Carbon Fiber 101: How Bikes are Made and repair

fietsen zijn geobsedeerd door koolstofvezel. Carbon wordt gebruikt om frames, wielen en componenten te bouwen. Je vindt het op alles, van instapfietsen tot nauwelijks bereikbare halo-ritten.

als je tijd hebt besteed aan het praten met eigenzinnige fietsers, heb je ongetwijfeld veel anekdotes, grappen, zorgen en kritiek gehoord over koolstof als materiaal. De mythen en verhalen kunnen ertoe leiden dat sommige rijders zich afvragen waarom carbon zo populair is en waarom het de moeite waard is om te overwegen bij het winkelen voor een nieuwe fiets.

Brady Kappius van gebroken koolstof en Kappius componenten

voor meer informatie spraken we met koolstofvezel expert, Brady Kappius. Hij is de oprichter van Broken Carbon, een toonaangevende fietsreparatiezaak in Boulder, Colorado. Kappius en zijn team hebben met succes meer dan 4.500 carbon frames gerepareerd, en ze begrijpen het materiaal van binnen en van buiten. Dat klopt, ondanks wat je misschien hebt gehoord, kan koolstofvezel worden gerepareerd. We spraken met Kappius en hij hielp licht te werpen op hoe koolstofvezel werkt, waarom het zo populair is in fietsen, en hoe koolstof kan worden gerepareerd als het breekt.

waarom fietsen bouwen uit koolstofvezel?

er is een reden waarom zoveel moderne fietsen van carbon zijn gemaakt. Koolstofvezel heeft een aantal voordelige eigenschappen in vergelijking met metalen zoals staal, aluminium en zelfs titanium.Brady Kappius: “ten opzichte van andere materialen is koolstofvezel een van de nieuwste in de fietsindustrie. De technologie die koolstofvezel bracht aan fietsen kwam echt uit de lucht-en ruimtevaartindustrie. Je begon niet echt carbon fietsen te zien opstijgen in de consumentenmarkt tot de vroege jaren ’90.

” het unieke aan koolstofvezel is dat het zeer licht is, maar het is ook duurzaam. Je kunt een zeer, zeer sterke fiets maken van koolstofvezel. Een groot voordeel is dat het materiaal kan worden ontworpen om anders te handelen in verschillende richtingen. U kunt het ontwerp van een carbon frame stijf in een bepaalde richting, of stijf torsie, terwijl nog steeds naleving in een andere richting. De richting die u oriënteert de vezels zal de kenmerken van een frame of component te bepalen.

“koolstofvezel is op deze manier vrij uniek. Als je een fiets van aluminium maakt, kun je bijvoorbeeld spelen met buisdikte en-diameter, maar niet veel anders. Wat de eigenschappen van de aluminium buizen zijn is vrijwel alles wat je gaat krijgen. Met carbon kunnen de ingenieurs en fabrikanten echt de eigenschappen van het materiaal controleren en verschillende niveaus van stijfheid en sterkte in verschillende gebieden geven. Aluminium heeft ook een zogenaamde uithoudingslimiet. Het heeft geen oneindige vermoeidheid leven onder normale laadomstandigheden. Koolstof heeft bijna oneindige vermoeidheid leven.

” de eigenschappen van carbon maken het mogelijk om een fiets lichter te maken. Stel dat een bepaald gebied van een fiets niet veel stress ziet. Dus, in plaats van het gebruik van een continue buis met X-dikte helemaal door, kunt u nauwkeurig bepalen hoeveel vezels wordt geplaatst in bepaalde specifieke gebieden waar de belastingen zijn minder en concentreren meer waar het nodig is. Dit maakt carbon ideaal voor het produceren van een frame dat is alles wat je wilt van een fiets — een fiets die lichtgewicht, duurzaam, sterk, en die echt goed rijdt.”

