fibră de Carbon 101: Cum sunt fabricate și reparate bicicletele

ciclismul este obsedat de fibra de carbon. Carbonul este utilizat pentru a construi cadre, roți și componente. Îl puteți găsi pe orice, de la biciclete entry-level până la plimbări cu halo abia realizabile.

dacă ați petrecut orice timp vorbind cu orice bicicliști dogmatic, ați auzit, fără îndoială, o multime de anecdote, glume, preocupările și critici despre carbon ca material. Miturile și poveștile ar putea determina unii călăreți să se întrebe de ce carbonul este atât de popular și de ce merită luat în considerare atunci când cumpără o bicicletă nouă.

Brady Kappius de la Broken Carbon și Kappius Components

pentru a afla mai multe, am vorbit cu expertul în fibră de carbon, Brady Kappius. El este fondatorul Broken Carbon, un atelier de reparații de biciclete din fibră de carbon din Boulder, Colorado. Kappius și echipa sa au reparat cu succes peste 4.500 de cadre de biciclete din carbon și înțeleg materialul din interior și din exterior. Așa este, în ciuda a ceea ce ați auzit, fibra de carbon poate fi reparată. Am vorbit cu Kappius și ne-a ajutat să lămurim cum funcționează fibra de carbon, de ce este atât de populară în ciclism și cum poate fi reparat carbonul atunci când se rupe.

de ce să construim biciclete din fibră de carbon?

există un motiv pentru care atât de multe biciclete moderne sunt fabricate din carbon. Fibra de Carbon are unele proprietăți avantajoase în comparație cu metalele precum oțelul, aluminiul și chiar titanul.

Brady Kappius: „în raport cu alte materiale, fibra de carbon este una dintre cele mai noi din industria ciclismului. Tehnologia care a adus fibra de carbon bicicletelor a venit cu adevărat din industria aerospațială. Nu ați început să vedeți bicicletele cu carbon decolând pe piața de consum până la începutul anilor ’90.

„lucrul unic despre fibra de carbon este că este foarte ușoară, dar este și durabilă. Puteți face o bicicletă foarte, foarte puternică din fibră de carbon. Un beneficiu imens este că materialul poate fi proiectat pentru a acționa diferit în direcții diferite. Puteți proiecta un cadru de carbon pentru a fi rigid într-o anumită direcție sau rigid torsional, în timp ce aveți în continuare conformitate într-o direcție diferită. Direcția pe care o orientați fibrele va determina caracteristicile unui cadru sau componentă.

„fibra de Carbon este destul de unică în acest fel. Dacă faceți o bicicletă din aluminiu, de exemplu, puteți juca cu grosimea și diametrul tubului, dar nu mult altceva. Oricare ar fi proprietățile tubulaturii din aluminiu este destul de mult tot ce veți obține. Cu carbon, inginerii și producătorii pot controla cu adevărat proprietățile materialului și pot oferi diferite niveluri de rigiditate și rezistență în diferite zone. De asemenea, aluminiul are ceea ce se numește o limită de rezistență. Nu are o viață infinită de oboseală în condiții normale de încărcare. Carbonul are o viață aproape infinită de oboseală.

„proprietățile carbonului permit unei biciclete să devină mai ușoare. Spuneți că o anumită zonă a unei biciclete nu vede prea mult stres. Deci, în loc să folosiți un tub continuu cu grosimea X până la capăt, puteți controla cu precizie câtă fibră este plasată în anumite zone specifice în care sarcinile sunt mai mici și să vă concentrați mai mult acolo unde este nevoie. Acest lucru face ca carbonul să fie ideal pentru producerea unui cadru care este tot ceea ce doriți de la o bicicletă — o bicicletă ușoară, durabilă, puternică și care merge foarte bine.”

cum sunt fabricate bicicletele din carbon și de ce sunt atât de scumpe?

mare lucru o mulțime de noi piloti va observa atunci când se uită la biciclete de carbon este că acestea costa mai mult decât o bicicletă de aluminiu comparabile. Procesul de a face o bicicletă de carbon este mai complicat decât a face o bicicletă din tuburi metalice, și o mare parte din care factori în costul de biciclete de carbon.

fotografii curtoazie Allied ciclu funcționează. Citiți mai multe despre modul în care Allied produce biciclete de carbon fabricate în America Aici.

