uhlíkové vlákno 101: Jak se kola vyrábějí a opravují

cyklistika je posedlá uhlíkovými vlákny. Uhlík se používá k výrobě rámů, kol a součástí. Najdete ji na všem, od vstupních kol až po stěží dosažitelné halo jízdy.

pokud jste strávili nějaký čas mluvit s jakýmikoli umíněný cyklisty, jste nepochybně slyšeli spoustu anekdot, vtipy, obavy a kritiky o uhlíku jako materiálu. Mýty a příběhy mohou způsobit, že někteří jezdci se ptají, proč je uhlík tak populární a proč stojí za zvážení při nákupu nového kola.

Brady Kappius Rozbité Uhlíku a Kappius Komponenty

dozvědět Se více, jsme mluvili s uhlíkových vláken expert, Brady Kappius. Je zakladatelem Broken Carbon, přední Opravna jízdních kol z uhlíkových vláken v Boulderu, Colorado. Kappius a jeho tým úspěšně opravili více než 4500 rámů uhlíkových kol a chápou materiál uvnitř i vně. To je pravda, navzdory tomu, co jste možná slyšeli, lze uhlíkové vlákno opravit. Mluvili jsme s Kappiusem a pomohl osvětlit, jak uhlíkové vlákno funguje, proč je tak populární v cyklistice, a jak lze uhlík opravit, když se rozbije.

proč stavět kola z uhlíkových vláken?

existuje důvod, proč je tolik moderních kol Vyrobeno z uhlíku. Uhlíkové vlákno má některé výhodné vlastnosti ve srovnání s kovy, jako je ocel, hliník a dokonce i titan.

Brady Kappius: „ve srovnání s jinými materiály je uhlíkové vlákno jedním z nejnovějších v cyklistickém průmyslu. Technologie, která přinesla uhlíková vlákna na kola, skutečně pocházela z leteckého průmyslu. Ty jsi opravdu začít vidět carbon kola sundal na spotřebitelském trhu až do počátku 90. let.

„unikátní věc, o uhlíkových vláken je, že je velmi lehký, ale je také trvanlivý. Z uhlíkových vláken můžete vyrobit velmi, velmi silné kolo. Obrovskou výhodou je, že materiál může být navržen tak, aby působil odlišně v různých směrech. Můžete navrhnout uhlíkový rám tak, aby byl tuhý v určitém směru, nebo tuhý torzně, zatímco stále má shodu v jiném směru. Směr, kterým orientujete vlákna, určí vlastnosti rámu nebo součásti.

“ uhlíkové vlákno je tímto způsobem docela jedinečné. Pokud například vyrobíte kolo z hliníku, můžete si hrát s tloušťkou a průměrem trubky,ale nic jiného. Bez ohledu na vlastnosti hliníkových trubek je skoro vše, co dostanete. S uhlíkem, inženýři a výrobci mohou opravdu kontrolovat vlastnosti materiálu a dát různé úrovně tuhosti a pevnosti v různých oblastech. Také hliník má to, co se nazývá limit vytrvalosti. Za normálních podmínek zatížení nemá nekonečnou únavovou životnost. Uhlík má téměř nekonečnou únavovou životnost.

“ vlastnosti uhlíku umožňují, aby kolo bylo lehčí. Řekněme, že konkrétní oblast kola nevidí mnoho stresu. Takže místo toho, abyste museli používat spojitou trubici, která má tloušťku X, můžete přesně řídit, kolik vláken je umístěno v určitých specifických oblastech, kde je zatížení menší, a více se soustředit tam, kde je to potřeba. To činí uhlík ideální pro výrobu rámu, který je všechno, co chceš z kola — kolo, které je lehké, odolné, silné, a že jezdí opravdu dobře.“

jak se vyrábějí uhlíková kola a proč jsou tak drahá?

velká věc, kterou si mnoho nových jezdců všimne při pohledu na uhlíková kola, je, že stojí více než srovnatelné hliníkové kolo. Proces výroby uhlíkového kola je složitější než výroba kola z kovových trubek, a hodně z toho faktorů do nákladů na uhlíková kola.

fotografie s laskavým svolením Allied Cycle Works. Přečtěte si více o tom, jak Allied vyrábí americká uhlíková kola zde.

BK: „velký rozdíl mezi kovové kolo a uhlíkových vláken kolo je ve výrobním procesu. S kovovým kolem jsou trubky svařeny dohromady. Tyto trubky jsou obvykle zakoupeny nebo vytvořeny, a pak je to jen o spojení těchto kusů dohromady do rámu.

