Carbon Fiber 101: Hvordan Sykler Er Laget Og Reparert

Sykling er besatt av karbonfiber. Karbon brukes til å bygge rammer, hjul og komponenter. Du kan finne den på alt fra entry-level sykler til knapt oppnåelige halo rides.

hvis du har brukt tid på å snakke med noen sta syklister, har du utvilsomt hørt mange anekdoter, vitser, bekymringer og kritikk om karbon som materiale. Mytene og historiene kan få noen ryttere til å stille spørsmål om hvorfor karbon er så populært og hvorfor det er verdt å vurdere når du handler for en ny sykkel.

Brady Kappius Av Brutt Karbon Og Kappius Komponenter

for å lære mer, snakket vi med karbonfiber ekspert, Brady Kappius. Han er grunnleggeren Av Broken Carbon, en ledende karbonfiber sykkelverksted I Boulder, Colorado. Kappius og hans team har med hell reparert over 4500 karbon rammer, og de forstår materialet innvendig og utvendig. Det er riktig, til tross for hva du kanskje har hørt, kan karbonfiber repareres. Vi snakket med Kappius og han bidro til å kaste lys over hvordan karbonfiber fungerer, hvorfor det er så populært i sykling, og hvordan karbon kan repareres når det går i stykker.

hvorfor bygge sykler ut av karbonfiber?

det er en grunn til at så mange moderne sykler er laget av karbon. Karbonfiber har noen fordelaktige egenskaper sammenlignet med metaller som stål, aluminium og til og med titan.

Brady Kappius: «i Forhold til andre materialer er karbonfiber en av de nyeste i sykkelbransjen. Teknologien som brakte karbonfiber til sykler, kom virkelig fra luftfartsindustrien. Du begynte egentlig ikke å se karbon sykler som tok av i forbrukermarkedet til tidlig på 90-tallet.

«den unike tingen om karbonfiber er at den er veldig lett, men den er også holdbar. Du kan lage en veldig, veldig sterk sykkel ut av karbonfiber. En stor fordel er at materialet kan konstrueres for å handle forskjellig i forskjellige retninger. Du kan designe en karbonramme for å være stiv i en bestemt retning, eller stiv vridning, mens du fortsatt har samsvar i en annen retning. Retningen du orienterer fibrene, bestemmer egenskapene til en ramme eller komponent.

» Karbonfiber er ganske unikt på denne måten. Hvis du lager en sykkel ut av aluminium, kan du for eksempel spille med rørtykkelse og diameter, men ikke mye annet. Uansett egenskapene til aluminiumsrøret er ganske mye alt du kommer til å få. Med karbon kan ingeniører og produsenter virkelig kontrollere materialets egenskaper og gi forskjellige nivåer av stivhet og styrke på forskjellige områder. Aluminium har også det som kalles en utholdenhetsgrense. Det har ikke et uendelig tretthetsliv under normale lasteforhold. Karbon har nesten uendelig tretthet liv.

» egenskapene til karbon gjør at en sykkel blir lettere. Si at et bestemt område på en sykkel ikke ser mye stress. Så i stedet for å måtte bruke et kontinuerlig rør Som Er X-tykkelse hele veien gjennom, kan du nøyaktig kontrollere hvor mye fiber som er plassert i bestemte bestemte områder der belastningene er mindre og konsentrere mer der det trengs. Dette gjør carbon ideelt for å produsere en ramme som er alt du vil ha fra en sykkel-en sykkel som er lett, holdbar, sterk og som kjører veldig bra.»

hvordan lages karbonsykler og hvorfor er de så dyre?

den store tingen mange nye ryttere vil legge merke til når de ser på karbonsykler, er at de koster mer enn en sammenlignbar aluminiumsykkel. Prosessen med å lage en karbon sykkel er mer komplisert enn å lage en sykkel ut av metallrør, og mye av det faktorer i kostnadene for karbon sykler.

Bilder courtesy Allied Cycle Works. Les mer om Hvordan Allied produserer Amerikanskproduserte karbonsykler her.

BK: «den store forskjellen mellom en metallsykkel og en karbonfibersykkel er i produksjonsprosessen. Med en metall sykkel, er rør sveiset sammen. Disse rørene er vanligvis kjøpt eller dannet, og så handler det bare om å bli med i disse brikkene sammen i en ramme.

