Как делают карбоновые велосипеды?

Что такое карбон и почему его используют для производства велосипедов?

Карбон или углеродное волокно – это тонкие нити, состоящие в основном из атомов углерода. Карбон более жесткий при меньшем весе, чем почти любой другой материал. В отличие от металла, жесткость углеродного волокна можно точно регулировать для разных деталей велосипедной рамы. Металлы же обладают одинаковыми свойствами прочности и жесткости вдоль любой оси материала. 

Этапы производства

1. Производство волокна

Для получения углеродного волокна, химические или органические волокна, например, вискозу, поддают термической обработке в несколько этапов при температуре от 250 °C до 3000 °C. После чего, остаются преимущественно атомы углерода, по структуре напоминающие графит. Атомы формируют углеродные кристаллы, выровненные по длинной оси. Это придаёт материалу высокую прочность.

Наиболее важными факторами, определяющими физические свойства углеродного волокна, являются степень карбонизации (содержание углерода, обычно более 92%) и ориентация углеродных лент. Волокна выпускаются с широким спектром кристаллических и аморфных содержаний для разных условий использования.

Все производители карбоновых деталей для велосипедов, независимо от цены конечного продукта, начинают с одинакового сырья. 

2. Обработка волокна. Плетение тканей, ниток, нарезка

Несколько тысяч углеродных волокон формируют в нити, которые можно использовать сами по себе или сплести из них ткань. Велосипедные рамы в основном делают из листов углеродной ткани. Для производства карбоновых педалей используют резаные короткие волокна. Карбоновые нити в велосипедном производстве используют довольно редко. 

Существует много видов плетения углеродной ткани, но для велосипедных рам в основном используют материал с волокнами выложенными в одном направлении. Перекрестное плетение, которое вы видите на некоторых рамах сделано для красоты на верхнем слое.

3. Создание композитов

Карбоновые волокна – это только половина истории. Другая, не менее важная, составляющая карбоновых деталей это – эпоксидная смола.

Листы карбона пропитывают эпоксидной смолой для создания композитного материала, так называемого препрега. Сами по себе листы довольно хрупкие и склонны к растрескиванию.

Смола выполняет две задачи. Во-первых, она удерживает углерод вместе – как отдельные волокна внутри слоя, так и слои между собой. Во-вторых, смола добавляет прочность и долговечность. Она слегка пластична, и деформируется под воздействием, чтобы помочь поглощать резкие удары, например, при падении или ударе камнем.

4. Формирование изделия

Большинство карбоновых велосипедов производятся путем размещения разного количества слоев углеродной ткани вокруг твердой модели внутри пресс-формы. Нагрев пресс-формы разжижает смолу и формирует препреги в форму рамы.

Карбоновые велосипеды могут содержать до 500 кусков препрегов, собранных в 40 или более слоев, часто сочетающих разные сорта углеродного волокна. Некоторые куски материала могут быть длинными, как нижняя трубка рамы, а другие размером со спичечный коробок. 

Листы углеродной ткани кладут в разном направлении, тем самым регулируя жёсткость. Некоторые части рамы могут иметь всего 4 слоя ткани, другие в 10 раз больше.

Все карбоновые рамы сделаны вручную. Отдельные слои углеродной ткани вырезаются с помощью станка управляемого компьютером, но это пожалуй единственный автоматизированный процесс в производстве: рама из углеродного композита или другая деталь должна быть собрана в форму точно в соответствии с графиком укладки, который пока невозможно автоматизировать. 

Часто детали рамы делают отдельно, а затем склеивают – это популярный способ среди производителей рам под заказ.