Reçine, karbon çerçevenizi bir arada tutan isimsiz kahramandır ve performans için aynı derecede önemlidir
Yolcuların çoğuna bisiklet çerçevelerinin neyden yapıldığını sorarsanız cevap muhtemelen "karbon" olacaktır. Bisiklet çerçeveleri (veya gerçekten de bu harika dokuma malzemeden yapılmış diğer ürünler) yapımında yer alan herkese sorun, daha karmaşık bir yanıt alırsınız.
'Bisiklet endüstrisinde genellikle karbondan söz edildiğini duyarız ama aslında bu çok basit bir genellemedir,' diyor Alman tekerlek üreticisi Lightweight'in mühendislik başkanı Thomas Leschik. 'Aslında bir karbon elyafı ve epoksi reçinesi matrisidir. Daha doğru terim CFRP – karbon fiber takviyeli plastiktir.'
Yani, çok sevilen atlarımız güçlendirilmiş plastik bisikletlerden biraz daha fazlası. Bu basit bir kıs altmadır ve CFRP'nin plastik (veya polimer) parçası olan reçinelerin önemini açıklamak için uzun bir yol kat eder. Esasen reçine, kompozit malzemeye sertliğini verir. Karbon fiber bisikletlerde uzmanlaşmış bir şirket olan Aprire'den Phil Dempsey'in dediği gibi, 'Karbon fiber tamamen bir kumaştır. Tek başına sadece bir bez parçası.'
Ürün açıklamaları ve beraberindeki pazarlama konuşması söz konusu olduğunda, karbon fiber markası veya türü (örneğin Toray, T800, 65HM1K, ultra yüksek modül), bitmiş ürünün özelliklerinin temel özelliği olarak rutin olarak övülür. Sanki başka hiçbir şey yokmuş gibi ama aslında lifler çerçeve malzemesinin yarısından biraz fazlasını oluşturuyor. Gerisi, modern bir bisikletin performansında açıkça önemli bir rol oynaması gereken epoksi reçinedir. O halde neden pazarlama tanıtım yazısı bundan nadiren bahseder?
CFRP'nin ABC'si
| CFRP |
Karbon Fiber Takviyeli Plastik (veya polimer). Bahsedilen kompozit malzeme karbon veya karbon fiber olarak. |
| Tedavi |
Ayarlamak için bir CFRP yapısına ısı ve genellikle basınç uygulama süreci reçine ve bitmiş parçaya sağlamlık kazandırın. |
| Fibre | Bir CFRP yapısının takviye elemanını oluşturmak için birlikte dokunan veya örülen karbon telleri. Genellikle "filamentler" olarak adlandırılır. |
| Kalıp | Çerçeveyi oluşturmak için karbon fiber levhaların içine ve etrafına döşendiği fiziksel bileşen. |
| Katlı kitap | Aslında yüceltilmiş dikiş desenlerinden oluşan bir kitap. Bunlar, her bir karbon fiber parçasının nasıl kesildiğini ve birleştirildiğini detaylandırır ve en yakın korunan sırlardır. |
| Hamilelik öncesi | Kürlenmemiş reçine ile emprenye edilmiş karbon fiber iplik levhaları. |
| Reçine | Bir CFRP yapısı içinde lifleri birbirine bağlamak için kullanılan sıvı bir polimer. |
İçeriden bilgi
Reçinenin bitmiş bir karbon fiber bisikletteki rolünü anlamak için, üretim sürecini ve reçinenin buna nasıl dahil edildiğini anlamamız gerekir.
Özünde iki tür karbon fiber yapı vardır: ıslak ve kuru. Islak üretim için bir şirket, önceden emprenye edilmiş olarak bilinen reçine ile emprenye edilmiş karbon fiber kumaş satın alır. Bu yapışkan tabakalar bir kalıbın içine veya etrafına serilir ve daha sonra sertlik kazandırmak için ısı ve basınç kullanılarak kürlenir. Kuru reçine infüzyon üretim tekniği iki farklı şekilde olabilir. İlki, kürleme işleminin bir parçası olarak reçine eklenerek, bir kalıbın üzerine kesilmiş kuru kumaş şekilleri ile pre-preg imalatının gerçekleştirilme şekline benzer. Time ve BMC (Impec bisikletleri ile) gibi şirketler tarafından kullanılan ikinci teknik, bir kalıp üzerinde tek bir uzunlukta sürekli boru şeklinde çorap benzeri bir yapının gerilmesini içerir. Buradan reçine, önceden oluşturulmuş şekillere basınç altında eklenir.