» med karbonfiber er det helt annerledes. Karbonfibre er bokstavelig talt fibre, som stoff. De er suspendert i en harpiks. Vanligvis starter du med et ark med «pre-preg» eller preimpregnert karbonfiber som allerede har harpiksen i den. De kommer i et stort utvalg av typer avhengig av egenskapene du ønsker. Du kan ha ett ark hvor fibrene er orientert i en 45 graders vinkel, en ved 0 grader, eller en hvor den har 90 graders fibre vevd sammen med 0 graders fibre. De vevde fibre skaper det typiske karbonvev ser folk på når de forestiller seg karbonfiber.

» produsenten velger alle egenskapene de vil ha ut av sykkelen. De vil kanskje ha det stivere på ett sted, mer kompatibelt i en annen, og de korrelerer det med det som kalles en layup-tidsplan .’For å få de ønskede egenskapene, krever det å legge fibrene på et bestemt sted, i en bestemt rekkefølge og i en bestemt retning .

«det er en enorm mengde tanker som går inn i hvor hvert enkelt stykke går, og alt er gjort for hånd. En sykkel kommer sannsynligvis til å ha hundrevis av individuelle biter av karbonfiber som har blitt satt i en form for hånd av en faktisk person. En stor del av kostnaden for en karbonfiber sykkel kommer fra håndarbeidet som går inn i den. Muggene selv er også dyre. Det er titusenvis av dollar å åpne en enkelt mold, og du trenger en for hver rammestørrelse og modell du lager.

» så går det hele inn i en ovn og blir kurert. Det er da den kjemiske reaksjonen skjer som størkner hele pakken og gjør at alle de enkelte lagene kommer sammen og virker sammenhengende.

«det er egentlig ingen måte å automatisere hele prosessen. Åpenbart er det folk der ute som jobber med det, men ganske mye hver karbonfibersykkel og komponent som er der ute, er fortsatt lagt opp av en person som stabler disse lagene av fiber sammen for hånd.»

hva er karbonfiberens styrker og svakheter?

Karbonfiber er utrolig sterk. Men den gjennomsnittlige forbrukeren kan ha misforståelsen om at karbonfiber ikke er sterk som stål, titan eller aluminium. Dette er ikke alltid tilfelle, Men Kappius forklarer årsaken til at denne typen misforståelse har utviklet seg.

BK: «Så jeg tror at karbon kan beskrives som noe som er ekstremt sterkt og stivt. Og stort sett alle karbon sykler der ute er laget for å være sterk og stiv, men du må sette stjernen på det som sier, ‘ i normale kjøreforhold .’Ja, karbonrammer er kjempebra hvis du går ned, klatrer, ut av salen, etc. Alle egenskapene til rammen er designet for det. Men det er ikke designet for en uvanlig eller en katastrofal krasj, eller å bli kjørt inn i en garasjeport eller noe. Disse typer krefter er utenfor standard bruksområde, slik at du ikke designe en sykkel for å se dem. Du kunne, men det ville ikke ri så bra, og det ville veie mye mer.

» Ingeniører blir bedre til å designe rammer for å være mer holdbare. Du ser det mer på terrengsykler i disse dager hvor produsentene legger mer fokus på områder som ser høyere virkninger ved å endre layup eller fibertype for å hjelpe til med misbruk terrengsykler se. Men hvis din 700 gram sykkelramme faller over på en trepost-vel, kan den sprekke fordi den ikke er laget for å gjøre det. Den er designet for å ri godt. Det store flertallet av skaden vi ser med karbonrammer er fra en slags merkelig forekomst, enten det er en dårlig krasj eller en hit rammen har tatt. Det er veldig sjeldent at det er fra en slags produksjonsfeil.»

Hva er «high-mod» karbon?

når man ser på forskjellige sykkelrammer fra inngangsnivå karbon til high-end, vil kundene komme over vilkår som beskriver karbon som «høymodul» eller » høymodul.»Kappius forklarer hva høymodul karbon er og hvor mye det faktisk betyr noe.

BK: «Modulus er et mål på mekanisk egenskap. Modulen er stivheten; det er hvor stiv karbonet er. Teoretisk sett kan du bygge en sykkel med bare høymodulfibre og bruke færre av dem, og sykkelen ville være lettere. Du ser dette på high-end road sykler med high-end karbon. Men du vil ikke alltid ha alle høymodulfibre, spesielt for applikasjoner som terrengsykling, fordi høymodulkarbon også er mer sprø. På terrengsykler, for eksempel, vil du ha litt lavere modul karbon i områder fordi du vil at rammen skal ta påvirkning bedre og faktisk ha litt flex til den. Det er mer et markedsføringsbegrep. Noen kan si at De har ‘x-hundre Toray, high-mod uansett’ karbonfiber, og det betyr egentlig ikke så mye som du tror. En merkets ‘high-mod’ kan tilsvare en annen merkets lav eller middels modulus karbon.»