“ u uhlíkových vláken je to úplně jiné. Uhlíková vlákna jsou doslova vlákna, jako tkanina. Jsou zavěšeny v pryskyřici. Obvykle začínáte listem „pre-preg“ nebo předem impregnovaným uhlíkovým vláknem, které již obsahuje pryskyřici. Ty přicházejí v obrovském sortimentu typů v závislosti na vlastnostech, které chcete. Můžete mít jeden list, kde jsou vlákna orientovaná v úhlu 45 stupňů, jeden na 0 stupňů, nebo jeden, kde to má 90 stupňů, vlákna tkané spolu s 0-stupeň vlákna. Tato tkaná vlákna vytvářejí typický vzhled uhlíkové vazby, na který si lidé myslí, když si představují uhlíkové vlákno.

“ výrobce si vybere všechny vlastnosti, které chtějí z kola. Možná to budou chtít na jednom místě tužší, více vyhovující v jiném, a korelují to s tím, čemu se říká “ rozvrhovací plán.’Pro získání požadovaných vlastností vyžaduje pokládání vláken na určitém místě, v určitém pořadí a v určitém směru.

“ existuje obrovské množství myšlenek, které jdou do místa, kde každý jednotlivý kus jde, a to vše se provádí ručně. Kolo pravděpodobně bude mít stovky jednotlivých kusů uhlíkových vláken, které byly ručně vloženy do formy skutečnou osobou. Velké množství nákladů na kolo z uhlíkových vláken pochází z ruční práce, která do něj jde. Samotné formy jsou také drahé. Je to desítky tisíc dolarů otevřít jednu formu, a budete potřebovat jeden pro každou velikost rámu a model, který děláte.

“ pak celá věc jde do trouby a vyléčí se. Tehdy dojde k chemické reakci, která ztuhne celý obal a všechny tyto jednotlivé vrstvy se spojí a působí soudržně.

“ neexistuje žádný způsob, jak automatizovat celý proces. Je zřejmé, že tam jsou lidé, kteří na tom pracují, ale skoro každý kolo z uhlíkových vláken a součást, která je tam venku, je stále položena jednotlivcem, který tyto vrstvy vláken ručně stohuje.“

jaké jsou silné a slabé stránky uhlíkových vláken?

uhlíkové vlákno je neuvěřitelně silné. Průměrný spotřebitel však může mít mylnou představu, že uhlíkové vlákno není silné jako ocel, titan nebo hliník. Není tomu tak vždy, ale Kappius vysvětluje důvod, proč se tento druh mylné představy vyvinul.

BK: „Takže si myslím, že uhlík lze popsat jako něco, co je extrémně silné a tuhé. A skoro všechna uhlíková kola jsou vyrobena tak, aby byla silná a tuhá, ale musíte tam dát hvězdičku, která říká, “ za normálních jízdních podmínek.’Jo, karbonové rámy jsou úžasné, pokud sestupujete, lezete, ze sedla atd. Všechny vlastnosti rámu jsou určeny pro tento účel. Ale není to navrženo pro neobvyklou nebo katastrofickou havárii, nebo být spuštěn do garážových vrat nebo tak něco. Tyto typy sil jsou mimo standardní rozsah použití, takže nenavrhujete kolo, abyste je viděli. Dalo by se, ale nejelo by to tak dobře a vážilo by to mnohem víc.

“ inženýři se zlepšují při navrhování rámů tak, aby byly odolnější. Vidíte to spíše na horská kola těchto dnech, kdy jsou výrobci uvedení více zaměřit na oblasti, které vidí vyšší dopady změnou layup nebo vlákno typ, aby pomohli s zneužívání horská kola vidět. Ale pokud váš 700 gramový rám silničního kola spadne na dřevěný sloupek, může to prasknout, protože to není navrženo. Je navržen tak, aby dobře jezdil. Drtivá většina poškození vidíme s carbon rámů je z nějaké zvláštní instance, ať už je to špatný pád nebo hit rám má vzít. Je to velmi vzácné, že je to z nějaké výrobní vady.“

co je“ high-mod “ uhlík?

při pohledu na různé rámy kol od vstupního uhlíku po high-end se zákazníci setkají s pojmy popisujícími uhlík jako „high-modulus „nebo“ high-mod.“Kappius vysvětluje, co je uhlík s vysokým modulem a jak moc na tom skutečně záleží.

