kolfiber 101: Hur cyklar tillverkas och repareras

cykling är besatt av kolfiber. Kol används för att bygga ramar, hjul och komponenter. Du hittar den på allt från nybörjar cyklar till knappt uppnåeliga halo Rider.

om du har spenderat någon tid på att prata med några uppfattade cyklister har du utan tvekan hört massor av anekdoter, skämt, oro och kritik om kol som material. Myterna och berättelserna kan få vissa ryttare att ifrågasätta varför kol är så populärt och varför det är värt att överväga när man handlar efter en ny cykel.

Brady Kappius från Broken Carbon och Kappius Components

för att lära oss mer, talade vi med carbon fiber expert, Brady Kappius. Han är grundaren av Broken Carbon, en främsta kolfibercykelverkstad i Boulder, Colorado. Kappius och hans team har framgångsrikt reparerat över 4,500 kolfibercykelramar, och de förstår materialet inifrån och Ut. Det stämmer, trots vad du kanske har hört, kan kolfiber repareras. Vi pratade med Kappius och han hjälpte till att belysa hur kolfiber fungerar, varför det är så populärt i cykling och hur kol kan repareras när det går sönder.

varför bygga cyklar av kolfiber?

det finns en anledning till att så många moderna cyklar är gjorda av kol. Kolfiber har några fördelaktiga egenskaper jämfört med metaller som stål, aluminium och till och med Titan.

Brady Kappius: ”i förhållande till andra material är kolfiber en av de nyaste inom cykelindustrin. Tekniken som förde kolfiber till cyklar kom verkligen från flygindustrin. Du började inte riktigt se kolcyklar på konsumentmarknaden fram till början av 90-talet.

”det unika med kolfiber är att det är väldigt lätt, men det är också hållbart. Du kan göra en mycket, mycket stark cykel av kolfiber. En stor fördel är att materialet kan konstrueras för att agera annorlunda i olika riktningar. Du kan designa en kolram för att vara styv i en viss riktning, eller styv vridning, samtidigt som du fortfarande har överensstämmelse i en annan riktning. Riktningen du orienterar fibrerna bestämmer egenskaperna hos en ram eller komponent.

” kolfiber är ganska unik på detta sätt. Om du till exempel gör en cykel av aluminium kan du spela med rörets tjocklek och diameter, men inte mycket annat. Oavsett egenskaperna hos aluminiumslangen är ganska mycket allt du kommer att få. Med KOL kan ingenjörerna och tillverkarna verkligen kontrollera materialets egenskaper och ge olika nivåer av styvhet och styrka inom olika områden. Aluminium har också vad som kallas en uthållighetsgräns. Det har inte ett oändligt utmattningslivslängd under normala belastningsförhållanden. Kol har nästan oändligt trötthetsliv.

” kolens egenskaper gör att en cykel blir lättare. Säg att ett visst område på en cykel inte ser mycket stress. Så istället för att behöva använda ett kontinuerligt rör som är X-tjocklek hela vägen, kan du exakt styra hur mycket fiber som placeras i vissa specifika områden där belastningarna är mindre och koncentrera mer där det behövs. Detta gör carbon idealisk för att producera en ram som är allt du vill ha från en cykel — en cykel som är lätt, hållbar, stark och som rider riktigt bra.”

hur tillverkas kolcyklar och varför är de så dyra?

det stora som många nya ryttare kommer att märka när man tittar på kolcyklar är att de kostar mer än en jämförbar aluminiumcykel. Processen att göra en kolcykel är mer komplicerad än att göra en cykel av metallrör, och mycket av det faktorer i kostnaden för kolcyklar.

foton artighet Allied Cycle Works. Läs mer om hur Allied producerar amerikansktillverkade kolcyklar här.

BK: ”den stora skillnaden mellan en metallcykel och en kolfibercykel är i tillverkningsprocessen. Med en metallcykel svetsas rören ihop. Dessa rör köps vanligtvis eller bildas, och då handlar det bara om att sammanfoga dessa bitar i en ram.

