Ang resin ay ang unsung hero na pinagsasama-sama ang iyong carbon frame, at mahalaga rin ito sa performance
Tanungin ang karamihan sa mga kalsada kung saan ginawa ang kanilang bike frame at malamang na 'carbon' ang sagot. Tanungin ang sinumang kasangkot sa paggawa ng mga frame ng bisikleta (o iba pang mga produktong gawa mula sa woven wonder material na ito) at makakakuha ka ng mas kumplikadong sagot.
‘Sa industriya ng bisikleta karaniwan nating naririnig ang usapan tungkol sa carbon ngunit talagang napakasimple nito – isang generalisasyon, ' sabi ni Thomas Leschik, pinuno ng engineering sa German wheel manufacturer na Lightweight. 'Ito ay talagang isang matrix ng carbon fibers at epoxy resin. Ang mas tumpak na termino ay CFRP – carbon fiber reinforced plastic.’
Kaya't ang aming pinaka-kahanga-hangang kabayo ay higit pa sa mga pinalakas na plastic na bisikleta. Ito ay isang simpleng pagdadaglat, at napupunta sa isang mahabang paraan upang ipaliwanag ang kahalagahan ng mga resin - na kung saan ay ang plastic (o polimer) na bahagi ng CFRP. Mahalagang binibigyan ng dagta ang composite na materyal ng katigasan nito. Gaya ng sinabi ni Phil Dempsey ng Aprire, isang kumpanyang nagdadalubhasa sa mga carbon fiber bike, 'Ang carbon fiber ay puro tela. Mag-isa ito ay isang pirasong tela lamang.’
Pagdating sa mga paglalarawan ng produkto at ang kasamang marketing spiel, ang brand o uri ng carbon fiber (hal. Toray, T800, 65HM1K, ultra high modulus) ay regular na tinutunog bilang pangunahing tampok ng mga katangian ng tapos na produkto. Para bang wala nang ibang nilalaro, ngunit sa katunayan ang mga hibla ay bumubuo lamang ng higit sa kalahati ng materyal na frame. Ang natitira ay ang epoxy resin, na malinaw na dapat gumanap ng isang mahalagang papel sa kung paano gumaganap ang isang modernong bike. Bakit, kung gayon, bihirang banggitin ito ng marketing blurb?
Ang ABC ng CFRP
| CFRP |
Carbon Fiber Reinforced Plastic (o polymer). Ang pinagsama-samang materyal na tinutukoy sa bilang carbon o carbon fiber. |
| Gamutin |
Ang proseso ng paglalagay ng init at kadalasang pressure sa isang istraktura ng CFRP para ‘itakda’ ang resin at bigyan ng tigas ang natapos na piraso. |
| Fibre | Mga hibla ng carbon na pinagtagpi o pinagsama upang lumikha ng elementong nagpapatibay ng isang istraktura ng CFRP. Madalas na tinatawag na 'filament'. |
| Mould | Ang pisikal na bahagi sa loob at paligid kung saan inilalagay ang mga carbon fiber sheet upang gawin ang frame. |
| Ply book | Essentially isang libro ng mga niluwalhating pattern ng pananahi. Ang mga ito ay nagdedetalye kung paano pinuputol at binuo ang bawat indibidwal na piraso ng carbon fiber, at ang mga ito ang pinakamalapit na binabantayang mga lihim. |
| Pre-preg | Mga sheet ng carbon fiber thread na pinapagbinhi ng hindi nalinis na resin. |
| Resin | Isang likidong polimer na ginagamit upang pagsama-samahin ang mga hibla sa loob ng istraktura ng CFRP. |
Kaalaman sa loob
Para maunawaan ang papel na ginagampanan ng resin sa isang tapos na carbon fiber bike, kailangan nating maunawaan ang proseso ng pagmamanupaktura, at kung paano isinasama ang resin dito.
Sa esensya, mayroong dalawang uri ng pagbuo ng carbon fiber: basa at tuyo. Para sa wet manufacturing, ang isang kumpanya ay bumibili ng carbon fiber na tela na pinapagbinhi na ng resin, na kilala bilang pre-preg. Ang mga tacky sheet na ito ay inilalagay sa o sa paligid ng isang amag at pagkatapos ay pinagaling gamit ang init at presyon upang makintal ang tigas. Ang dry resin infusion manufacturing technique ay maaaring tumagal ng dalawang magkaibang anyo. Ang una ay katulad ng paraan ng paggawa ng pre-preg, na may mga gupit na hugis ng tuyong tela na inilatag sa ibabaw ng amag, na may idinagdag na dagta bilang bahagi ng proseso ng paggamot. Ang pangalawang pamamaraan, na ginagamit ng mga kumpanya tulad ng Time at BMC (kasama ang mga Impec bike nito), ay nagsasangkot ng pag-uunat ng tuluy-tuloy na tubular na parang sock na istraktura sa ibabaw ng isang amag sa isang haba. Mula rito, idinaragdag ang dagta sa ilalim ng presyon sa mga nabuo nang hugis.