5. Hvordan kan jeg inspisere en karbonramme selv etter en krasj eller ulykke?

en profesjonell mekaniker bør alltid inspisere sykkelen din i tilfelle krasj eller karbonskade. Men hvis du ønsker å gjøre en sjekk selv først, her er en enkel metode Kappius foreslår å vurdere eventuelle skader på rammen.

BK: «Krasjer og skade er alle relative. Hvis det er noe som om du forlot sykkelen din på toppen av bilen din og kjørte inn i garasjen, er det en så gal høy kraft at du egentlig ikke trenger å bry deg med å sjekke den. Det er sannsynligvis ikke engang verdt å vurdere å prøve å ri den. Vi slår de syklene bort, det er bare for risikabelt. Du vet ikke alt som skjedde inne i sykkelen.

» men la oss si at det er et scenario hvor sykkelen din faller over, eller du har en krasj på terrengsykkelen din. Forhåpentligvis kom vekten bak virkningen hovedsakelig fra sykkelen selv, eller litt av kroppen din, men ikke mye annet. Start med en visuell inspeksjon. Vask sykkelen. Forhåpentligvis tar du vare på sykkelen din ganske bra, og du holder øye med ting slik at du vet hver skrape du har satt inn i den. Men rengjør det helt slik at du får en god utsikt over hele sykkelen. Det er virkelig det beste stedet å begynne. Du leter etter noen form for sprekker eller skader. Hvis du finner noe, kan du kjøre en fille over det skadede stedet, og hvis fille snags på karbonrøret som er et tegn på at det er noe galt.

» hvis du finner skade som det, kan du gå litt dypere. Hvis det er en del av røret som har en lignende form eller egenskaper i nærheten som ikke er skadet, kan du bruke den til å sammenligne. Si at du har noen skade noen få inches bak headtube. Sjekk topprøret på et sted en tomme eller to lenger ned, bort fra området du er bekymret for. Bruk tommelen og gi den et trykk på røret for å se hvordan det føles. Så gå tilbake til det skadede området og gjør det samme. Føles det mykere? Det er en stor indikasjon på at noe er galt.

» Så kan du gå videre til akustiske ting der du gjør en trykktest. Det er den samme typen ting. Finn et område som er borte fra skaden som du vet er uskadet. Trykk på den med et metallobjekt som en sekskantnøkkel og se hva du hører. Sammenlign deretter det med området du er bekymret for. Tonen vil avta. Det høres høyt pitched hvis det er bra, og så slags lyd død hvis den er skadet. Mitt gjetning er for den gjennomsnittlige rytteren, hvis du har kommet til det punktet hvor du skal trykke på test det, vet du sannsynligvis allerede at det er skadet.

» Til Slutt, hvis det er noen bekymring for en ramme, bør du alltid få den sjekket ut av en sykkelbutikk eller av oss, noen som spesialiserer seg på dette. Mye av tiden kan det være skade skjult under malingen eller i områder du ikke engang kan se.

» hvis du eier en karbon sykkel bare holde et øye med det. Det er forskjellig fra en metall sykkel og det viser skade på forskjellige måter. Med metall er de vanlige tingene sprekker i sveiser eller bukser i rør. Karbon bulker ikke. Det er et veldig sprøtt materiale.»

hvordan fungerer karbonreparasjon?

mange ryttere er uvitende om at karbonfiberrammer kan repareres. Reparasjoner utført av fagfolk som Broken Carbon vil gjenopprette integriteten til en skadet ramme og til og med opprettholde de opprinnelige egenskapene til karbonopplegget.

BK: «jeg tror i sykkelbransjen er det fortsatt en ny ide at ting som karbonrammer kan repareres . Som jeg sa, begynte kompositter i luftfart. Boeing, for eksempel, kaster ikke bare et fly hvis en stein treffer den og sprekker noe. I løpet av de siste tiårene har ingeniører utviklet en svært raffinert og effektiv karbonreparasjonsprosess. Det er faktisk det vi gjør på sykler også.

» de første trinnene er å få malingen av og få en bedre titt på karbonet og få en bedre måling av skaden og hvor langt den er forplantet. Deretter fjerner du det skadede materialet på en ganske bestemt måte. Det kalles scarfing. Du sand det så det er konkav og konisk ut. Du må gå forbi hvor den er skadet, slik at du kan ha et veldig godt bindingsområde for å få inn de nye fibrene og overføre lasten. Vi taper og knytter seg til eksisterende gode fibre for å bli med i en stiv struktur.