” med kolfiber är det helt annorlunda. Kolfibrer är bokstavligen fibrer, som Tyg. De är upphängda i ett harts. Vanligtvis börjar du med ett ark med ”pre-preg” eller förimpregnerad kolfiber som redan har hartset i det. De finns i ett stort sortiment av typer beroende på vilka egenskaper du vill ha. Du kan ha ett ark där fibrerna är orienterade i 45 graders vinkel, en vid 0 grader eller en där den har 90 graders fibrer vävda tillsammans med 0 graders fibrer. De vävda fibrerna skapar det typiska kolväv som folk tänker på när de föreställer sig kolfiber.

” tillverkaren väljer alla egenskaper de vill ha ut av cykeln. De kanske vill ha det styvare på en plats, mer kompatibelt på en annan, och de korrelerar det med vad som kallas ett uppläggningsschema.’För att få de önskade egenskaperna kräver det att fibrerna läggs på en viss plats, i en viss ordning och i en viss riktning.

” det finns en enorm mängd tankar som går in där varje enskild bit går, och allt görs för hand. En cykel kommer förmodligen att ha hundratals enskilda bitar av kolfiber som har satts i en form för hand av en verklig person. En stor del av kostnaden för en kolfibercykel kommer från handarbetet som går in i det. Formarna själva är också dyra. Det är tiotusentals dollar att öppna en enda form, och du behöver en för varje ramstorlek och modell du gör.

” då går det hela i en ugn och blir botad. Det är då den kemiska reaktionen händer som stelnar hela paketet och gör att alla dessa enskilda lager kommer ihop och agerar koherent.

” det finns verkligen inget sätt att automatisera hela processen. Självklart finns det människor där ute som arbetar med det, men ganska mycket varje kolfibercykel och komponent som finns där ute är fortfarande upplagd av en person som staplar dessa lager av fiber tillsammans för hand.”

vad är kolfibers styrkor och svagheter?

kolfiber är otroligt stark. Men den genomsnittliga konsumenten kan ha missuppfattningen att kolfiber inte är stark som stål, titan eller aluminium. Detta är inte alltid fallet, men Kappius förklarar orsaken till att denna typ av missuppfattning har utvecklats.

BK: ”Så jag tror att KOL kan beskrivas som något som är extremt starkt och styvt. Och ganska mycket alla kolcyklar där ute är gjorda för att vara starka och styva, men du måste sätta asterisken där som säger, ’under normala körförhållanden.’Ja, kolramar är fantastiska om du går ner, klättrar, ut ur sadeln etc. Alla ramens egenskaper är utformade för det. Men det är inte utformat för en ovanlig eller katastrofal krasch, eller att springa in i en garageport eller något. Dessa typer av krafter ligger utanför standardanvändningsområdet, så du designar inte en cykel för att se dem. Du kan, men det skulle inte rida så bra och det skulle väga mycket mer.

” ingenjörer blir bättre på att utforma ramar för att vara mer hållbara. Du ser det mer på mountainbikes dessa dagar där tillverkarna lägger mer fokus på områden som ser högre effekter genom att ändra layup eller fibertyp för att hjälpa till med missbruk mountainbikes se. Men om din 700 gram vägcykelram faller över på en trästolpe, kan den spricka eftersom den inte är utformad för att göra det. Den är utformad för att rida bra. Den stora majoriteten av skadorna vi ser med kolramar är från någon form av udda instans, oavsett om det är en dålig krasch eller en träff som ramen har tagit. Det är väldigt sällsynt att det är från någon form av tillverkningsfel.”

Vad är ”high-mod” kol?

när man tittar på olika cykelramar från kol på grundnivå till high-end kommer kunderna att stöta på termer som beskriver kol som ”high-modulus” eller ”high-mod.”Kappius förklarar vad kol med hög modul är och hur mycket det faktiskt betyder.

BK: ”modul är ett mått på mekanisk egenskap. Modulen är styvheten; det är hur styvt kolet är. Teoretiskt kan du bygga en cykel med endast högmodulfibrer och använda färre av dem, och cykeln skulle vara lättare. Du ser detta på high-end väg cyklar med high-end kol. Men du vill inte alltid ha alla högmodulfibrer, speciellt för applikationer som mountainbike, eftersom kol med hög modul också är sprödare. På mountainbikes, till exempel, vill du ha lite kol med lägre modul i områden eftersom du vill att ramen ska påverka bättre och faktiskt ha lite flex till den. Det är mer en marknadsföringsterm. Någon kan säga att de har ’X-hundred Toray, high-mod vad som helst’ kolfiber och det betyder verkligen inte så mycket som du tror. Ett varumärkes ’high-mod’ kan motsvara ett annat varumärkes låga eller medelmodulära kol.”