Hoe worden carbon fietsen gemaakt en waarom zijn ze zo duur?

het grote ding dat veel nieuwe renners zullen merken bij het kijken naar carbon fietsen is dat ze meer kosten dan een vergelijkbare aluminium fiets. Het proces van het maken van een carbon fiets is ingewikkelder dan het maken van een fiets van metalen buizen, en veel van die factoren in de kosten van carbon fietsen.

foto ‘ s met dank aan Allied Cycle Works. Lees hier meer over hoe Allied in Amerika gemaakte carbon fietsen produceert.

BK: “het grote verschil tussen een metalen fiets en een koolstofvezel fiets zit in het productieproces. Bij een metalen fiets worden buizen aan elkaar gelast. Die buizen worden meestal gekocht of gevormd, en dan is het gewoon over het samenvoegen van die stukken samen in een frame.

” met koolstofvezel is het totaal anders. Koolstofvezels zijn letterlijk vezels, zoals stof. Ze hangen in een hars. Meestal begint u met een vel “pre-preg” of pre-geïmpregneerde koolstofvezel die al de hars erin heeft. Die komen in een enorm assortiment van soorten, afhankelijk van de kenmerken die u wilt. Je zou een vel kunnen hebben waar de vezels zijn georiënteerd op een hoek van 45 graden, een op 0 graden, of een waar het 90 graden vezels heeft die samen zijn geweven met 0 graden vezels. Die geweven vezels creëren die typische koolstofweefsels waar mensen aan denken als ze zich koolstofvezel voorstellen.

” de fabrikant kiest alle eigenschappen die hij van de fiets wenst. Misschien willen ze het op de ene plek stijver, op de andere meer compliant, en ze correleren dat met wat een ‘layup schema’ wordt genoemd.’Om de gewenste eigenschappen te krijgen, moet de vezels op een bepaalde plaats, in een bepaalde volgorde en in een bepaalde richting worden gelegd.

” er is een enorme hoeveelheid gedachte die gaat in waar elk afzonderlijk stuk gaat, en het wordt allemaal gedaan met de hand. Een fiets zal waarschijnlijk honderden individuele stukjes koolstofvezel hebben die met de hand in een mal zijn gedaan door een echt persoon. Een groot deel van de kosten van een koolstofvezel fiets komt van de handarbeid die erin gaat. De mallen zelf zijn ook duur. Het kost tienduizenden dollars om een enkele mal te openen, en je hebt er een nodig voor elke framemaat en model dat je maakt.

” dan gaat het hele ding in een oven en wordt uitgehard. Dat is wanneer de chemische reactie plaatsvindt die het hele pakket stolt en al die afzonderlijke lagen samenbrengt en coherent werkt.

” er is echt geen manier om het hele proces te automatiseren. Natuurlijk zijn er mensen die er aan werken, maar vrijwel elke koolstofvezel fiets en component die er is wordt nog steeds gebruikt door een persoon die deze lagen vezels met de hand bij elkaar stapelt.”

wat zijn de sterke en zwakke punten van koolstofvezel?

koolstofvezel is ongelooflijk sterk. Maar de gemiddelde consument zou de misvatting dat koolstofvezel is niet een sterk als staal, titanium, of aluminium. Dit is niet altijd het geval, maar Kappius legt uit waarom dit soort misvatting is ontstaan.

BK: “Ik denk dus dat koolstof kan worden omschreven als iets dat extreem sterk en stijf is. En vrijwel alle carbon fietsen zijn gemaakt om sterk en stijf te zijn, maar je moet er een sterretje op zetten dat zegt: ‘onder normale rijomstandigheden.’Ja, carbon frames zijn geweldig als je afdaalt, klimt, uit het zadel komt, enz. Alle eigenschappen van het frame zijn daarvoor ontworpen. Maar het is niet ontworpen voor een ongewone of een catastrofale crash, of om tegen een garagedeur of zoiets te lopen. Dat soort krachten vallen buiten het standaard toepassingsgebied, dus je ontwerpt geen fiets om die te zien. Dat zou kunnen, maar het zou niet zo goed rijden en het zou veel meer wegen.