BK: „marea diferență dintre o bicicletă metalică și o bicicletă din fibră de carbon este în procesul de fabricație. Cu o bicicletă metalică, tuburile sunt sudate împreună. Aceste tuburi sunt de obicei achiziționate sau formate, și apoi este vorba doar de unirea acestor piese împreună într-un cadru.

„cu fibra de carbon, este complet diferit. Fibrele de Carbon sunt literalmente fibre, cum ar fi țesătura. Sunt suspendate într-o rășină. De obicei, începeți cu o foaie de fibră de carbon „pre-preg” sau pre-impregnată care are deja rășina în ea. Acestea vin într-un sortiment imens de tipuri, în funcție de caracteristicile dorite. S-ar putea să aveți o foaie în care fibrele sunt orientate la un unghi de 45 de grade, una la 0 grade sau una în care are fibre de 90 de grade țesute împreună cu fibre de 0 grade. Aceste fibre țesute creează acel aspect tipic de țesătură de carbon la care oamenii se gândesc atunci când își imaginează fibra de carbon.

„producătorul alege toate caracteristicile pe care le doresc din bicicletă. S-ar putea să-l dorească mai rigid într-un loc, mai Conform în altul și să coreleze asta cu ceea ce se numește un program de layup. Pentru a obține proprietățile dorite, este nevoie de așezarea fibrelor într-un anumit loc, într-o anumită ordine și într-o anumită direcție.

„există o mare cantitate de gândire care merge în cazul în care fiecare piesă în parte merge, și totul este făcut de mână. O bicicletă probabil va avea sute de bucăți individuale de fibră de carbon care au fost puse într-o matriță de mână de către o persoană reală. O mare parte din costul unei biciclete din fibră de carbon provine din munca manuală care intră în ea. Matrițele în sine sunt și ele scumpe. Este zeci de mii de dolari pentru a deschide o singură matriță și aveți nevoie de una pentru fiecare dimensiune și model de cadru pe care îl faceți.

„apoi totul intră într-un cuptor și se vindecă. Atunci se întâmplă reacția chimică care solidifică întregul pachet și face ca toate acele straturi individuale să se unească și să acționeze coerent.

„nu există nicio modalitate de a automatiza întregul proces. Evident, există oameni care lucrează la asta, dar aproape fiecare bicicletă și componentă din fibră de carbon care este acolo este încă așezată de un individ care stivuiește aceste straturi de fibre împreună manual.”

care sunt punctele forte și punctele slabe ale fibrei de carbon?

fibra de Carbon este incredibil de puternică. Dar consumatorul mediu ar putea avea concepția greșită că fibra de carbon nu este puternică ca oțelul, titanul sau aluminiul. Acest lucru nu este întotdeauna cazul, dar Kappius explică motivul pentru care s-a dezvoltat acest tip de concepție greșită.

ca: „Deci, cred că carbonul poate fi descris ca fiind ceva extrem de puternic și rigid. Și aproape toate bicicletele de carbon de acolo sunt făcute să fie puternice și rigide, dar trebuie să puneți asteriscul acolo care spune: ‘în condiții normale de călărie.’Da, rame de carbon sunt minunat dacă sunteți descendent, alpinism, din șa, etc. Toate proprietățile cadrului sunt proiectate pentru asta. Dar nu este proiectat pentru un accident neobișnuit sau catastrofal, sau pentru a fi rulat într-o ușă de garaj sau ceva. Aceste tipuri de forțe sunt în afara domeniului standard de utilizare, deci nu proiectați o bicicletă pentru a le vedea. Ai putea, dar nu ar merge la fel de bine și ar cântări mult mai mult.

