رزین قهرمان گمنامی است که قاب کربنی شما را در کنار هم نگه می دارد و به همان اندازه برای عملکرد بسیار مهم است
از اکثر راهروها بپرسید که قاب دوچرخه آنها از چه چیزی ساخته شده است و احتمالاً پاسخ "کربن" خواهد بود. از هر کسی که در ساخت قاب دوچرخه (یا در واقع محصولات دیگر ساخته شده از این ماده شگفت انگیز بافته شده است) بپرسید و پاسخ پیچیده تری دریافت خواهید کرد.
توماس لشیک، رئیس مهندسی در تولید کننده چرخ آلمانی Lightweight می گوید: «در صنعت دوچرخه معمولاً صحبت از کربن می شنویم، اما واقعاً این بسیار ساده است - یک تعمیم. این در واقع ماتریسی از الیاف کربن و رزین اپوکسی است. اصطلاح دقیق تر CFRP - پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن است.'
بنابراین اسب های بسیار مورد علاقه ما چیزی بیشتر از دوچرخه های پلاستیکی تقویت شده هستند. این یک مخفف ساده است و اهمیت رزین ها را توضیح می دهد - که بخش پلاستیکی (یا پلیمری) CFRP هستند. اساساً رزین به ماده کامپوزیت استحکام می بخشد. همانطور که فیل دمپسی از Aprire، یک شرکت متخصص در دوچرخه های فیبر کربن، می گوید: فیبر کربن صرفا یک پارچه است. به تنهایی فقط یک تکه پارچه است.»
وقتی صحبت از توضیحات محصول و بازاریابی همراه می شود، برند یا نوع فیبر کربن (مانند Toray، T800، 65HM1K، مدول فوق العاده بالا) به طور معمول به عنوان ویژگی اساسی ویژگی های محصول نهایی در بوق و کرنا قرار می گیرد. انگار هیچ چیز دیگری در کار نیست، اما در واقع الیاف بیش از نیمی از مواد قاب را تشکیل می دهند. بقیه رزین اپوکسی است که به وضوح باید نقش مهمی در عملکرد یک دوچرخه مدرن داشته باشد.پس چرا در تاپیک بازاریابی به ندرت به آن اشاره می شود؟
ABC CFRP
| CFRP |
پلاستیک (یا پلیمر) تقویت شده با فیبر کربن. مواد مرکب ارجاع شده به عنوان کربن یا فیبر کربن. |
| درمان |
فرایند اعمال گرما و اغلب فشار به ساختار CFRP برای "تنظیم" رزین و استحکام را به قطعه تمام شده ببخشید. |
| فیبر | رشته‌های کربنی که با هم بافته یا بافته می‌شوند تا عنصر تقویت‌کننده ساختار CFRP را ایجاد کنند. اغلب «رشته‌ها» نامیده می‌شود. |
| قالب | جزء فیزیکی که ورق های فیبر کربن در داخل و اطراف آن قرار می گیرند تا قاب ایجاد شود. |
| Ply book | اساساً کتابی از الگوهای خیاطی تجلیل شده است. این جزئیات نحوه برش و مونتاژ تک تک تکه‌های فیبر کربن را نشان می‌دهد و آنها نزدیک‌ترین اسرار محافظت‌شده هستند. |
| پیش بارداری | ورقه های الیاف کربن آغشته به رزین خشک نشده. |
| رزین | یک پلیمر مایع که برای اتصال الیاف به یکدیگر در ساختار CFRP استفاده می شود. |
دانش خودی
برای درک نقش رزین در یک دوچرخه فیبر کربنی تمام شده، باید فرآیند ساخت و نحوه ترکیب رزین در آن را درک کنیم.
در اصل دو نوع ساخت فیبر کربن وجود دارد: مرطوب و خشک. برای تولید مرطوب، یک شرکت پارچه فیبر کربنی را که از قبل به رزین آغشته شده است، خریداری می‌کند که به عنوان pre-preg شناخته می‌شود.این ورقه های چسبنده داخل قالب یا اطراف آن قرار می گیرند و سپس با استفاده از حرارت و فشار برای ایجاد سفتی پخت می شوند. تکنیک تولید تزریق رزین خشک می تواند دو شکل متفاوت داشته باشد. اولین مورد مشابه روشی است که ساخت پیش پرگ انجام می شود، با اشکال برش خورده پارچه خشک که روی یک قالب گذاشته می شود و رزین به عنوان بخشی از فرآیند پخت اضافه می شود. تکنیک دوم که توسط شرکت‌هایی مانند Time و BMC (با دوچرخه‌های Impec خود) استفاده می‌شود، شامل کشش ساختار جوراب‌مانند لوله‌ای پیوسته روی یک قالب در یک طول است. از اینجا، رزین تحت فشار به اشکال از قبل تشکیل شده اضافه می شود.