“ingenieurs worden steeds beter in het ontwerpen van frames om duurzamer te zijn. Je ziet het meer op mountainbikes deze dagen, waar fabrikanten zetten meer focus op gebieden die hogere effecten te zien door het veranderen van de layup of de Vezel type om te helpen met het misbruik mountainbikes zien. Maar als je 700 gram racefiets frame valt op een houten paalput, kan het barsten omdat het niet ontworpen is om dat te doen. Het is ontworpen om goed te rijden. De overgrote meerderheid van de schade die we zien met carbon frames is van een soort van vreemde instantie, of het nu een slechte crash of een hit het frame heeft genomen. Het komt zelden voor dat het door een fabricagefout komt.”

Wat is” high-mod ” koolstof?

wanneer we kijken naar verschillende fietsframes, van instap-carbon tot high-end, zullen klanten termen tegenkomen die koolstof beschrijven als “high-modulus” of “high-mod.”Kappius legt uit wat high-modulus carbon is en hoeveel het er eigenlijk toe doet.

BK: “Modulus is een maat voor mechanische eigenschappen. De modulus is de stijfheid; het is hoe stijf de koolstof is. Theoretisch zou je een fiets kunnen bouwen met alleen hoge modulus vezels en er minder van gebruiken, en de fiets zou lichter zijn. Je ziet dit op high-end racefietsen met high-end carbon. Maar je wilt niet altijd alle high-modulus vezels, vooral voor toepassingen zoals mountainbiken, omdat high-modulus carbon ook brozer is. Op mountainbikes, bijvoorbeeld, wil je wat lagere modulus carbon in gebieden, omdat je wilt dat het frame om de effecten beter te nemen en eigenlijk hebben wat flex om het. Het is meer een marketing term. Iemand zou kunnen zeggen dat ze ‘X-honderd Toray, high-mod wat dan ook’ koolstofvezel en het betekent echt niet zo veel als je denkt. De ‘high-mod’ van het ene merk kan gelijkwaardig zijn aan de low-of medium-modulus carbon van een ander merk.”

5. Hoe kan ik zelf een carbon frame inspecteren na een crash of ongeval?

een professionele monteur moet uw fiets altijd inspecteren in het geval van een crash of koolstofschade. Maar als je eerst zelf een controle wilt doen, is hier een eenvoudige methode die Kappius voorstelt om eventuele schade aan je frame te beoordelen.

BK: “Crashes en schade zijn allemaal relatief. Als het iets is zoals je je fiets op je auto liet liggen en de garage inreed, is dat zo ‘ n gekke hoge kracht dat je echt geen moeite hoeft te doen om het te controleren. Het is waarschijnlijk niet eens de moeite waard om er op te rijden. Als we die fietsen wegsturen, is het te riskant. Je weet niet alles wat er in de motor gebeurde.

” maar laten we zeggen dat het een scenario is waarin je fiets valt, of je hebt een crash op je mountainbike. Hopelijk kwam het gewicht achter de impact vooral van de fiets zelf, of een beetje van je lichaam, maar niet veel anders. Begin met een visuele inspectie. Was de fiets. Hopelijk zorg je goed voor je fiets en hou je alles in de gaten zodat je elke kras weet die je erin hebt gestopt. Maar maak het helemaal schoon zodat je een goed zicht hebt op de hele fiets. Dat is echt de beste plek om te beginnen. Je zoekt naar scheuren of schade. Als je iets vindt, kun je een lap over de beschadigde plek laten lopen en als de lap vastloopt op de koolstofbuis is dat een teken dat er iets mis is.