„inginerii devin mai buni la proiectarea cadrelor pentru a fi mai durabile. Îl vedeți mai mult pe bicicletele montane în aceste zile, unde producătorii se concentrează mai mult pe zonele care văd un impact mai mare prin schimbarea aspectului sau a tipului de fibră pentru a ajuta la abuzul bicicletelor montane. Dar dacă rama bicicletei tale de 700 de grame cade pe un stâlp de lemn, s — ar putea să se crape, deoarece nu este concepută pentru a face asta. Este proiectat pentru a merge bine. Marea majoritate a daunelor pe care le vedem cu rame de carbon este de la un fel de instanță ciudat, dacă este un accident de rău sau un hit cadru a luat. Este foarte rar că este de la un fel de defect de fabricație.”

ce este carbonul „high-mod”?

atunci când se uită la diferite cadre de biciclete de la carbon entry-level la high-end, clienții vor întâlni termeni care descriu carbonul ca „high-modulus” sau „high-mod.”Kappius explică ce este carbonul cu modul înalt și cât de mult contează de fapt.

BK: „Modulul este o măsură a proprietății mecanice. Modulul este rigiditatea; este cât de rigid este carbonul. Teoretic, ai putea construi o bicicletă doar cu fibre cu modul înalt și să folosești mai puține dintre ele, iar bicicleta ar fi mai ușoară. Vedeți acest lucru pe biciclete rutiere de înaltă calitate cu carbon de înaltă calitate. Dar nu doriți întotdeauna toate fibrele cu modul înalt, în special pentru aplicații precum ciclismul montan, deoarece carbonul cu modul înalt este, de asemenea, mai fragil. Pe bicicletele montane, de exemplu, doriți un carbon cu modul mai mic în zone, deoarece doriți ca Cadrul să aibă un impact mai bun și să aibă de fapt o anumită flexibilitate. Este mai mult un termen de marketing. Cineva ar putea spune că au’ X-sute Toray, high-mod orice ‘ fibra de carbon și într-adevăr nu înseamnă la fel de mult cum crezi. ‘High-mod’ al unei mărci ar putea fi echivalent cu carbonul cu modul redus sau mediu al altei mărci.”

5. Cum pot inspecta singur un cadru de carbon după un accident sau un accident?

un mecanic profesionist ar trebui să vă inspecteze întotdeauna bicicleta în caz de accident sau deteriorare a carbonului. Dar dacă doriți să vă verificați mai întâi, iată o metodă simplă pe care Kappius o sugerează pentru a evalua orice deteriorare potențială a cadrului dvs.

BK: „accidentele și avariile sunt relative. Dacă este ceva de genul că ți-ai lăsat bicicleta deasupra mașinii și ai condus în garaj, este o forță atât de nebună încât nu trebuie să te deranjezi să o verifici. Probabil că nici nu merită să te gândești să încerci să o călărești. Dacă întoarcem bicicletele, e prea riscant. Nu știi tot ce s-a întâmplat în interiorul bicicletei.

„dar să spunem că este un scenariu în care bicicleta ta cade sau ai un accident pe bicicleta ta montană. Din fericire, greutatea din spatele impactului a venit mai ales de la bicicleta în sine, sau un pic de corpul tau, dar nu de mult altceva. Începeți cu o inspecție vizuală. Spălați bicicleta. Sperăm că aveți grijă de bicicleta dvs. destul de bine și păstrați un ochi pe lucruri, astfel încât să știți fiecare zgârietură pe care ați pus-o în ea. Dar curățați-l complet, astfel încât să obțineți o vedere bună a întregii biciclete. Acesta este cel mai bun loc pentru a începe. Căutați orice fel de fisuri sau deteriorări. Dacă găsiți ceva, puteți trece o cârpă peste locul deteriorat și dacă cârpa se blochează pe tubul de carbon, acesta este un semn că ceva nu este în regulă.