5. Hur kan jag själv inspektera en kolram efter en krasch eller olycka?

en professionell mekaniker bör alltid inspektera din cykel i händelse av en krasch eller kolskador. Men om du vill göra en kontroll själv först, här är en enkel metod Kappius föreslår att bedöma eventuella skador på din ram.

BK: ”kraschar och skador är alla relativa. Om det är något som du lämnade din cykel ovanpå din bil och körde in i garaget, är det så galet hög kraft att du verkligen inte behöver bry dig om att kontrollera det. Det är nog inte ens värt att överväga att försöka rida den. Vi vänder bort cyklarna, det är bara för riskabelt. Du vet inte allt som hände inuti cykeln.

” men låt oss säga att det är ett scenario där din cykel faller över, eller om du har en krasch på din mountainbike. Förhoppningsvis kom vikten bakom påverkan mestadels från cykeln själv, eller lite av din kropp, men inte mycket annat. Börja med en visuell inspektion. Tvätta cykeln. Förhoppningsvis tar du hand om din cykel ganska bra och du håller ett öga på saker så att du vet varje skrapa du har lagt in i den. Men rengör det helt så att du får en bra bild av hela cykeln. Det är verkligen det bästa stället att börja. Du letar efter någon form av sprickor eller skador. Om du hittar något kan du köra en trasa över den skadade platsen och om trasan hakar på kolröret är det ett tecken på att det är något fel.

” om du hittar skador så kan du gå lite djupare. Om det finns en sektion av röret som har en liknande form eller egenskaper i närheten som inte är skadad kan du använda den för att jämföra. Säg att du har några skador några inches bakom headtube. Kontrollera det övre röret på en plats en tum eller två längre ner, bort från det område som du är orolig. Använd tummen och tryck på röret för att se hur det känns. Gå sedan tillbaka till det skadade området och gör detsamma. Känns det mjukare? Det är en stor indikation på att något är fel.

” då kan du gå vidare till de akustiska grejerna där du gör ett krantest. Det är samma sak. Hitta ett område som är borta från den skada som du vet är oskadad. Tryck på det med ett metallobjekt som en hex-nyckel och se vad du hör. Jämför sedan det med det område du är orolig för. Tonen kommer att minska. Det låter högt om det är bra, och sedan typ av ljud död om det är skadat. Min gissning är för den genomsnittliga ryttaren, om du har kommit till den punkt där du ska trycka på testa det, vet du förmodligen redan att det är skadat.

” i slutändan, men om det finns någon oro för en ram bör du alltid ha det checkat ut av en cykelaffär eller av oss, någon som specialiserat sig på detta. Mycket av tiden kan det finnas skador dolda under färgen eller i områden du inte ens kan se.

” om du äger en kolfibercykel, håll bara ett öga på den. Det skiljer sig från en metallcykel och det visar skador på olika sätt. Med metall är de vanliga sakerna sprickor i svetsar eller bucklor i rör. Kol bucklar inte. Det är ett mycket sprött material.”

hur fungerar kolreparation?

många ryttare är inte medvetna om att kolfiberramar kan repareras. Reparationer som utförs av proffs som trasigt kol kommer att återställa integriteten hos en skadad ram och till och med behålla de ursprungliga egenskaperna hos koluppsättningen.

BK: ”jag tror att det i cykelindustrin fortfarande är en ny ide att saker som kolramar kan repareras. Som jag sa började kompositer inom flygindustrin. Boeing, till exempel, kastar inte bara ett plan om en sten träffar det och spricker något. Under de senaste decennierna har ingenjörer utvecklat en mycket raffinerad och effektiv kolreparationsprocess. Det är faktiskt vad vi gör på cyklar också.

” de första stegen är att få färgen av och få en bättre titt på kolet och få en bättre mätare av skadan och hur långt den sprids. Sedan tar du bort det skadade materialet på ett ganska speciellt sätt. Det kallas scarfing. Du slipar den så att den är koncaved och avsmalnande. Du måste gå förbi där den är skadad så att du kan ha ett riktigt bra bindningsområde för att ta in de nya fibrerna och överföra lasten. Vi avsmalnar och binder till befintliga bra fibrer för att ansluta allt till en styv struktur.