” als je zulke schade vindt, kun je wat dieper gaan. Als er een deel van de buis die een vergelijkbare vorm of kenmerken in de buurt heeft die niet beschadigd is, kunt u het gebruiken om te vergelijken. Stel dat je wat schade hebt een paar centimeter achter de hoofdbuis. Controleer de bovenste buis op een plek een centimeter of twee verder naar beneden, uit de buurt van het gebied dat u zich zorgen maakt over. Gebruik uw duim en geef het een druk op de buis om te zien hoe het voelt. Ga dan terug naar het beschadigde gebied en doe hetzelfde. Voelt het zachter? Dat is een grote indicatie dat er iets mis is.

” dan kun je verder gaan met het akoestische materiaal waar je een tap test doet. Het is hetzelfde soort dingen. Zoek een gebied dat weg is van de schade waarvan je weet dat het onbeschadigd is. Tik erop met een metalen object als een hexadecimale toets en zie wat je hoort. Vergelijk het dan met het gebied waar je je zorgen over maakt. De toon gaat afnemen. Het zal hoog klinken als het goed is, en dan klinkt het dood als het beschadigd is. Mijn gok is voor de gemiddelde rijder, als je op het punt bent gekomen waar je het gaat testen, Weet je waarschijnlijk al dat het beschadigd is.

” uiteindelijk, als je je zorgen maakt over een frame, moet je het altijd laten controleren door een fietsenwinkel of door ons, iemand die hierin gespecialiseerd is. Een groot deel van de tijd, kan er schade verborgen onder de verf of in gebieden die je niet eens kunt zien.

” als je een carbon bike bezit, houd er dan een oogje op. Het is anders dan een metalen fiets en het toont schade op verschillende manieren. Met metaal, de gemeenschappelijke dingen zijn scheuren in lassen of deuken in buizen. Koolstof deugt niet. Het is een zeer broos materiaal.”

Hoe werkt koolstofreparatie?

veel rijders weten niet dat frames van koolstofvezel kunnen worden gerepareerd. Reparaties uitgevoerd door professionals zoals gebroken Carbon zal de integriteit van een beschadigd frame te herstellen en zelfs de oorspronkelijke eigenschappen van de carbon layup behouden.

BK: “I think in the bike industry, it’ s still minor of a new idea that things like carbon frames can be repaired. Zoals ik al zei, composieten begonnen in de lucht-en ruimtevaart. Boeing, bijvoorbeeld, gooit niet zomaar een vliegtuig weg als een steen het raakt en iets breekt. De afgelopen decennia hebben ingenieurs een zeer verfijnd en effectief koolstofreparatieproces ontwikkeld. Het is effectief wat we doen op fietsen ook.

” de eerste stappen zijn om de verf eraf te krijgen en een beter inzicht te krijgen in de koolstof en een betere inschatting te krijgen van de schade en hoe ver het zich voortplant. Dan verwijder je het beschadigde materiaal op een vrij bijzondere manier. Het heet afvlammen. Je schuurt het zo dat het concaved en taps toelopend is. Je moet voorbij gaan waar het beschadigd is, zodat je een heel goed hechtgebied hebt om de nieuwe vezels binnen te brengen en de lading over te brengen. We zijn aan het taps toelopen en verlijmen in bestaande goede vezels om het allemaal samen te voegen in een stijve structuur.

” als je de schade verwijdert, krijg je deze uienschil van koolstoflagen. We kijken naar de richting of het weefsel van de vezels en zorgvuldig overeenkomen met de lay-up van de nieuwe vezels aan wat er oorspronkelijk was. Daarmee krijg je nog steeds dezelfde originele eigenschappen van de buis met de reparatie.

” het is niet zo eenvoudig als gewoon meer koolstof om een scheur wikkelen. Er zijn kits die u kunt kopen op eBay of websites om u te laten ‘repareren van uw carbon fiets zelf. Het is het soort ding waar je de verf schuurt en er wat koolstof omheen wikkelt. Er wordt niet over nagedacht. U kunt de eigenschappen van de buis veranderen en dat gebied zo stijf maken dat de stressconcentratie bij de reparatie groter is dan de buis bedoeld was om te hanteren en het kan weer mislukken. Het is vaag.

wat zijn de beperkingen van koolstofreparatie?