Ang Giant ay ang tanging brand na gumagawa ng lahat ng sarili nitong carbon pre-preg na produkto mula sa 'spool to finish' – ibig sabihin, binibili nito ang carbon fiber nito bilang sinulid sa malalaking spool, nagdaragdag ng sarili nitong resin, at nagpapatuloy sa paggawa ng mga frame, bar, stem at accessories nito. Ang Giant, kung gayon, ay tila isang magandang kumpanya upang magtanong tungkol sa kahalagahan ng mga resin.
Ang UK product and training manager nito, si David Ward, ay nagsabi, ‘Ang aming carbon fiber filament ay direktang inihahatid mula sa Toray [ang pinakamalaking producer ng carbon fiber sa mundo] hanggang sa spool room. Mula roon ay sinulid ito sa mga habihan at hinahabi sa malalaking telang carbon sheet. Ito ay pagkatapos ng paghabi na ang dagta ay idinagdag. Ang resin ay nakaupo sa isang labangan sa itaas ng roller assembly at ipinapasa sa gumagalaw na tela, na inilapat sa mga filament sa pamamagitan ng mga roller.' Ang proseso ay simple, at ang pamamaraan na ginamit ng Giant ay halos kapareho ng ginagamit ng lahat ng mga tagagawa ng pre-preg carbon fiber. Ngunit bagaman ito ay maaaring simple sa mekanika nito, ang katumpakan, pag-uulit at kontrol ay mahalaga sa integridad ng tapos na produkto.
‘Kailangang dumaloy ang dagta sa pagitan at lagyan ng perpekto ang bawat filament,’ sabi ni Ward. ‘Ang mahusay na pamamahagi ng resin ay mahalaga sa pagkuha ng magandang pre-preg mula sa dulo ng isang linya ng produksyon.’ Idinagdag ni Dempsey sa Aprire, ‘Napakahalaga na ang resin ay dumaan sa mga layer. Kung nagkamali ka ng resin, mayroon kang basag na frame. Ito ay talagang kritikal.'
Sa kakapalan nito
‘Dahil ang resin ay bumubuo ng 40% ng isang Giant frame pagkatapos ng curing, ang resin ay isang napakahalagang bahagi,’ sabi ni Ward. ‘Kapag ito ay thermoset [nagaling], ito ay ang dagta na nagbibigay sa istraktura ng tigas.’ Bilang karagdagan sa mga pangunahing katangian ng istruktura, ang resin ay gumaganap ng isa pang mahalagang papel. Sinabi ni Dempsey, 'Kailangan mong ilipat ang mga stress mula sa isang bahagi patungo sa isa pa. Ito ay mga resin na nagbibigay-daan sa paglipat ng mga kargada sa pagitan ng mga patong ng mga hibla.’
Makakaapekto ang iba't ibang resin sa pagganap ng huling produkto. Sinabi ni Dempsey, 'Kung ang dagta ay masyadong malapot, hindi ito tatakbo sa carbon at magtatapos ka sa mga hibla na magkadikit sa isa't isa. Tamang-tama, gusto mong paghiwalayin sila.’
Pagkatapos, mayroong isyu ng compressibility, na nakakaapekto sa kapal ng mga istruktura ng carbon. 'Ang iba't ibang mga additives sa resin ay makakaapekto sa compressibility,' sabi ni Dempsey.'Maaari kang makakuha ng ibang kapal ng layer depende sa mga katangian ng dagta. Sa pangkalahatan, ang mas murang mga resin ay magiging mas makapal. Sa isang mahusay na dagta, ang mga carbon fibers ay maaaring magkahiwalay ng mga micron. Nagbibigay iyon sa iyo ng mas manipis na pader para sa parehong mga katangian ng lakas, ibig sabihin ay mas magaan na frame. Ang mas murang resin ay nag-iiwan ng mas maraming materyal sa pagitan ng mga hibla at mga layer.’
