Carbon Fiber 101: Hvordan cykler er lavet og repareret

cykling er besat med kulfiber. Carbon bruges til at bygge rammer, hjul og komponenter. Du kan finde det på alt fra entry-level cykler til knap opnåelige halo rides.

hvis du har brugt nogen tid på at tale med nogen meningsfulde cyklister, har du utvivlsomt hørt masser af anekdoter, vittigheder, bekymringer og kritik om kulstof som materiale. Myterne og historierne kan få nogle ryttere til at stille spørgsmålstegn ved, hvorfor kulstof er så populært, og hvorfor det er værd at overveje, når man handler efter en ny cykel.

Brady Kappius af Broken Carbon og Kappius komponenter

for at lære mere talte vi med kulfiberekspert, Brady Kappius. Han er grundlægger af Broken Carbon, en førende kulfiber cykel værksted i Boulder, Colorado. Kappius og hans team har med succes repareret over 4.500 kulstofcykelrammer, og de forstår materialet indvendigt og udvendigt. Det er rigtigt, på trods af hvad du måske har hørt, kan kulfiber repareres. Vi talte med Kappius, og han hjalp med at kaste lys over, hvordan kulfiber fungerer, hvorfor det er så populært i cykling, og hvordan kulstof kan repareres, når det går i stykker.

hvorfor bygge cykler ud af kulfiber?

der er en grund til, at så mange moderne cykler er lavet af kulstof. Kulfiber har nogle fordelagtige egenskaber sammenlignet med metaller som stål, aluminium og endda titanium.

Brady Kappius: “i forhold til andre materialer er kulfiber en af de nyeste inden for cykelindustrien. Teknologien, der bragte kulfiber til cykler, kom virkelig fra luftfartsindustrien. Du begyndte ikke rigtig at se carboncykler starte på forbrugermarkedet indtil begyndelsen af 90 ‘ erne.

“det unikke ved kulfiber er, at det er meget let, men det er også holdbart. Du kan lave en meget, meget stærk cykel ud af kulfiber. En stor fordel er, at materialet kan konstrueres til at fungere forskelligt i forskellige retninger. Du kan designe en kulstoframme til at være stiv i en bestemt retning eller stiv torsionelt, mens du stadig har overensstemmelse i en anden retning. Den retning, du orienterer fibrene, bestemmer egenskaberne for en ramme eller komponent.

“kulfiber er ret unik på denne måde. Hvis du for eksempel laver en cykel af aluminium, kan du lege med rørtykkelse og diameter, men ikke meget andet. Uanset hvad aluminiumslangens egenskaber er, er stort set alt hvad du får. Med kulstof kan ingeniører og producenter virkelig kontrollere materialets egenskaber og give forskellige niveauer af stivhed og styrke i forskellige områder. Aluminium har også det, der kaldes en udholdenhedsgrænse. Det har ikke en uendelig træthed liv under normale belastningsforhold. Carbon har næsten uendelig træthed liv.

“egenskaberne af kulstof tillader en cykel til gjort lettere. Sig, at et bestemt område på en cykel ikke ser meget stress. Så i stedet for at skulle bruge et kontinuerligt rør, der er røntgen hele vejen igennem, kan du nøjagtigt kontrollere, hvor meget fiber der er placeret i bestemte specifikke områder, hvor belastningerne er mindre og koncentrere sig mere, hvor det er nødvendigt. Dette gør carbon ideelt til at producere en ramme, der er alt, hvad du vil have fra en cykel — en cykel, der er let, holdbar, stærk, og som kører rigtig godt.”

hvordan fremstilles carboncykler, og hvorfor er de så dyre?

den store ting, som mange nye ryttere vil bemærke, når de ser på carboncykler, er, at de koster mere end en sammenlignelig aluminiumscykel. Processen med at lave en carboncykel er mere kompliceret end at lave en cykel ud af metalrør, og meget af det faktorer i prisen på carboncykler.

fotos høflighed allierede cyklus værker. Læs mere om, hvordan Allied producerer amerikansk fremstillede carboncykler her.

BK: “den store forskel mellem en metalcykel og en kulfibercykel er i fremstillingsprocessen. Med en metalcykel svejses rør sammen. Disse rør købes eller dannes normalt, og så handler det bare om at forbinde disse stykker sammen i en ramme.