BK: „modul je měřítkem mechanické vlastnosti. Modul je tuhost; to je, jak tuhý je uhlík. Teoreticky byste mohli postavit kolo pouze s vlákny s vysokým modulem a použít jich méně a kolo by bylo lehčí. Vidíte to na high-end silničních kolech s high-end uhlíku. Ale ne vždy chcete všechna vlákna s vysokým modulem, zejména pro aplikace, jako je jízda na horském kole, protože uhlík s vysokým modulem je také křehčí. Například na horských kolech chcete v oblastech nějaký uhlík s nižším modulem, protože chcete, aby rám lépe působil a ve skutečnosti se k němu trochu ohnul. Je to spíš marketingový termín. Někdo by mohl říct, že mají ‚X-sto Toray, high-mod cokoliv‘ uhlíkové vlákno a to opravdu neznamená tolik, jak si myslíte. „High-mod“ jedné značky by mohl být ekvivalentní uhlíku s nízkým nebo středním modulem jiné značky.“

5. Jak mohu zkontrolovat karbonový rám sám po havárii nebo nehodě?

profesionální mechanik by měl vždy zkontrolovat vaše kolo v případě havárie nebo poškození uhlíkem. Ale pokud chcete nejprve provést kontrolu sami, zde je jednoduchá metoda, kterou kappius navrhuje posoudit případné poškození vašeho rámu.

BK: „pády a poškození jsou relativní. Pokud je to něco, jako byste nechali kolo na autě a jeli do garáže, je to tak šílená vysoká síla, že se opravdu nemusíte obtěžovat kontrolou. Pravděpodobně ani nestojí za to uvažovat o tom, že se na něm pokusíte jezdit. Když Ta Kola otočíme, je to moc riskantní. Nevíš všechno, co se stalo uvnitř kola.

“ ale řekněme, že je to scénář, kdy vaše kolo spadne, nebo máte havárii na horském kole. Doufejme, že váha za nárazem pocházela většinou ze samotného kola, nebo trochu vašeho těla,ale nic jiného. Začněte vizuální prohlídkou. Umyjte kolo. Doufejme, že se o své kolo postaráte docela dobře a budete dávat pozor na věci, abyste věděli, že jste do něj vložili každý škrábanec. Ale vyčistěte ji úplně, abyste měli dobrý výhled na celé kolo. To je opravdu nejlepší místo, kde začít. Hledáte jakékoliv trhliny nebo poškození. Pokud něco najdete, můžete spustit hadr přes poškozené místo, a pokud hadr háčky na uhlíkovou trubkovou to je znamení, že je něco špatně.

“ pokud zjistíte takové poškození, můžete jít trochu hlouběji. Pokud existuje část trubice, která má podobný tvar nebo vlastnosti v blízkosti, která není poškozena, můžete ji použít k porovnání. Řekněme, že máte nějaké poškození pár centimetrů za hlavou. Zkontrolujte horní trubici na místě o palec nebo dva dále dolů, daleko od oblasti, o kterou se bojíte. Použijte palec a zatlačte na trubku, abyste viděli, jak se cítí. Pak se vraťte do poškozené oblasti a udělejte to samé. Je to měkčí? To je velký náznak, že něco není v pořádku.

“ pak můžete přejít na akustické věci, kde provedete test klepnutí. Je to stejné. Najděte oblast, která je daleko od poškození, o kterém víte, že je nepoškozená. Klepněte na něj kovovým předmětem, jako je šestihranný klíč, a uvidíte, co slyšíte. Pak to porovnejte s oblastí, o kterou se bojíte. Tón se sníží. Bude to znít vysoko, pokud je to dobré, a pak trochu zvuk mrtvý, pokud je poškozen. Můj odhad je pro průměrného jezdce, pokud jste se dostali do bodu, kdy se chystáte klepnout na test, pravděpodobně už víte, že je poškozen.

“ nakonec, i když, pokud máte nějaké starosti s rámem, měli byste ho vždy nechat zkontrolovat v obchodě s koly nebo u nás, někoho, kdo se na to specializuje. Hodně času může dojít k poškození skrytému pod barvou nebo v oblastech, které ani nevidíte.

“ pokud vlastníte karbonové kolo, jen na něj dávejte pozor. Je to odlišné od kovového kola a ukazuje poškození různými způsoby. U kovu jsou běžnými věcmi praskliny ve svarech nebo promáčknutí v trubkách. Uhlík se nerozbije. Je to velmi křehký materiál.“

jak funguje Oprava uhlíku?

mnoho jezdců si neuvědomuje, že rámy z uhlíkových vláken lze opravit. Opravy prováděné odborníky, jako je Broken Carbon, obnoví integritu poškozeného rámu a dokonce zachová původní vlastnosti vrstvení uhlíku.

BK: „myslím, že v bike průmyslu, to je ještě docela nová myšlenka, že věci jako karbonové rámy mohou být opraveny. Jak jsem řekl, kompozity začaly v letectví. Boeing například nevyhodí jen letadlo, pokud do něj zasáhne kámen a něco praskne. Během posledních několika desetiletí vyvinuli inženýři velmi rafinovaný a účinný proces opravy uhlíku. Je to fakticky to, co děláme i na kolech.