Giant تنها برندی است که تمام محصولات پیش‌آب‌سازی کربنی خود را از «قرقره تا پایان» تولید می‌کند – یعنی فیبر کربن خود را به عنوان نخ روی قرقره‌های بزرگ می‌خرد، رزین خود را اضافه می‌کند، و به تولید قاب ها، میله ها، ساقه ها و لوازم جانبی خود ادامه می دهد. بنابراین، Giant شرکت خوبی برای پرسیدن در مورد اهمیت رزین ها به نظر می رسد.
مدیر محصول و آموزش در بریتانیا، دیوید وارد، می‌گوید: «رشته فیبر کربن ما مستقیماً از Toray [بزرگ‌ترین تولیدکننده فیبر کربن در جهان] به اتاق اسپول تحویل داده می‌شود. از آنجا به دستگاه‌های بافندگی نخ کشیده می‌شود و به صورت ورقه‌های بزرگ کربنی بافته می‌شود. بعد از بافت است که رزین اضافه می شود. رزین در یک فرورفتگی بالای مجموعه غلتک قرار می گیرد و روی پارچه متحرک منتقل می شود و از طریق غلتک ها روی رشته ها اعمال می شود.» این فرآیند ساده است و تکنیک استفاده شده توسط Giant تقریباً مشابه روشی است که توسط همه تولید کنندگان استفاده می شود. فیبر کربن از پیش آماده سازی اما اگرچه ممکن است در مکانیک آن ساده باشد، دقت، تکرارپذیری و کنترل برای یکپارچگی محصول نهایی حیاتی است.
وارد می‌گوید"رزین باید بین هر رشته جریان داشته باشد و به طور کامل هر رشته را بپوشاند." «توزیع خوب رزین برای پیش‌آغاز کردن خوب از انتهای خط تولید حیاتی است.» دمپسی در Aprire اضافه می‌کند، «بسیار مهم است که رزین از لایه‌ها عبور کند.اگر رزین را اشتباه گرفتید، یک قاب ترک خورده دارید. این واقعاً حیاتی است.'
در ضخامت آن
وارد می گوید: «از آنجایی که رزین 40 درصد از یک قاب غول پیکر را پس از پخت تشکیل می دهد، رزین بخش بسیار مهمی است. "زمانی که گرما سخت شد، این رزین است که به ساختار استحکام می بخشد." علاوه بر خواص ساختاری اساسی، رزین نقش حیاتی دیگری ایفا می کند. دمپسی می گوید: "شما باید استرس ها را از یک قسمت به قسمت دیگر منتقل کنید." این رزین ها هستند که امکان انتقال بار بین لایه های الیاف را فراهم می کنند.'
رزین های مختلف بر عملکرد محصول نهایی تأثیر می گذارد. دمپسی می‌گوید: «اگر رزین خیلی چسبناک باشد، از کربن عبور نمی‌کند و در نهایت با الیافی مواجه می‌شوید که یکدیگر را لمس می‌کنند. در حالت ایده‌آل شما می‌خواهید که آنها را به طور دقیق از هم جدا کنید.'
سپس مسئله تراکم پذیری وجود دارد که بر ضخامت ساختارهای کربنی تأثیر می گذارد. دمپسی می گوید: افزودنی های مختلف در رزین بر تراکم پذیری تأثیر می گذارد.شما می توانید ضخامت لایه متفاوتی را بسته به ویژگی های رزین بدست آورید. به طور کلی، رزین های ارزان تر ضخیم تر خواهند بود. با یک رزین خوب، الیاف کربن می توانند میکرون از هم فاصله داشته باشند. این به شما دیوارهای نازک تری برای همان ویژگی های استحکام می دهد، یعنی قاب سبک تر. رزین ارزان‌تر مواد بیشتری را بین الیاف و لایه‌ها باقی می‌گذارد.'