“med kulfiber er det helt anderledes. Kulfibre er bogstaveligt talt fibre, som Stof. De er ophængt i en harpiks. Normalt starter du med et ark “pre-preg” eller præimprægneret kulfiber, der allerede har harpiksen i den. Disse kommer i et stort udvalg af typer afhængigt af de egenskaber, du ønsker. Du kan have et ark, hvor fibrene er orienteret i en 45 graders vinkel, en ved 0 grader eller en, hvor den har 90 graders fibre vævet sammen med 0 graders fibre. Disse vævede fibre skaber det typiske kulstofvæv, som folk tænker på, når de forestiller sig kulfiber.

“producenten vælger alle de egenskaber, de ønsker ud af cyklen. De vil måske have det stivere på et sted, mere kompatibelt på et andet, og de korrelerer det med det, der kaldes en ‘layup-tidsplan.’For at få de ønskede egenskaber kræver det at lægge fibrene på et bestemt sted, i en bestemt rækkefølge og i en bestemt retning.

” der er en enorm mængde tanker, der går ind i, hvor hvert enkelt stykke går, og det hele gøres for hånd. En cykel vil sandsynligvis have hundredvis af individuelle stykker kulfiber, der er blevet lagt i en form for hånd af en faktisk person. En stor del af prisen på en kulfibercykel kommer fra håndarbejdet, der går ind i det. Formene selv er også dyre. Det er titusinder af dollars at åbne en enkelt form, og du har brug for en til hver rammestørrelse og model, du laver.

” så går det hele i en ovn og bliver helbredt. Det er da den kemiske reaktion sker, der størkner hele pakken og får alle de enkelte lag til at komme sammen og handle sammenhængende.

“der er virkelig ingen måde at automatisere hele processen. Det er klart, at der er mennesker derude, der arbejder på det, men stort set hver kulfibercykel og komponent, der er derude, er stadig lagt op af en person, der stabler disse lag fiber sammen for hånd.”

hvad er kulfibers styrker og svagheder?

kulfiber er utrolig stærk. Men den gennemsnitlige forbruger kan have den misforståelse, at kulfiber ikke er stærk som stål, titanium eller aluminium. Dette er ikke altid tilfældet, men Kappius forklarer grunden til, at denne form for misforståelse har udviklet sig.

BK: “Så jeg tror, at kulstof kan beskrives som noget, der er ekstremt stærkt og stift. Og stort set alle carboncykler derude er lavet til at være stærke og stive, men du skal sætte stjernen på der, der siger, ‘under normale køreforhold.’Ja, kulstoframmer er fantastiske, hvis du går ned, klatrer, ud af sadlen osv. Alle rammens egenskaber er designet til det. Men det er ikke designet til et usædvanligt eller katastrofalt nedbrud, eller at blive kørt ind i en garageport eller noget. Disse typer kræfter er uden for standard anvendelsesområdet, så du designer ikke en cykel for at se dem. Du kunne, men det ville ikke ride så godt, og det ville veje meget mere.

“ingeniører bliver bedre til at designe rammer for at være mere holdbare. Du ser det mere på mountainbikes i disse dage, hvor producenterne lægger mere fokus på områder, der ser højere påvirkninger ved at ændre layup eller fibertypen for at hjælpe med misbruget mountainbikes se. Men hvis din 700 gram cykelramme falder over på en træpostbrønd, kan den knække, fordi den ikke er designet til at gøre det. Det er designet til at køre godt. Langt størstedelen af den skade, vi ser med kulstoframmer, er fra en slags ulige forekomst, hvad enten det er et dårligt nedbrud eller et hit, som rammen har taget. Det er meget sjældent, at det er fra en slags fabrikationsfejl.”

Hvad er “high-mod” kulstof?

når man ser på forskellige cykelrammer fra entry-level carbon til high-end, vil kunderne komme på tværs af udtryk, der beskriver kulstof som “high-modulus” eller “high-mod.”Kappius forklarer, hvad kulstof med højt modul er, og hvor meget det faktisk betyder noget.

BK: “Modulus er et mål for mekanisk egenskab. Modulet er stivheden; det er hvor stiv kulstof er. Teoretisk set kunne du bygge en cykel med kun højmodulfibre og bruge færre af dem, og cyklen ville være lettere. Du ser dette på high-end racercykler med high-end kulstof. Men du vil ikke altid have alle fibre med høj modul, især til applikationer som mountainbiking, fordi kulstof med høj modul også er mere sprødt. På mountainbikes, for eksempel, du vil have noget kulstof med lavere modul i områder, fordi du vil have rammen til at tage påvirkninger bedre og faktisk have en vis bøjning til det. Det er mere af en markedsføring sigt. Nogen kan sige, at de har ‘hundrede Toray, high-mod uanset’ kulfiber, og det betyder virkelig ikke så meget som du tror. Et brands ‘high-mod’ kan svare til et andet brands lave eller mellemmodul carbon.”