“ prvními kroky je odstranit barvu a lépe se podívat na uhlík a získat lepší odhad poškození a toho, jak daleko se šíří. Poté odstraníte poškozený materiál docela zvláštním způsobem. Říká se tomu scarfing. Brousíte to tak, aby to bylo konkávované a zúžené. Musíte jít kolem, kde je poškozen, takže můžete mít opravdu dobrou spojovací oblast, abyste přinesli nová vlákna a přenesli zátěž. Zužujeme se a spojujeme se do stávajících dobrých vláken, abychom je spojili do tuhé struktury.

“ když odstraníte poškození, získáte tuto cibulovou kůru uhlíkových vrstev. Podíváme se na směr nebo vazbu vláken a pečlivě sladíme rozložení nových vláken s tím, co tam bylo původně. S tím stále získáte stejné původní vlastnosti trubky s opravou.

“ není to tak jednoduché, jako jen obalit více uhlíku kolem trhliny. Existují sady si můžete koupit na eBay nebo webové stránky, aby vám ‚ opravit své uhlíkové kolo sami. Je to taková věc, kdy se odírá barva a omotává se kolem ní nějaký uhlík. Není myšlenka dát do orientace vláken. Můžete změnit vlastnosti trubky a učinit tuto oblast tak tuhou, že koncentrace napětí při opravě je větší, než byla trubka určena k manipulaci, a může znovu selhat. Je to útržkovité.

jaká jsou omezení opravy uhlíku?

Carbon repair je neuvěřitelně efektivní, ale nemůže opravit všechno. Kappius vysvětluje, co je mimo rozsah opravy.

BK: „První věc, kterou řeknu, je, že nic neopravíme, pokud si nemyslíme, že to dokážeme tak silné, jak to původně bylo. To je pro nás velký faktor a vždy chybujeme na straně opatrnosti.

„není to příliš běžné, ale pokud se obáváte o zarovnání rámu kola, což znamená, že již není rovný, nestojí za to opravit. Na horských kolech jsou oblasti kolem otočných čepů, kde jsou vložky během výrobního procesu spojeny, velmi obtížné opravit. A pak něco jako stříhaný-off držák přehazovačky — pokud závěs není jen zlomená, ale šrouby montáž k rámu jsou pryč — momentálně nemáme způsob, jak opravit to, ale pracujeme na tom. To jsou nejčastější omezení.

“ pak jsou zde uhlíková kola. My rozhodně ne opravit ráfek brzdové věci, protože brzdný povrch musí být zcela jednotné pro dobré brzdy a jediný způsob, jak to udělat, že je z formy od výrobce. Ráfky jsou těžké, a to zejména pro bezdušové je to těžké, protože nemůžete mít nespojitosti nebo pneumatiky nebude sedadla nebo těsnění správně. Opravdu jediná kola, která považujeme za opravu, jsou trubková disková kola. Ale většinou to prostě není nákladově efektivní. Je lepší získat náhradu.

“ jedna dobrá věc je, že cena uhlíkových kol klesá natolik, že má téměř větší smysl jen získat náhradu. Zejména na straně horských kol se vlastnosti materiálu a konstrukce ráfků zlepšují, aby zvládly více nárazů, takže nyní vidíme méně poruch.“

jak se oprava uhlíku hodí do cyklistického průmyslu?

více jezdců si uvědomuje opravu uhlíku a stává se uznávanou praxí. Kappius doufá, že v budoucnu budou výrobci hledat opravu jako způsob, jak snížit plýtvání a udržet více kol na silnici nebo stezce.

BK: „doufám, že průmysl může začít přijímat opravu uhlíku jako legitimnější praxi. Někteří výrobci to umožňují a jsou ochotni s námi spolupracovat. Vyhnul by se tak velkému množství odpadu, protože opravdu neexistují dobré možnosti recyklace. Poškozený uhlík jde jen na skládku.

“ vždy říkáme zákazníkovi, pokud můžete získat záruku na kolo, jděte na to. Nevezmeme vám peníze jen proto, že můžeme. Bohužel, často, poškozený rám může být zcela opravitelný a použitelný, ale výrobce bude chtít rám nasekaný nebo zničený. Kolo bude mít stále tolik využití v něm. Je smutné, že to je cesta, kterou se ubírají, ale z hlediska odpovědnosti chápu, proč to dělají.

“ bylo by skvělé jít za výrobci a ukázat jim, co děláme, a že vlastnosti rámu jsou všechny stejné. Místo toho, abyste utratili několik tisíc za nový snímek, můžete utratit několik set dolarů.

“ všechny naše opravy mají plně přenositelnou pětiletou záruku. Stojíme si za svou prací a neděláme opravy, pokud nebudou tak silné jako nové. Pokud je to rám, který má zjevně stále významnou hodnotu, pak má smysl jej opravit. Zákazníci by neměli mít žádné pochybnosti o jízdě na opraveném kole od nás.“