» når du fjerner skaden, får du denne løkskallet av karbonlag. Vi ser på retningen eller vevingen av fibrene og samsvarer nøye med layupen av de nye fibrene til det som var der opprinnelig. Med det får du fortsatt de samme originale egenskapene til røret med reparasjonen.

» Det er ikke så enkelt som bare å pakke mer karbon rundt en sprekk. Det er kits du kan kjøpe på eBay eller nettsteder for å la deg fikse din karbon sykkel selv. Det er den slags ting hvor du scuff opp malingen og vikle litt karbon rundt den. Det er ingen tanke satt i fiber orientering. Du kan endre rørets egenskaper og gjøre det området så stivt at spenningskonsentrasjonen ved reparasjonen er større enn røret var ment å håndtere, og det kan mislykkes igjen. Det er sketchy.

hva er begrensningene for karbonreparasjon?

Karbonreparasjon er utrolig effektiv, men det kan ikke fikse alt. Kappius forklarer hva som er utenfor omfanget av reparasjon.

BK: «Det første jeg vil si er at vi ikke vil reparere noe hvis vi ikke tror vi kan gjøre det så sterkt som det opprinnelig var. Det er en stor faktor for oss, og vi feiler alltid på siden av forsiktighet.

«Det er ikke veldig vanlig, men hvis det er noen bekymring for justeringen av sykkelrammen, noe som betyr at den ikke lenger er rett, er det bare ikke verdt det å reparere. På terrengsykler er det svært vanskelig å reparere områdene rundt fjæring der innsatsene er bundet under produksjonsprosessen. Og så noe som en skåret av sperrehenger-hvor hengeren ikke bare har brutt av, men boltene som monterer den til rammen, er borte — vi har for øyeblikket ikke en måte å reparere det på, men vi jobber med det. Dette er de vanligste begrensningene.

» så er det karbonhjul. Vi reparerer definitivt ikke noen bremsebremser fordi bremseflaten må være helt jevn for god bremsing, og den eneste måten å gjøre det på er ute av formen fra produsenten. Clinchers er tøffe, og spesielt for slangeløs er det tøft fordi du ikke kan ha diskontinuiteter eller et dekk vil ikke sitte eller forsegle riktig. Virkelig de eneste hjulene vi vurderer å reparere er rørformede skivehjul. Men mesteparten av tiden er det bare ikke kostnadseffektivt. Det er bedre å få en erstatning.

» en god ting er at prisen på karbonhjul kommer ned nok til at det nesten er mer fornuftig å bare få en erstatning. Spesielt på terrengsykkelsiden blir materialets egenskaper og utformingen av felgene bedre for å håndtere flere påvirkninger, så vi ser færre feil nå.»

hvordan passer karbonreparasjon inn i sykkelbransjen?

Flere ryttere blir oppmerksomme på karbonreparasjon og det blir en akseptert praksis. Kappius håper at produsenter i fremtiden vil se på reparasjon som en måte å redusere avfall og holde flere sykler på vei eller sti.

BK: «jeg håper at industrien kan begynne å akseptere karbonreparasjon som en mer legitim praksis. Noen produsenter tillater det og er villige til å jobbe med oss. Det ville unngå mye avfall fordi det egentlig ikke er gode alternativer for resirkulering. Skadet karbon går bare inn i deponi.

» vi forteller alltid en kunde, hvis du kan få sykkelen din garantert, gå for det. Vi skal ikke bare ta pengene dine fordi vi kan. Dessverre kan en skadet ramme ofte være helt fikserbar og brukbar, men produsenten vil ha rammen hakket eller ødelagt. En sykkel vil fortsatt ha så mye bruk igjen i den. Det er trist det er ruten de tar, men jeg forstår fra et ansvarsperspektiv hvorfor de gjør det.

» Det ville være flott å ha muligheten til å gå til produsenter og vise dem hva vi gjør, og at egenskapene til rammen er alle de samme. I stedet for å bruke noen grand på en ny ramme kan du bruke et par hundre dollar.

» alle våre reparasjoner har en fullt overførbar fem års garanti. Vi står bak vårt arbeid og gjør ikke reparasjoner med mindre de skal være like sterke som nye. Hvis det er en ramme som åpenbart fortsatt har betydelig verdi, er det fornuftig å reparere det. Kunder bør ikke ha noen andre tanker om å ri en reparert sykkel fra oss.»