” när du tar bort skadan får du denna lökskal av kolskikt. Vi tittar på fibrernas riktning eller väv och matchar noggrant uppläggningen av de nya fibrerna till vad som ursprungligen var där. Med det får du fortfarande samma ursprungliga egenskaper hos röret med reparationen.

” det är inte så enkelt som att bara förpacka mer kol runt en spricka. Det finns kit du kan köpa på eBay eller webbplatser för att låta dig fixa din kolcykel själv.’Det är sånt där du scuff upp färgen och linda lite kol runt den. Det finns ingen tanke i fiberorientering. Du kan ändra rörets egenskaper och göra det området så styvt att spänningskoncentrationen vid reparationen är större än röret var avsett att hantera och det kan misslyckas igen. Det är skissartat.

vilka är begränsningarna för kolreparation?

Kolreparation är otroligt effektiv, men det kan inte fixa allt. Kappius förklarar vad som ligger utanför reparationsområdet.

BK: ”Det första jag säger är att vi inte kommer att reparera någonting om vi inte tror att vi kan göra det så starkt som det ursprungligen var. Det är en stor faktor för oss och vi felar alltid på sidan av försiktighet.

” det är inte så vanligt, men om det finns någon oro för justeringen av cykelramen, vilket betyder att den inte längre är rak, är det bara inte värt att reparera. På mountainbikes är områdena runt upphängningsvridningar där skär är bundna under tillverkningsprocessen mycket svåra att reparera. Och sedan något som en avskuren spärrhängare – där hängaren inte bara har brutit av men bultarna som monterar den på ramen är borta — vi har för närvarande inte ett sätt att reparera det men vi jobbar på det. Det är de vanligaste begränsningarna.

” sedan finns det kolhjul. Vi reparerar definitivt inga fälgbromsar eftersom bromsytan måste vara helt enhetlig för bra bromsning och det enda sättet att göra det är ur formen från tillverkaren. Clinchers är tuffa, och speciellt för slanglösa är det tufft eftersom du inte kan ha diskontinuiteter eller ett däck kommer inte att sitta eller försegla ordentligt. Egentligen är de enda hjulen vi överväger att reparera rörformiga skivhjul. Men för det mesta är det bara inte kostnadseffektivt. Det är bättre att få en ersättare.

” en bra sak är att priset på kolhjul kommer ner tillräckligt för att det nästan är mer meningsfullt att bara få en ersättare. Speciellt på mountainbikesidan blir materialets egenskaper och fälgens design bättre för att hantera fler stötar, så vi ser färre fel nu.”

hur passar kolreparation in i cykelindustrin?

fler ryttare blir medvetna om kolreparation och det blir en accepterad praxis. Kappius hoppas att tillverkarna i framtiden kommer att se till att reparera som ett sätt att minska avfallet och hålla fler cyklar på vägen eller spåret.

BK: ”jag hoppas att industrin kan börja acceptera kolreparation som en mer legitim praxis. Vissa tillverkare tillåter det och är villiga att arbeta med oss. Det skulle undvika mycket avfall eftersom det verkligen inte finns bra alternativ för återvinning. Skadat kol går bara in i deponiet.

” vi säger alltid till en kund, om du kan få din cykel garanterad, gå för det. Vi ska inte bara ta dina pengar för att vi kan. Tyvärr kan en skadad ram ofta vara helt fixerbar och användbar, men tillverkaren vill ha ramen hackad eller förstörd. En cykel kommer fortfarande att ha så mycket användning kvar i den. Det är sorgligt att det är den väg de tar, men jag förstår ur ansvarssynpunkt varför de gör det.

” det skulle vara bra att ha möjlighet att gå till tillverkare och visa dem vad vi gör, och att egenskaperna hos ramen är alla samma. Istället för att spendera några grand på en ny ram kan du spendera några hundra dollar.

” alla våra reparationer har en helt överförbar fem års garanti. Vi står bakom vårt arbete och gör inte reparationer om de inte kommer att vara lika starka som nya. Om det är en ram som uppenbarligen fortfarande har betydande värde så är det vettigt att reparera det. Kunderna borde inte ha några andra tankar om att åka en reparerad cykel från oss.”