از آنجایی که Giant کاملاً در داخل تولید می کند، توانسته رزین های خود را توسعه دهد. وارد می‌گوید: «ما در حال حاضر در نسل سوم توسعه رزین هستیم. جزئیات کوچک‌تر فرآیند قالب‌گیری و پخت همگی به ویژگی‌های رزین بستگی دارد - دمایی که در آن از بین می‌رود و مدت زمان پخت.» به دلیل گستره قیمت محصولات کربنی خود، Giant از دو نوع رزین استفاده می‌کند. وارد می‌گوید: رزین استاندارد ما در تمام خطوط تولید به‌جز محصولات Advanced SL استفاده می‌شود. برای Advanced SL، ما از یک افزودنی فناوری نانو استفاده می کنیم. نانوذرات مقاومت در برابر ضربه قاب‌های ما را تا 18 درصد افزایش می‌دهند بدون اینکه تاثیر منفی بر سفتی یا وزن داشته باشند.اگرچه هزینه آنها بسیار بیشتر است.'
یک محصول جانبی اضافی از ذرات، تراکم دیواره بهبود یافته در طول درمان است. نانوذرات به رزین اجازه می‌دهند تا خلاهای میکرو را در لایه‌آپ پر کند. وارد می‌افزاید: رزین در واقع بهتر جریان می‌یابد و پتانسیل ایجاد حفره‌ها و کاهش ضخامت دیواره را کاهش می‌دهد.
همانطور که دمپسی توضیح می دهد، نقش رزین در کاهش فضای خالی، یک نکته کلیدی در یکپارچگی ساختاری یک قاب است. او می‌گوید: حفره‌های رزین سوراخ‌هایی هستند که استرس را جمع‌آوری می‌کنند. اینها بالقوه نقاط شکست هستند و حفره ها با جدا شدن از هم جدا می شوند زیرا لایه ها لایه لایه می شوند. هنوز هم می‌توانید لایه‌برداری بدون حفره داشته باشید، اما می‌خواهید حداقل حفره‌های هوا را در کامپوزیت هدف بگیرید.'
علاوه بر انتقال بار، ضخامت دیواره و استحکام، رزین ها می توانند روی دوچرخه سواری تأثیر بگذارند. دمپسی می‌گوید: «از دیدگاه ساده، می‌توان رزین‌ها را به‌عنوان یک محصول دو بسته‌بندی سبک آرالدیت با رزین و سخت‌کننده در نظر گرفت. مقدار سختی گیر مورد استفاده با رزین معین می تواند تأثیر قابل توجهی بر کیفیت سواری داشته باشد.برای یک قاب دوچرخه خوب، به مقداری انعطاف در یک رزین پخته شده نیاز دارید تا امکان انتقال تنش بین لایه‌های فیبر کربن را فراهم کند. شما می توانید با استفاده از یک رزین قوی تر با سخت کننده کمتر این را بدست آورید. طراحان باهوش می توانند ساختاری سفت تر یا منطبق تر برای وزن معین داشته باشند. شما نمی توانید برای سختی به رزین تکیه کنید، اما به عنوان یک مهندس، باید از خواص بالقوه ای که رزین می تواند به ساختار نهایی اضافه کند آگاه باشید.'
رزین ها به وضوح برای کیفیت فریم نهایی مهم هستند، بنابراین به این سوال باز می گردیم که چرا ما در مورد آنها کم می شنویم.
دمپسی می گوید: "رزین یک اجازه دهنده است، نه یک محرک ویژگی". رزین به ما این امکان را می‌دهد که لایه‌های مختلف فیبر کربن را به هم بچسبانیم - برای مثال T700 به T800 - تا از ویژگی‌های متفاوتی که الیاف برای ما ارائه می‌دهند استفاده کنیم. فروش سختی است، و چرخش آن بسیار دشوار است، اما نقشی که آنها ایفا می کنند را نباید دست کم گرفت.»
دیوید وارد از Giant به طور مختصرتر می گوید: رزین ها فقط یک چسب هستند. آنها فقط سکسی نیستند.'
داغ لحظه
با توجه به اینکه اکثر تولیدکنندگان دوچرخه از کربن پیش آماده سازی استفاده می کنند، انتخاب آنها از نظر استفاده از رزین برای تأثیرگذاری بر عملکرد یک قاب محدود است. اما این باعث نمی‌شود که مردم به دنبال مسیرهای جدید باشند یا شرکت‌های رزین و پیش‌آب‌سازی را برای تولید محصولات مختلف تحت فشار قرار دهند.