5. Hvordan kan jeg selv inspicere en kulstoframme efter et nedbrud eller en ulykke?

en professionel mekaniker bør altid inspicere din cykel i tilfælde af nedbrud eller kulstofskader. Men hvis du først vil tjekke dig selv, her er en simpel metode Kappius foreslår at vurdere eventuelle skader på din ramme.

BK: “nedbrud og skader er alle relative. Hvis det er noget som om du forlod din cykel oven på din bil og kørte ind i garagen, er det sådan en skør høj kraft, at du virkelig ikke behøver at gider at kontrollere den. Det er nok ikke engang værd at overveje at prøve at ride det. Hvis vi vender cyklerne væk, er det for risikabelt. Du ved ikke alt, hvad der skete inde i cyklen.

“men lad os sige, at det er et scenarie, hvor din cykel vælter, eller du har et nedbrud på din mountainbike. Forhåbentlig, vægten bag påvirkningen Kom mest fra selve cyklen, eller lidt af din krop, men ikke meget andet. Start med en visuel inspektion. Vask cyklen. Forhåbentlig tager du godt af din cykel, og du holder øje med tingene, så du kender hver ridse, du har lagt i den. Men rengør det helt, så du får et godt overblik over hele cyklen. Det er virkelig det bedste sted at starte. Du leder efter nogen form for revner eller skader. Hvis du finder noget, kan du køre en klud over det beskadigede sted, og hvis kluden hænger på kulstofrøret, er det et tegn på, at der er noget galt.

“hvis du finder skader sådan, kan du gå lidt dybere. Hvis der er en sektion af rør, der har en lignende form eller egenskaber tæt ved, der ikke er beskadiget, kan du bruge den til at sammenligne. Sig, at du har nogle skader et par centimeter bag headtube. Kontroller det øverste rør på et sted en tomme eller to længere nede, væk fra det område, du er bekymret for. Brug tommelfingeren og giv den et tryk på røret for at se, hvordan det føles. Gå derefter tilbage til det beskadigede område og gør det samme. Føles det blødere? Det er en stor indikation af, at der er noget galt.

“så kan du gå videre til de akustiske ting, hvor du laver en trykprøve. Det er den samme slags ting. Find et område, der er væk fra den skade, du ved, er ubeskadiget. Tryk på den med en metalgenstand som en sekskantnøgle, og se, hvad du hører. Sammenlign det derefter med det område, du er bekymret for. Tonen vil falde. Det lyder højt, hvis det er godt, og så lyder det dødt, hvis det er beskadiget. Mit gæt er for den gennemsnitlige rytter, hvis du er kommet til det punkt, hvor du skal trykke på test det, ved du sikkert allerede, at det er beskadiget.

“i sidste ende, hvis der er nogen bekymring for en ramme, skal du altid få den tjekket ud af en cykelbutik eller af os, nogen der har specialiseret sig i dette. Meget af tiden kan der være skader skjult under malingen eller i områder, du ikke engang kan se.

“hvis du ejer en carboncykel, skal du bare holde øje med den. Det er forskelligt fra en metalcykel, og det viser skader på forskellige måder. Med metal er de almindelige ting revner i svejsninger eller buler i rør. Kulstof buler ikke. Det er et meget skørt materiale.”

Hvordan fungerer kulstofreparation?

mange ryttere er uvidende om, at kulfiberrammer kan repareres. Reparationer udført af fagfolk som Broken Carbon vil genoprette integriteten af en beskadiget ramme og endda opretholde de oprindelige egenskaber af carbon layup.

BK: “jeg tror i cykelindustrien, det er stadig en ny ide, at ting som carbonrammer kan repareres. Som sagt startede kompositter inden for rumfart. Boeing, for eksempel, smider ikke bare et fly, hvis en sten rammer det og revner noget. I løbet af de sidste par årtier har ingeniører udviklet en meget raffineret og effektiv kulstofreparationsproces. Det er faktisk også det, vi gør på cykler.

” de første skridt er at få malingen af og få et bedre kig på kulstoffet og få en bedre måling af skaden, og hvor langt den formeres. Derefter fjerner du det beskadigede materiale på en temmelig bestemt måde. Det hedder scarfing. Du sliber det, så det er konkavt og tilspidset. Du er nødt til at gå forbi, hvor det er beskadiget, så du kan have et rigtig godt bindingsområde for at bringe de nye fibre ind og overføre belastningen. Vi tapering og limning i eksisterende gode fibre til at slutte det hele til en stiv struktur.