Giant, 'spool'dan finişe' tüm ön emdirilmiş karbon ürünlerini kendi üreten tek markadır - yani karbon elyafını büyük makaralarda bir iplik olarak satın alır, kendi reçinesini ekler ve çerçevelerini, çubuklarını, saplarını ve aksesuarlarını üretmeye devam ediyor. Öyleyse Giant, reçinelerin önemini sormak için iyi bir şirket gibi görünüyor.
İngiltere ürün ve eğitim müdürü David Ward, "Karbon fiber filamentimiz doğrudan Toray'den [dünyanın en büyük karbon fiber üreticisi] makara odasına teslim ediliyor. Oradan dokuma tezgâhlarına geçirilir ve devasa karbon kumaş çarşaflara dokunur. Dokumadan sonra reçine eklenir. Reçine, merdane tertibatının üzerindeki bir oluğa oturur ve merdaneler vasıtasıyla filamentlere uygulanan hareketli kumaşa geçirilir.' İşlem basit bir işlemdir ve Giant tarafından kullanılan teknik, tüm imalatçıların kullandığı teknikle hemen hemen aynıdır. önceden hazırlanmış karbon fiber. Ancak mekaniği basit olsa da doğruluk, tekrarlanabilirlik ve kontrol, bitmiş ürünün bütünlüğü için hayati önem taşır.
'Reçinenin her bir filamentin arasından akması ve mükemmel şekilde kaplaması gerekir,' diyor Ward. "Bir üretim hattının sonundan iyi bir ön emdirme elde etmek için iyi reçine dağılımı hayati önem taşır." Aprire'den Dempsey ekliyor: "Reçinenin katmanlardan geçmesi çok önemlidir. Reçineyi yanlış anlarsanız, çatlamış bir çerçeveniz olur. Bu gerçekten kritik.'
İçinde
'Reçine, kürlendikten sonra Dev bir çerçevenin %40'ını oluşturduğu için reçine çok önemli bir parçadır,' diyor Ward. "Termoset [kürlenmiş] olduğunda, yapıya rijitliğini veren reçinedir.' Temel yapısal özelliklere ek olarak, reçine başka bir hayati rol oynar. Dempsey, 'Stresleri bir parçadan diğerine aktarmanız gerekiyor. Elyaf katmanları arasında yük transferini sağlayan reçinelerdir.’
Farklı reçineler nihai ürünün performansını etkileyecektir. Dempsey, 'Reçine çok viskoz ise, karbondan geçmez ve sonunda birbirine değen liflerle sonuçlanırsınız. İdeal olarak, onları dikkatlice ayırmak istersiniz.'
Bir de karbon yapılarının kalınlığını etkileyen sıkıştırılabilirlik sorunu var. Dempsey, "Reçinedeki farklı katkı maddeleri sıkıştırılabilirliği etkileyecektir" diyor.‘Reçinenin özelliklerine bağlı olarak farklı bir katman kalınlığı elde edebilirsiniz. Genel olarak, daha ucuz reçineler daha kalın olacaktır. İyi bir reçine ile karbon lifleri mikronlarca ayrı olabilir. Bu, aynı mukavemet nitelikleri için daha ince duvarlar, yani daha hafif bir çerçeve sağlar. Daha ucuz bir reçine, lifler ve katmanlar arasında daha fazla malzeme bırakır.'