Carbon repair is ongelooflijk effectief, maar het kan niet alles repareren. Kappius legt uit wat buiten het bereik van de reparatie valt.

BK: “Het eerste wat ik zal zeggen is dat we niets repareren als we denken dat we het niet zo sterk kunnen maken als het oorspronkelijk was. Dat is een grote factor voor ons en we dwalen altijd aan de kant van voorzichtigheid.

” het komt niet vaak voor, maar als er zorgen zijn over de uitlijning van het fietsframe, wat betekent dat het niet meer recht is, is het het gewoon niet waard om te repareren. Op mountainbikes zijn de gebieden rond ophangpunten waar wisselplaten tijdens het productieproces worden verlijmd, zeer moeilijk te repareren. En dan iets als een geschoren derailleur hanger-waar de hanger is niet alleen afgebroken, maar de bouten monteren op het frame zijn verdwenen — we hebben momenteel geen manier om dat te repareren, maar we werken eraan. Dat zijn de meest voorkomende beperkingen.

” dan zijn er carbon wielen. We repareren zeker geen velgremspullen omdat het remvlak volledig uniform moet zijn voor goed remmen en de enige manier om dat te doen is uit de mal van de fabrikant. Clinchers zijn taai, en vooral voor tubeless is het taai omdat je geen onderbrekingen kunt hebben of een band niet goed kan zitten of afdichten. Echt de enige wielen die we overwegen te repareren zijn tubular disc wielen. Maar meestal is het niet rendabel. Het is beter om een vervanger te krijgen.

” een goede zaak is dat de prijs van carbon wielen daalt genoeg dat het bijna zinvoller is om gewoon een vervanging te krijgen. Vooral aan de mountainbike kant worden de eigenschappen van het materiaal en het ontwerp van de Velgen steeds beter om meer impacts aan te kunnen, waardoor we nu minder storingen zien.”

hoe past carbon repair in de fietsindustrie?

meer renners worden zich bewust van carbon repair en het wordt een geaccepteerde praktijk. Kappius hoopt dat fabrikanten in de toekomst zullen kijken naar reparatie als een manier om afval te verminderen en meer fietsen op de weg of trail te houden.

BK: “ik hoop dat de industrie koolstofreparatie als een meer legitieme praktijk kan aanvaarden. Sommige fabrikanten staan het toe en zijn bereid om met ons samen te werken. Het zou veel afval vermijden omdat er echt geen goede opties voor recycling zijn. Beschadigde koolstof gaat gewoon naar de stortplaats.

” we zeggen altijd tegen een klant, als u uw fiets garantie kunt krijgen, ga ervoor. We nemen niet alleen je geld aan omdat we dat kunnen. Helaas, vaak, een beschadigd frame kan volledig fixeerbaar en bruikbaar zijn, maar de fabrikant zal willen dat het frame gehakt of vernietigd. Een fiets zal er nog zoveel nut in hebben. Het is triest dat dat de route is die ze nemen, maar ik begrijp vanuit een aansprakelijkheidsstandpunt waarom ze het doen.

“het zou geweldig zijn om naar fabrikanten te gaan en hen te laten zien wat we doen, en dat de eigenschappen van het frame allemaal hetzelfde zijn. In plaats van een paar duizend uit te geven aan een nieuw frame kun je een paar honderd dollar uitgeven.

“al onze reparaties hebben een volledig overdraagbare garantie van vijf jaar. We staan achter ons werk en doen geen reparaties tenzij ze zo sterk als nieuw zijn. Als het een frame is dat duidelijk nog steeds aanzienlijke waarde heeft dan is het zinvol om het te repareren. Klanten moeten geen twijfels hebben over het rijden op een gerepareerde fiets van ons.”