Habang ang Giant ay gumagawa ng ganap na in-house, nakagawa ito ng sarili nitong mga resin. Sabi ni Ward, 'Nasa ikatlong henerasyon na tayo ng resin development ngayon. Ang mas maliliit na detalye ng proseso ng paghubog at paggamot ay nakasalalay sa mga katangian ng resin – ang temperatura nito ay bumababa at ang oras ng paggagamot.’ Dahil sa malawak na hanay ng presyo ng mga produktong carbon nito, ang Giant ay gumagamit ng dalawang uri ng resin. 'Ang aming karaniwang resin ay ginagamit sa lahat ng mga linya ng produkto maliban sa mga produkto ng Advanced SL,' sabi ni Ward. 'Para sa Advanced SL, gumagamit kami ng nanotechnology additive. Pinapataas ng mga nanoparticle ang impact resistance ng aming mga frame nang 18% nang walang negatibong epekto sa paninigas o bigat. Pero mas malaki ang gastos nila.’
Ang karagdagang byproduct ng mga particle ay pinahusay na wall compaction sa panahon ng paggamot. 'Pinapayagan ng mga nanoparticle ang dagta na punan ang mga micro voids sa lay-up. Ang dagta ay talagang dumadaloy nang mas mahusay, na binabawasan ang potensyal para sa mga void at binabawasan ang kapal ng pader, ' dagdag ni Ward.
Ang papel ng resin sa pagbawas ng void ay isang mahalagang punto sa integridad ng istruktura ng isang frame, gaya ng ipinaliwanag ni Dempsey. 'Ang mga voids sa dagta ay mga butas na mangongolekta ng stress,' sabi niya. 'Ito ay mga potensyal na punto ng pagkabigo, at ang mga void ay nabigo sa pamamagitan ng paghihiwalay habang ang mga layer ay nagdelaminate. Maaari ka pa ring makakuha ng delamination nang walang voids, ngunit gusto mong maghangad ng kaunting air pockets sa composite.’
Bilang karagdagan sa paglilipat ng load, kapal ng pader at katatagan, maaaring magkaroon ng epekto ang mga resin sa pagsakay ng bike. Sinabi ni Dempsey, 'Mula sa isang simpleng punto ng view, maaari mong isipin ang mga resin bilang isang two-pack na Araldite style na produkto na may resin at hardener. Ang dami ng hardener na ginamit sa isang ibinigay na dagta ay maaaring magkaroon ng malaking epekto sa kalidad ng biyahe. Para sa isang magandang frame ng bike, kailangan mo ng ilang pagbaluktot sa loob ng isang cured resin upang payagan ang paglipat ng mga stress sa pagitan ng mga layer ng carbon fiber. Makukuha mo ito sa pamamagitan ng paggamit ng mas matibay na resin na may mas kaunting hardener. Ang matatalinong taga-disenyo ay maaaring makakuha ng mas stiffer o higit pang naaayon na istraktura para sa isang partikular na timbang. Hindi ka maaaring umasa sa isang dagta para sa paninigas ngunit, bilang isang inhinyero, kailangan mong malaman ang mga potensyal na katangian na maidaragdag ng dagta sa isang tapos na istraktura.’
Malinaw na mahalaga ang mga resin sa kalidad ng natapos na frame, kaya bumalik tayo sa tanong kung bakit kakaunti lang ang naririnig natin tungkol sa mga ito.
‘Ang resin ay isang allower, hindi isang feature driver,’ sabi ni Dempsey. Binibigyang-daan kami ng resin na pagsama-samahin ang iba't ibang mga layer ng carbon fiber - halimbawa T700 hanggang T800 - upang magamit ang magkakaibang katangian ng mga hibla na naroroon sa amin. Napakahirap ibenta, at napakahirap paikutin, ngunit hindi dapat maliitin ang papel na ginagampanan nila.’
Giant's David Ward nang mas maikli: 'Ang mga resin ay pandikit lamang. Hindi lang sila sexy.’
Ang init ng sandali
Dahil karamihan sa mga manufacturer ng bike ay gumagamit ng pre-preg carbon, ang kanilang mga pagpipilian ay limitado sa mga tuntunin ng paggamit ng resin upang makaapekto sa performance ng isang frame. Ngunit hindi nito pinipigilan ang mga tao na maghanap ng mga bagong direksyon, o mula sa pagtulak sa mga kumpanya ng resin at pre-preg na gumawa ng iba't ibang produkto.