Giant tamamen kendi bünyesinde ürettiği için kendi reçinelerini geliştirebildi. Ward, 'Şu anda üçüncü nesil reçine geliştirmemiz üzerindeyiz. Kalıplama ve kürleme işleminin daha küçük ayrıntıları reçine özelliklerine bağlıdır – söndüğü sıcaklık ve kürleşme süresi.’ Karbon ürünlerinin geniş fiyat aralığı nedeniyle Giant, iki tür reçine kullanır. Ward, "Standart reçinemiz Advanced SL ürünleri hariç tüm ürün serilerinde kullanılmaktadır" diyor. Advanced SL için bir nanoteknoloji katkı maddesi kullanıyoruz. Nanopartiküller, çerçevelerimizin darbe direncini, sertlik veya ağırlık üzerinde hiçbir olumsuz etki olmaksızın %18 oranında artırır. Yine de çok daha pahalıya mal oluyorlar.’
Parçacıkların ek bir yan ürünü, kürleme sırasında geliştirilmiş duvar sıkıştırmasıdır. Nanopartiküller, reçinenin yerleştirmedeki mikro boşlukları doldurmasına izin verir. Reçine aslında daha iyi akar, boşluk potansiyelini az altır ve duvar kalınlığını az altır, ' diye ekliyor Ward.
Bir reçinenin boşluk az altmadaki rolü, Dempsey'in açıkladığı gibi, bir çerçevenin yapısal bütünlüğünde önemli bir noktadır. 'Reçinedeki boşluklar, stresi toplayacak deliklerdir' diyor. “Bunlar potansiyel olarak başarısızlık noktalarıdır ve boşluklar katmanlar birbirinden ayrılırken patlayarak başarısız olur. Yine de boşluklar olmadan delaminasyon elde edebilirsiniz, ancak kompozitte minimum hava ceplerini hedeflemek istersiniz.'
Yük aktarımı, duvar kalınlığı ve sağlamlığına ek olarak reçineler, bisikletin sürüşü üzerinde etkili olabilir. Dempsey, 'Basit bir bakış açısından reçineleri, reçine ve sertleştirici içeren iki komponentli Araldite tarzı bir ürün olarak düşünebilirsiniz. Belirli bir reçine ile kullanılan sertleştirici miktarı, sürüş kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. İyi bir bisiklet çerçevesi için, karbon fiber katmanları arasında stres transferine izin vermek için kürlenmiş reçine içinde biraz esnekliğe ihtiyacınız vardır. Bunu, daha az sertleştirici ile daha güçlü bir reçine kullanarak elde edebilirsiniz. Akıllı tasarımcılar, belirli bir ağırlık için daha sert veya daha uyumlu bir yapı elde edebilir. Sertliği için reçineye güvenemezsiniz, ancak bir mühendis olarak reçinenin bitmiş bir yapıya ekleyebileceği potansiyel özelliklerin farkında olmanız gerekir.'
Reçineler, bitmiş çerçevenin kalitesi için açıkça önemlidir, bu yüzden onlar hakkında neden bu kadar az şey duyduğumuz sorusuna dönüyoruz.
'Reçine bir özellik sürücüsü değil, izin veren bir şeydir,' diyor Dempsey. “Reçine, fiberlerin bize sunduğu farklı özellikleri kullanmak için farklı karbon fiber katmanlarını (örneğin T700'den T800'e) birbirine bağlamamıza izin veriyor. Zor bir satış ve döndürmesi çok zor, ancak oynadıkları rol hafife alınmamalı.'
Giant'tan David Ward daha özlü bir şekilde ifade ediyor: Reçineler sadece bir yapıştırıcıdır. Sadece seksi değiller.'
Anın ısısı
Çoğu bisiklet üreticisinin önceden hazırlanmış karbon kullandığı göz önüne alındığında, çerçeve performansını etkilemek için reçine kullanma seçenekleri sınırlıdır. Ancak bu, insanları yeni yönler aramaktan veya reçine ve pre-preg şirketlerini farklı ürünler üretmeye zorlamaktan alıkoymuyor.