Dempsey می گوید، "ما در تلاش هستیم تا شرکای خود را برای تولید رزینی که در دمای اتاق از بین نرود، جذب کنیم. یکی از عوامل محدود کننده طراحی این است که به محض برداشتن پیش پرگ از انبار سرد، شروع به خشک شدن هوا می کند. هرگز خارج از کوره پخت کاملاً سفت نمی شود، اما "خاموش می شود". پیش‌آزمونی که به ما امکان می‌دهد از یک فرآیند لایه‌برداری پیچیده‌تر استفاده کنیم، و کتاب لایه‌های خود را [به واژه‌نامه، سمت چپ مراجعه کنید] تا سطحی که می‌خواهیم توسعه دهیم، به ما امکان می‌دهد تا از نتیجه نهایی خود به مراتب بیشتر برسیم. این برای ما بسیار عالی خواهد بود.'
یکی از حوزه‌هایی که رزین‌ها در آن نقش مهمی دارند، تولید چرخ‌های کربنی است. در اینجا رزین ها نه تنها برای یکپارچگی ساختاری و سفتی چرخ، بلکه برای عملکرد ترمز نیز کلیدی هستند.
Lightweight's Leschik می گوید: «ضعف ترین نقطه رزین، رفتار دمایی آن است. اکثر رزین ها در دمای بالای 150 درجه سانتیگراد مشکل دارند. در طول 10 سال گذشته، ما مقاومت رزین های خود در برابر درجه حرارت را سه برابر افزایش داده ایم.»
تقریباً هر دوچرخه سواری داستان ترسناکی درباره شکست چرخ کربنی در سرازیری طولانی به دلیل تجمع گرما شنیده است، اما در واقع وقتی لنت ترمز به لبه برخورد می کند چه اتفاقی می افتد؟ لشیک می گوید: تریبولوژی علم و مهندسی سطوح متقابل در حرکت نسبی است. این شامل مطالعه و کاربرد اصول اصطکاک، روانکاری و سایش است. ترمز روی رینگ CFRP با لنت های ترمز لاستیکی در شرایط مرطوب یا خشک یکی از این سیستم های تریبولوژیکی است. بهینه سازی این سیستم برای عملکرد خوب ترمز بدون رزین های مقاوم در برابر دمای بالا امکان پذیر نیست.'
همانند عملکرد قاب، این مواد افزودنی در رزین ها هستند که مقاومت در برابر حرارت و قیمت را افزایش می دهند.یکی از این مواد افزودنی سرامیک سیلیس است. در حالی که Aprire چرخ نمی‌سازد، دمپسی این فرآیند را درک می‌کند: «رزین‌ها تفاوت زیادی در ساختار رینگ کربنی ایجاد می‌کنند. به عنوان مثال، افزودن سیلیس مقدار قابل توجهی گرما را از بدنه سازه می گیرد و به جریان هوا اجازه می دهد تا لبه را بسیار بهتر از رینگ استاندارد CFRP خنک کند. مس یک افزودنی عالی خواهد بود، زیرا ظرفیت جذب مقادیر زیادی گرما را دارد، اما اگر رطوبت از طریق هر شکاف ریز وارد شود، امکان نفوذ گوگرد به رزین وجود دارد. این منجر به لایه برداری تقریباً قطعی می شود. سینک های حرارتی – مش های درون رزین – پتانسیل بالایی دارند. این فناوری ممکن است به خوبی بیاید.'
Lightweight's Leschik همچنین به پیشرفت های رزین اعتقاد زیادی دارد: ما به دنبال بهینه سازی رینگ های ترمز رینگ هستیم. با رزین‌های هوشمند، مطمئن هستیم که می‌توانیم بدون یک گرم وزن اضافی، همان عملکرد ترمز دیسک‌ها را به موتورسوار بدهیم.»
حقیقت سخت
واضح است که رزین یک قهرمان گمنام در روند ساخت دوچرخه است.این می تواند سفتی، استحکام، وزن، ایمنی و قیمت محصولات فیبر کربنی را تحت تاثیر قرار دهد، بنابراین آیا می توانیم انتظار داشته باشیم که تولیدکنندگان شروع به اپیلاسیون متنی درباره شگفتی های مواد چسبنده خود کنند؟ احتمالاً نه، زیرا هنوز تنها بخشی از یک سیستم پیچیده است. رزین با کیفیت عالی فیبر کربن بی کیفیت یا تکنیک های ساخت و ساز بدون الهام را جبران نمی کند. همانطور که Leschik از Lightweight می گوید، "هر بار یکسان است: برای پختن یک کیک خوب به مواد مناسب با نسبت مناسب نیاز دارید."
اصطلاحات کربن: همه اینها به چه معناست؟
