10 фактов, которых вы не знали о карбоновом волокне

Углеродное волокно появилось в производстве велосипедов около 10 лет назад. С тех пор велоиндустрия продолжает совершенствоваться в производстве более легких, более жестких и  более впечатляющих проектов, которые невозможно было выполнить в металле. Но продукция из карбонового волокна может оказаться более непонятной и таинственной, чем её металлический  двойник. Ниже приводим 10 фактов, которые вы, возможно, не знали об этом материале.

Не все карбоновые рамы производят в Азии…

Создается такое впечатление.  И это верно, по большей части родина карбоно-волоконной продукции для велоиндустрии – Тайвань, иногда Китай. Но карбоновые рамы и другие компоненты, выполненные из этого материала, также производятся на фабриках в США (Zipp's и иногда Trek's) и во Франции (Time и Look).

Несмотря на репутацию аэрокосмического материала, с карбоновым волокном всё же легче работать в небольших масштабах. Небольшие велосипедные магазины и мастерские и даже мастера одиночки могут работать с карбоном, а не только с готовыми трубами от таких компаний как Dedacciai из Италии или Rock West из США. Они сами создают рамы из карбонового листа таким же образом, как это делают и на крупных производствах, как например, Giant.

... Но сырье получают преимущественно из Азии.

Само по себе карбоновое волокно делают из полиакрилнитрилового (ПАН) волокна. Менее общеупотребимый предшественник – смола. ПАН волокна нагреваются до критично высокой температуры, при которой сжигаются все не-карбоновые материалы и остаются лишь очень тонкие, длинные волокна. Чем дольше длится процесс, тем более жесткими становятся волокна.

Это – сложный промышленный процесс, и лишь несколько компаний в мире имеют возможность производить карбоновое волокно. Более 90% мировых карбоно-волоконных поставок совершаются шестью компаниями: Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Rayon, Zoltek, Hexcel, и Cytec. Около 2/3 мировой продукции карбонового волокна числятся за компаниями Toray, Toho и Mitsubishi.

Существуют несколько видов карбонового волокна.

Формы карбонового волокна бывают разные: сырые волокна или листовые волокна (в обоих случаях непрерывные волокна) и коротко-нарезанные волокна, либо листом, либо пучками.  Коротко нарезанные волокна используют для производства педалей. Листовые чаще всего используют для рам. Непрерывные листы карбонового волокна (слои), словно это обычная ткань, выпускают намотанными на гигантские катушки. Сырые волокна – менее известная форма в велоиндустрии; лишь несколько велосипедных компаний, как Giant или Time, имеют техническую возможность работать с сырыми волокнами.

Карбоновое волокно – это лишь середина пути.

Мы говорим «карбоновое волокно», но на самом деле имеем ввиду «композит из карбонового волокна», т.к. это не единственный материал в вашей раме. Неповторимые жесткие свойства карбонового волокна имеют свою цену: сам по себе материал хрупкий и склонный к расщеплению и появлению трещин. Для сохранения его свойств его кладут в клейкий материал под названием эпоксидная смола до тех пор, пока он не сформируется в композитный материал. По большей части именно в этой форме используется карбоновое волокно в велоиндустрии, и называется “pre-preg” (пер. «предварительно пропитанный»).

Смола выполняет две задачи. Первая – скрепляет волокна вместе, как каждое отдельное волокно внутри пучка, так и, после затвердения, расположение двух пучков относительно друг друга. Вторая задача смолы – добавить прочности и долговечности. Пластичность и деформация под воздействием посторонних факторов помогают избежать разрушения волокон от удара камнями или в результате аварии.

Вело-компании не устанавливают уровни качества.

Каждая вело-компания добавляет свою изюминку в дизайн рамы. Карбоновое волокно оценивается по степени жесткости, которая определяется типом упругости при растяжении, или насколько материал деформируется при нагрузке. Для карбонового волокна эти уровни оценки установлены Японской Ассоциацией производителей карбонового волокна (JCMA).

По большей части в велоиндустрии используется карбоновое волокно стандартного или среднего типа; на более дорогостоящих рамах в игру вступают более высокие градации. Некоторые компании вовсе избегают этой возни с общей системой оценивания и просто создают свою систему градации карбона в условиях специфического для данной компании рынка, таких как FACT или Advanced Grade.

Карбон сам по себе представляет собой смесь.