Dempsey, "Oda sıcaklığında bozulmayan bir reçine üretmeleri için ortaklar bulmaya çalışıyoruz" diyor. Tasarımla ilgili sınırlayıcı bir faktör, ön-preg'i soğuk deposundan çıkardığınız anda havayla kürlenmeye başlamasıdır. Kürleme fırınının dışında asla tam olarak sertleşmeyecek, ancak “kapanacak”. Daha karmaşık bir yerleştirme süreci kullanmamıza ve kat kitabımızı [soldaki sözlüğe bakın] istediğimiz seviyeye geliştirmemize izin veren bir ön hazırlık, nihai sonucumuzdan çok daha fazlasını elde etmemizi sağlayacaktır. Bu bizim için harika olur.’
Reçinelerin büyük rol oynadığı alanlardan biri de karbon tekerlek üretimidir. Burada reçineler, yalnızca tekerleğin yapısal bütünlüğü ve sertliği için değil, aynı zamanda frenleme performansı için de anahtardır.
Lightweight'den Leschik, 'Reçinenin en zayıf noktası sıcaklık davranışıdır. Çoğu reçinenin 150°C'nin üzerinde sorunları vardır. Son 10 yılda reçinelerimizin sıcaklık direncini üç katına çıkardık.’
Neredeyse her bisikletçi, uzun bir inişte ısı oluşumu nedeniyle arızalanan bir karbon tekerlek hakkında bir korku hikayesi duymuştur, ancak fren balatası jantla birleştiğinde gerçekte ne olur? Leschik, 'Triboloji, göreli harekette etkileşimli yüzeylerin bilimi ve mühendisliğidir. Sürtünme, yağlama ve aşınma ilkelerinin incelenmesini ve uygulanmasını içerir. Islak veya kuru koşullarda lastik fren balatalı bir CFRP jant üzerinde fren yapmak, böyle bir tribolojik sistemdir. İyi bir fren performansı için bu sistemin optimizasyonu, yüksek sıcaklığa dayanıklı reçineler olmadan mümkün değildir.'
Çerçeve performansında olduğu gibi, ısı direncini ve fiyatı artıran reçinelerdeki katkı maddeleridir. Böyle bir katkı maddesi seramik - silikadır. Aprire tekerlek yapmazken, Dempsey süreci anlıyor: 'Reçineler karbon jant yapısında büyük bir fark yaratıyor. Örneğin, silika eklenmesi yapının gövdesinden önemli miktarda ısı çeker ve hava akışının jantı standart bir CFRP kenardan çok daha iyi soğutmasını sağlar. Bakır, büyük miktarda ısı çekme kapasitesine sahip olduğu için harika bir katkı maddesi olabilir, ancak herhangi bir mikro çatlaktan nem girerse kükürtün reçineye sızma potansiyeli vardır. Bu neredeyse kesin bir delaminasyona yol açacaktır. Isı alıcılar – reçine içindeki ağlar – büyük potansiyele sahiptir. Bu teknoloji pekala gelebilir.'
Lightweight'den Leschik'in reçine geliştirmelerine de büyük inancı var: Jant frenleme jantlarının optimizasyonuna bakıyoruz. Akıllı reçinelerle, sürücüye tek bir ekstra gram ağırlık olmadan disklerle aynı fren performansını verebileceğimizden eminiz.'
Acı gerçek
Reçinenin bisiklet yapım sürecinin isimsiz bir kahramanı olduğu açık. Karbon fiber ürünlerin sertliğini, sağlamlığını, ağırlığını, güvenliğini ve fiyatını etkileyebilir, bu nedenle üreticilerin yapışkan maddelerinin harikaları hakkında lirik bir şekilde parlamaya başlamalarını bekleyebilir miyiz? Muhtemelen hayır, çünkü hala karmaşık bir sistemin sadece bir parçası. Yüksek kaliteli reçine, düşük kaliteli karbon fiber veya ilhamsız inşaat tekniklerini telafi etmeyecektir. Lightweight'ten Leschik'in dediği gibi, "Her seferinde aynı şey: güzel bir pasta pişirmek için doğru malzemelere, doğru oranda, iyi yapılmışa ihtiyacınız var."
Karbon jargonu: Tüm bunlar ne anlama geliyor?