Sabi ni Dempsey, ‘Nagsusumikap kaming makakuha ng mga kasosyo na gumawa ng resin na hindi lumalabas sa temperatura ng kuwarto. Ang isang naglilimita na kadahilanan sa disenyo ay na sa sandaling kumuha ka ng pre-preg mula sa malamig na imbakan nito, magsisimula itong mag-air cure. Ito ay hindi kailanman magiging ganap na matigas sa labas ng curing oven, ngunit ito ay "aalis". Ang isang pre-preg na nagbigay-daan sa amin na gumamit ng isang mas kumplikadong proseso ng lay-up, at bumuo ng aming ply book [tingnan ang glossary, kaliwa] sa antas na gusto namin, ay magbibigay-daan sa amin na makakuha ng higit pa mula sa aming huling resulta. Magiging napakatalino iyon para sa amin.’
Ang isang lugar kung saan malaki ang bahagi ng resins ay sa paggawa ng carbon wheel. Narito ang mga resin ay susi, hindi lamang sa integridad ng istruktura at katigasan ng gulong, kundi pati na rin sa pagganap ng pagpepreno.
Lightweight's Leschik ay nagsabi, 'Ang pinakamahinang punto ng isang resin ay ang pag-uugali ng temperatura nito. Karamihan sa mga resin ay may mga problema na higit sa 150°C. Sa nakalipas na 10 taon, tinaasan namin ng tatlong beses ang paglaban sa temperatura ng aming mga resin.’
Halos lahat ng siklista ay makakarinig ng nakakatakot na kuwento tungkol sa isang carbon wheel na nabigo sa mahabang pagbaba dahil sa init, ngunit ano ba talaga ang nangyayari kapag nakasalubong ng brake pad ang rim? Sinabi ni Leschik, 'Ang Tribology ay ang agham at engineering ng mga nakikipag-ugnayan na mga ibabaw sa relatibong paggalaw. Kabilang dito ang pag-aaral at aplikasyon ng mga prinsipyo ng friction, lubrication at wear. Ang pagpepreno sa isang CFRP rim na may mga rubber brake pad sa basa o tuyo na mga kondisyon ay isa sa gayong tribological system. Ang pag-optimize ng system na ito para sa mahusay na performance ng preno ay hindi posible nang walang mga resin na lumalaban sa mataas na temperatura.’
Tulad ng pagganap ng frame, ito ay mga additives sa mga resin na nagdaragdag sa paglaban sa init, at sa presyo. Ang isang naturang additive ay isang ceramic - silica. Habang si Aprire ay hindi gumagawa ng mga gulong, naiintindihan ni Dempsey ang proseso: 'Ang mga resin ay gumagawa ng napakalaking pagkakaiba sa isang istraktura ng carbon rim. Halimbawa, ang pagdaragdag ng silica ay nakakakuha ng malaking halaga ng init mula sa katawan ng istraktura at nagbibigay-daan sa airflow na palamig ang rim nang mas mahusay kaysa sa karaniwang CFRP rim. Ang tanso ay magiging isang mahusay na additive dahil mayroon itong kapasidad na kumuha ng malaking halaga ng init, ngunit may potensyal para sa sulfur na tumagas sa resin kung ang kahalumigmigan ay nakapasok sa anumang mga micro crack. Ito ay hahantong sa halos tiyak na delamination. Ang mga heat sink - mga meshes sa loob ng resin - ay may malaking potensyal. Maaaring dumating ang teknolohiyang ito.’
Ang Lightweight's Leschik ay mayroon ding malaking pananampalataya sa mga pagpapaunlad ng resin: 'Tinitingnan namin ang pag-optimize ng mga rim-braking rim. Sa mga matatalinong resin, sigurado kaming mabibigyan namin ang rider ng parehong performance ng preno gaya ng mga disc na walang dagdag na gramo ng timbang.’
Ang mahirap na katotohanan
Malinaw na ang resin ay isang unsung hero ng proseso ng paggawa ng bike. Maaari itong makaapekto sa higpit, katatagan, timbang, kaligtasan at presyo ng mga produktong carbon fiber, kaya maaari ba nating asahan ang mga tagagawa na magsisimulang mag-wax ng liriko tungkol sa mga kababalaghan ng kanilang malagkit na bagay? Malamang na hindi, dahil isa pa rin itong bahagi ng isang kumplikadong sistema. Ang de-kalidad na resin ay hindi makakabawi sa hindi magandang kalidad na carbon fiber o hindi inspiradong mga diskarte sa pagtatayo. Gaya ng sinabi ng Lightweight's Leschik, ‘Pareho lang ito sa bawat oras: para magluto ng masarap na cake kailangan mo ng mga tamang sangkap sa tamang ratio, ginawang maayos.’
Carbon jargon: Ano ang ibig sabihin ng lahat ng ito?