„dacă găsiți daune de genul asta, puteți merge un pic mai adânc. Dacă există o secțiune de tub care are o formă sau caracteristici similare în apropiere, care nu este deteriorată, o puteți folosi pentru a compara. Să presupunem că aveți unele daune câțiva centimetri în spatele headtube. Verificați tubul superior într-un loc cu un centimetru sau doi mai jos, departe de zona de care vă faceți griji. Folosiți degetul mare și apăsați-l pe tub pentru a vedea cum se simte. Apoi reveniți la zona afectată și faceți același lucru. Se simte mai moale? Asta e un mare indiciu că ceva nu e în regulă.

„apoi puteți trece la chestiile acustice unde faceți un test de atingere. E același lucru. Găsiți o zonă care este departe de daunele despre care știți că nu sunt deteriorate. Atingeți-l cu un obiect metalic ca o cheie hexagonală și vedeți ce auziți. Apoi comparați-l cu zona de care vă faceți griji. Tonul va scădea. Va suna ascuțit dacă este bun, și apoi un fel de sunet mort dacă este deteriorat. Parerea mea este pentru călăreț medie, dacă ați ajuns la punctul în cazul în care ai de gând să atingeți testați-l, probabil știți deja că este deteriorat.

” în cele din urmă, totuși, dacă există vreo îngrijorare cu privire la un cadru, ar trebui să îl verificați întotdeauna de un magazin de biciclete sau de noi, cineva specializat în acest sens. De cele mai multe ori, pot exista daune ascunse sub vopsea sau în zone pe care nici măcar nu le puteți vedea.

„dacă dețineți o bicicletă de carbon doar să păstreze un ochi pe ea. Este diferit de o bicicletă metalică și prezintă daune în moduri diferite. Cu metalul, lucrurile obișnuite sunt fisuri în suduri sau lovituri în tuburi. Carbonul nu se adâncește. Este un material foarte fragil.”

cum funcționează repararea carbonului?

o mulțime de călăreți nu știu că cadrele din fibră de carbon pot fi reparate. Reparațiile efectuate de profesioniști precum carbonul rupt vor restabili integritatea unui cadru deteriorat și chiar vor menține proprietățile originale ale stratului de carbon.

BK: „cred că în industria bicicletelor, este încă un fel de idee nouă că lucruri precum cadrele din carbon pot fi reparate. După cum am spus, compozitele au început în industria aerospațială. Boeing, de exemplu, nu aruncă doar un avion dacă o piatră îl lovește și sparge ceva. În ultimele decenii, inginerii au dezvoltat un proces de reparare a carbonului foarte rafinat și eficient. Este efectiv ceea ce facem și pe biciclete.

„primii pași sunt să scoatem vopseaua și să aruncăm o privire mai bună asupra carbonului și să obținem un ecartament mai bun al daunelor și cât de departe este propagat. Apoi, eliminați materialul deteriorat într-un mod destul de special. Se numește scarfing. Îl șlefuiești ca să fie concav și conic. Trebuie să treceți pe lângă locul unde este deteriorat, astfel încât să puteți avea o zonă de lipire foarte bună pentru a aduce noile fibre și a transfera sarcina. Ne conic și lipirea în fibre bune existente să se alăture totul într-o structură rigidă.

„pe măsură ce eliminați daunele, obțineți această coajă de ceapă de straturi de carbon. Ne uităm la direcția sau țesutul fibrelor și potrivim cu atenție așezarea noilor fibre cu ceea ce a fost inițial acolo. Cu aceasta, veți obține în continuare aceleași proprietăți originale ale tubului cu reparația.