Хорошая карбоновая рама состоит из волокон разных типов, из которых назначение каждого в составе рамы очень разное. Высоко-модульное волокно – очень дорогое (из-за всех этих процессов), поэтому его используют предусмотрительно немного только в ключевых областях, как нижняя труба, каретка и перья, для лучшего сопротивления и большей жесткости байка. Но их укладывают в формы вместе с волокнами стандартно-модульными, средними и высоко-прочными, чтобы получить такую долговечность, производительность и качество, какими должна обладать хорошая рама.

Настоящая магия - и дороговизна - в слоях.

Карбоновое волокно – прекрасный материал для велосипеда по двум причинам. Первая – при своем низком весе он жестче других известным материалов. Вторая – в отличие от металла, жесткость карбонового волокна можно легко регулировать; его жесткость может регулироваться в зависимости от направления карбоно-волоконного композита, которое укладывается в формы. Это называется анизотропия. Металлы, наоборот, изотропичны, и представляют одинаковые свойства жесткости и прочности вдоль всех осей материала. Инженеры используют сложные компьютерные программы, которые учитывают градацию карбона, смолы, форму, размер и направление пучков карбоновых волокон, и даже место расположения в форме. Так рама становится максимально лёгкой или жесткой, или и то, и другое, но те программы и экспертиза уровня очень дорогие в использовании.  Это – и еще стоимость высоко-модульного карбона, необходимого для создания самых тяжелых  в исполнении конструкций – делает самые лучшие карбоновые велосипеды такими дорогими.

Этот узор выполняет преимущественно косметическую функцию.

Этот классический, «крест-накрест», вид карбонового волокна не имеет особо ничего общего с производительностью. Плетеный слой добавляет немного жесткости, но одна из самых его главных целей – добавить верхний слой, который предназначен для царапин и вмятин, в то время, как структурные свойства рамы или какой-то части обеспечиваются однонаправленным волокном внутри.

Он также представляет собой косметический слой, который демонстрирует мастерство строителя, поскольку идеальное соединение швов в верхнем слое может выполнить только опытный мастер. Хотя, чаще всего, производители велосипедов или отдельных частей не делают верхний тканый слой и просто оставляют  однонаправленное  волокно служить косметическим покрытием.

Все карбоновые рамы делаются вручную.

Стандартное рамо-строение чаще всего ассоциируется со сталью и титаном, но каждая карбоновая рама, колесо, руль или другие части из карбонового волокна требуют активного участия ручной работы, будь то рама от небольшого вело-производителя или производственная модель от Giant или Trek.

Отдельные пучки карбона вырезаются из листа специальной компьютеризированной техникой, но это, пожалуй, единственный автоматизированный процесс из всего производства: рамы или составляющие из карбонового композита должны быть собраны в формы точно в соответствии с графиком, этот процесс еще предстоит автоматизировать. При небольших объемах один человек  может выложить целую раму. При больших – работники создают слой для определенной части рамы, как например, область каретки, затем передают эту часть другим работникам для укладки вокруг трубы, и затем укладывают в форму для вулканизации. Даже процесс после вулканизации – когда раму достают из формы, очищают и красят – требует особого внимания. Эксперты оценивают раму или комплектующие на предмет складок в карбоне или мест, где не получилось ровно уложить слои, что может привести к неисправности.

Да, карбоновое волокно можно починить.

Существует распространенное заблуждение, что если карбоновая рама повреждена, это конец. Но как и стальные или титановые рамы, карбоновая также может подвергаться ремонту. Процесс не так сильно отличается: поврежденную часть вырезают и затем делают прокладку из нового материала, вулканизированного, отшлифованного и окрашенного в подходящий цвет. Если этим занимается эксперт, вы, вероятно, даже не найдете отличия. Но это работа для экспертов. И даже не пытайтесь ни при каких обстоятельствах делать эту работу самостоятельно.

Легко подделать внешность.

Появление карбонового волокна вызвало вспышку разнообразия стилей рамы. Можно отличить Pinarello или Specialized только по форме рамы. Но такие необычные дизайны также провоцируют активное появление фальсификата.

Относительно несложно сделать форму из имеющейся рамы (или даже из детального фото продукта). Но материалы, устройство и методы сборки могут абсолютно отличаться. Многие фальсификаторы, в отсутствие изощренных производственных возможностей, будут использовать дешевые наполнители для  имитации внешнего вида реальной вещи. Директор тестовой лаборатории Specialized, Сантьяго Моралес говорит о фальсификаторах так: «Они делают не продукцию… Это как холст, на котором нарисовано желаемое».