“når du fjerner skaden, får du denne løgskal af kulstoflag. Vi ser på retningen eller vævningen af fibrene og matcher omhyggeligt lægningen af de nye fibre til det, der oprindeligt var der. Med det får du stadig de samme originale egenskaber af røret med reparationen.

“det er ikke så simpelt som bare at pakke mere kulstof rundt om en revne. Der er kits du kan købe på eBay eller hjemmesider for at lade dig ‘ordne din carbon cykel selv.’Det er den slags ting, hvor du scuffer op malingen og pakker noget kulstof omkring det. Der er ingen tanke sat i fiberorientering. Du kan ændre rørets egenskaber og gøre dette område så stift, at spændingskoncentrationen ved reparationen er større, end røret var beregnet til at håndtere, og det kan mislykkes igen. Det er sketchy.

hvad er begrænsningerne ved kulstofreparation?

Carbon reparation er utrolig effektiv, men det kan ikke løse alt. Kappius forklarer, hvad der ligger uden for reparationsområdet.

BK: “Den første ting, jeg vil sige, er, at vi ikke reparerer noget, hvis vi ikke tror, vi kan gøre det så stærkt, som det oprindeligt var. Det er en stor faktor for os, og vi tager altid fejl på siden af forsigtighed.

“det er ikke meget almindeligt, men hvis der er nogen bekymring for justeringen af cykelrammen, hvilket betyder, at den ikke længere er lige, er det bare ikke værd at reparere. På mountainbikes er områderne omkring ophængsdrejninger, hvor indsatser er bundet under fremstillingsprocessen, meget svære at reparere. Og så er noget som en afskåret derailleurhænger — hvor bøjlen ikke bare er brudt af, men boltene, der monterer den på rammen, væk — vi har i øjeblikket ikke en måde at reparere det på, men vi arbejder på det. Det er de mest almindelige begrænsninger.

“så er der kulstofhjul. Vi reparerer bestemt ikke nogen fælgbremse ting, fordi bremseoverfladen skal være helt ensartet for god bremsning, og den eneste måde at gøre det på er ude af formen fra producenten. Clinchers er hårde, og især for slangeløse er det hårdt, fordi du ikke kan have diskontinuiteter, eller et dæk vil ikke sidde eller forsegle ordentligt. Virkelig de eneste hjul, vi overvejer at reparere, er rørformede skivehjul. Men det meste af tiden er det bare ikke omkostningseffektivt. Det er bedre at få en erstatning.

“en god ting er, at prisen på kulstofhjul kommer ned nok til, at det næsten giver mere mening at bare få en erstatning. Især på mountainbikesiden bliver materialets egenskaber og fælgenes design bedre til at håndtere flere påvirkninger, så vi ser færre fejl nu.”

hvordan passer kulstofreparation ind i cykelindustrien?

flere ryttere bliver opmærksomme på kulstofreparation, og det bliver en accepteret praksis. Kappius håber, at producenterne i fremtiden vil se på at reparere som en måde at reducere affald og holde flere cykler på vejen eller stien.

BK: “jeg håber, at industrien kan begynde at acceptere kulstofreparation som en mere legitim praksis. Nogle producenter tillader det og er villige til at arbejde sammen med os. Det ville undgå meget affald, fordi der virkelig ikke er gode muligheder for genbrug. Beskadiget kulstof går bare ind i lossepladsen.

“vi fortæller altid en kunde, hvis du kan få din cykel garanteret, gå efter den. Vi tager ikke bare dine penge, fordi vi kan. Desværre kan en beskadiget ramme ofte være helt fikserbar og brugbar, men producenten vil have rammen hakket eller ødelagt. En cykel vil stadig have så meget brug tilbage i den. Det er trist, det er den rute, de tager, men jeg forstår fra et ansvarssynspunkt, hvorfor de gør det.

“det ville være dejligt at have mulighed for at gå til producenterne og vise dem, hvad vi laver, og at rammens egenskaber er de samme. I stedet for at bruge et par grand på en ny ramme kan du bruge et par hundrede dollars.

” alle vores reparationer har en fuldt overførbar fem års garanti. Vi står bag vores arbejde og laver ikke reparationer, medmindre de bliver så stærke som nye. Hvis det er en ramme, der naturligvis stadig har betydelig værdi, er det fornuftigt at reparere den. Kunder bør ikke have nogen anden tanker om at køre på en repareret cykel fra os.”