повърхност към която и да е част, има повече тегло, нали? Също така, или е толкова грубо за мотоциклетиста, защото е толкова висока секция, или е толкова тясно, че моторът е навсякъде [заради страничното огъване]. Това е мястото, където нашият анализ наистина влиза в действие. Първо анализираме формата от аеродинамична гледна точка и след като разберем, че имаме определена аеродинамична форма, започваме да я включваме във FEA. Ако тези двамата няма да играят заедно, тогава трябва да добавим материал, за да отговорим на аеродинамиката, но тогава мотоциклетът ще бъде твърде тежък – това няма да е приемливо. Така че ние постоянно намираме най-доброто решение.
Cyc: Велосипедите от въглеродни влакна са наполовина въглеродни влакна и наполовина смола. Колко важна е смолата?
JC: Много. Не говорим много за това, но непрекъснато работим с различни смоли. Това е композитен материал – въглеродните влакна вършат работата, а епоксидната смола държи влакната на място. Така че, ако смолата не върши работата си, задържайки влакната на място, вие няма да постигнете истинска производителност от влакната. Създадохме по-силна връзка с [производителя на въглеродни влакна] Hexcel, защото има широка гама от смоли, които имат уникални и специални свойства. Проблемът е, че допълнително усложнява и без това сложната концепция. Има толкова много жаргон наоколо – дали е T700 или T800 или IM7 или IM8, какви са модулите, якостта и удължението? Достатъчно объркващо е и без да се навлиза в смоли.
Cyc: въглеродът понякога има лоша репутация за ограничен живот. Вярно ли е това?
JC: Хората изглеждат загрижени за въглеродните влакна, защото са неизвестни. Хората са израснали със стомана и алуминий. Всеки материал има издръжливост на умора. Вземете стоманен кламер и го огънете сто пъти, вероятно ще се счупи. Направете същото с алуминия и той вероятно ще се счупи за половината време, защото алуминият не е толкова добър на умора, колкото стоманата. Композитите като цяло имат безкраен живот на умора. Но това зависи от използването на въглеродни влакна, използването на смола и колко добре е обработена. С други думи, има ли много кухини в ламината? Тъй като кухините ще убият композита много бързо. Това беше обичайно преди години, но вече не. Това отново е мястото, където пълният контрол на материалите, процесите и инженерството играят важна роля. Ако поемете контрола над всичко това, можем категорично да кажем, че велосипед, който купите днес, можете да карате цял живот и той няма да се влоши през този живот.
Cyc: На лов ли сте за нови и необикновени материали?
JC: Ние винаги търсим нови материални форми. Графенът е един от тях, но все още се разработва. Има производители на нанографенови пластинки, така че вече можете да го получите, но е много скъпо. Най-голямото нещо за нас е, че освен ако не видим полза от композита, не сме напълно продадени. Ако можем да измислим някакъв начин да получим нанотръби от графен или въглеродни влакна, за да създадем дългите струни, каквито имаме за сегашните въглеродни влакна, о, боже, твърдостта, здравината и теглото ще бъдат невероятни.
Trek.com
