Блог

Aug 23, 2023

Углеродное волокно

Тайная жизнь углеродного волокна — самого распространенного велосипедного материала. Поскольку углерод

Тайная жизнь углеродного волокна — самого распространенного велосипедного материала.

С тех пор, как почти два десятилетия назад углеродное волокно фактически захватило мир спортивных велосипедов, велосипедная индустрия продолжает создавать все более легкие, жесткие и впечатляющие конструкции, которые невозможно было изготовить из металла.

Но изделия из углеродного волокна также могут быть более непонятными и загадочными, чем их металлические аналоги. Вот 11 фактов об этом материале, которые вы, возможно, не знали.

Присоединяйтесь к Bicycling All Access, чтобы получить более подробную информацию об оборудовании.

Это просто так кажется. Это правда, большая часть продукции из углеродного волокна для велосипедной индустрии поступает из Китая, Тайваня и, все чаще, из Вьетнама и Индонезии. Но некоторые рамы и детали из углеродного волокна также производятся на велосипедных заводах в США (например, Allied, Guerrilla Gravity, Zipp, Enve и Argonaut), Португалии, Тунисе (см.) и Италии (Sarto, Basso, Colnago's C68).

Несмотря на свою репутацию аэрокосмического материала, с углеродным волокном на самом деле так же легко работать в небольших масштабах, как и с металлическими трубками. Небольшие американские магазины и даже индивидуальные строители могут работать с углеродом, а не только с готовыми трубами, которые можно приобрести у таких компаний, как Dedacciai в Италии или Rock West в Юте. Такие строители, как Крейг Калфи, Ник Крамптон и Мэтт Эпплман, каждый из которых участвовал в Североамериканской выставке велосипедов ручной работы, создают свои собственные рамы из карбонового листа почти так же, как это делают крупные строители, такие как Giant.

[Различия между материалами рам велосипеда — объяснение]

Само углеродное волокно обычно изготавливается из материала, называемого полиакрилонитрильным (ПАН) волокном. Менее распространенный предшественник называется смолой. ПАН-волокно подвергается чрезвычайно высокой температуре, при которой сгорает весь неуглеродный материал и остается ряд очень тонких и длинных волокон. Чем больше обработка, тем больше увеличивается жесткость.

Это сложный промышленный процесс, и лишь несколько компаний в мире имеют возможность производить сырое углеродное волокно. По состоянию на 2010 год, согласно отчету Министерства энергетики США, более 90 процентов мировых поставок углеродного волокна приходится всего на шесть компаний: Toray, Teijin (Toho Tenax), Mitsubishi Chemical Corporation, Zoltek, Hexcel и Cytec. На Toray, Teijin и Mitsubishi приходится почти две трети мирового производства углеродного волокна. Zoltek, Hexcel и Cytec имеют штаб-квартиры в США и производят чуть менее трети мирового углеродного волокна.

Углеродное волокно бывает различных форм: необработанное волокно или листовое волокно (оба — непрерывное волокно), а также короткое волокно, которое может представлять собой либо листы, либо комки измельченного волокна очень короткой длины. Рубленое волокно используется в таких продуктах, как корпуса педалей. Листовой стиль наиболее распространен в рамах велосипедов, и это то, как он звучит: непрерывные листы углеродного волокна (называемые слоями), которые выглядят как рулоны ткани и обычно примерно такой же ширины, намотанные на гигантские катушки. Необработанная нить встречается в велосипедной промышленности гораздо реже; лишь немногие производители велосипедов, такие как Giant и Time, имеют техническую возможность работать с необработанной резьбой.

Мы говорим «углеродное волокно», но на самом деле мы имеем в виду «композит из углеродного волокна» — это не единственный материал в вашей раме. Это связано с тем, что невероятные свойства жесткости углеродного волокна имеют свою цену: само по себе оно довольно хрупкое и склонное к раскалыванию и растрескиванию. Чтобы сохранить свои способности, перед формованием его подвешивают в клееподобном материале, называемом эпоксидной смолой, образуя композитный материал. Большая часть углеродного волокна, используемого в велосипедной промышленности, поставляется в такой форме, которая называется «препрег».

Смола выполняет две задачи. Во-первых, он удерживает углерод вместе — как отдельные волокна внутри слоя, так и после отверждения ориентацию двух слоев друг к другу. Во-вторых, смола придает решающую прочность и долговечность. Он слегка пластичен и деформируется под воздействием ударов, помогая поглощать резкие удары, такие как падение или удар камня, не создавая критического раскола между волокнами.

Каждая велосипедная компания щедро приправляет свою литературу по конструкции рам такими модными словечками, как «высокомодуль» или даже «сверхвысокомодуль». Но эти условия не предназначены для велосипедной индустрии. Углеродное волокно классифицируется по его жесткости, определяемой по модулю растяжения или по тому, насколько материал будет деформироваться под нагрузкой. Для углеродного волокна эти рейтинги и диапазон жесткости устанавливаются Японской ассоциацией производителей углеродного волокна (JCMA).