„nu este la fel de simplu ca să înfășori mai mult carbon în jurul unei fisuri. Există kituri puteți cumpăra pe eBay sau site-uri web pentru a vă ‘repara bicicleta de carbon-te. Este genul de lucru în care speli vopseaua și înfășori niște carbon în jurul ei. Nu există nici un gând pus în orientarea fibrei. Puteți schimba proprietățile tubului și puteți face acea zonă atât de rigidă încât concentrația de stres la reparație este mai mare decât tubul a fost destinat să se ocupe și poate eșua din nou. E vag.

care sunt limitările reparării carbonului?

repararea carbonului este incredibil de eficientă, dar nu poate repara totul. Kappius explică ce este în afara domeniului de reparații.

ca: „Primul lucru pe care îl voi spune este că nu vom repara nimic dacă nu credem că îl putem face la fel de puternic cum a fost inițial. Acesta este un factor important pentru noi și greșim întotdeauna de partea prudenței.

„nu este foarte obișnuit, dar dacă există vreo îngrijorare cu privire la alinierea cadrului bicicletei, ceea ce înseamnă că nu mai este drept, nu merită să se repare. Pe bicicletele montane, zonele din jurul pivoturilor de suspensie în care inserțiile sunt lipite în timpul procesului de fabricație sunt foarte greu de reparat. Și apoi ceva de genul unui cuier de schimbător tăiat-unde cuierul nu s — a rupt doar, dar șuruburile care îl montează pe cadru au dispărut — în prezent nu avem o modalitate de a repara asta, dar lucrăm la el. Acestea sunt cele mai frecvente limitări.

„apoi, există roți de carbon. Cu siguranță Nu reparăm nicio frână de jantă, deoarece suprafața de frânare trebuie să fie complet uniformă pentru o frânare bună și singura modalitate de a face acest lucru este în afara matriței de la producător. Clinchers sunt dure, și mai ales pentru tubeless este greu pentru că nu poate avea discontinuități sau o anvelopă nu va scaun sau sigiliu în mod corespunzător. Într-adevăr, singurele roți pe care le considerăm reparate sunt roțile cu disc tubular. Dar de cele mai multe ori nu este rentabil. Este mai bine să obțineți un înlocuitor.

„un lucru bun este că prețul roților din carbon scade suficient încât aproape că are mai mult sens să obțineți doar un înlocuitor. Mai ales pe partea de bicicletă montană, proprietățile materialului și designul jantelor sunt din ce în ce mai bune pentru a face față mai multor impacturi, așa că vedem mai puține eșecuri acum.”

cum se încadrează repararea carbonului în industria ciclismului?

mai mulți călăreți devin conștienți de repararea carbonului și devine o practică acceptată. Kappius speră că, în viitor, producătorii vor căuta să repare ca o modalitate de a reduce deșeurile și de a păstra mai multe biciclete pe drum sau pe traseu.

BK: „sper că industria poate începe să accepte repararea carbonului ca o practică mai legitimă. Unii producători o permit și sunt dispuși să lucreze cu noi. Ar evita o mulțime de deșeuri, deoarece într-adevăr nu există opțiuni bune pentru reciclare. Carbonul deteriorat intră doar în depozitul de deșeuri.

” noi spunem întotdeauna un client, dacă puteți obține motocicleta garantat, du-te pentru ea. Noi nu suntem doar de gând să ia banii pentru că putem. Din păcate, de multe ori, un cadru deteriorat ar putea fi complet fixabil și utilizabil, dar producătorul va dori ca Cadrul să fie tocat sau distrus. O bicicletă va avea încă atât de multă utilizare în ea. Este trist că este calea pe care o iau, dar înțeleg din punct de vedere al răspunderii de ce o fac.

„ar fi minunat să avem ocazia să mergem la producători și să le arătăm ce facem și că proprietățile cadrului sunt toate la fel. În loc să cheltuiți câteva mii pe un cadru nou, ați putea cheltui câteva sute de dolari.

„toate reparațiile noastre au o garanție de cinci ani complet transferabilă. Stăm în spatele muncii noastre și nu facem reparații decât dacă vor fi la fel de puternice ca noi. Dacă este un cadru care, evident, are încă o valoare semnificativă, atunci are sens să-l reparați. Clienții nu ar trebui să aibă nicio îndoială cu privire la mersul unei biciclete reparate de la noi.”