Resin ialah wira tidak didendang yang menyatukan rangka karbon anda dan ia sama pentingnya dengan prestasi
Tanya kebanyakan roady dari apa rangka basikal mereka dibuat dan jawapannya mungkin 'karbon'. Tanya sesiapa sahaja yang terlibat dalam membuat bingkai basikal (atau sememangnya produk lain yang diperbuat daripada bahan tenunan ajaib ini) dan anda akan mendapat jawapan yang lebih kompleks.
‘Dalam industri basikal kita biasanya mendengar cakap-cakap tentang karbon tetapi sebenarnya itu terlalu mudah – satu generalisasi,’ kata Thomas Leschik, ketua kejuruteraan di pengeluar roda Lightweight Jerman. 'Ia sebenarnya adalah matriks gentian karbon dan resin epoksi. Istilah yang lebih tepat ialah CFRP – plastik bertetulang gentian karbon.’
Jadi kuda tunggangan kami yang sangat diidam-idamkan adalah lebih daripada basikal plastik yang diperkukuh. Ia adalah singkatan yang mudah, dan menjelaskan kepentingan resin - yang merupakan bahagian plastik (atau polimer) CFRP. Pada asasnya resin memberikan bahan komposit ketegarannya. Seperti yang dikatakan oleh Phil Dempsey dari Aprire, sebuah syarikat yang mengkhusus dalam basikal gentian karbon, 'Serat karbon adalah kain semata-mata. Hanya sehelai kain sahaja.’
Mengenai perihalan produk dan spiel pemasaran yang disertakan, jenama atau jenis gentian karbon (cth Toray, T800, 65HM1K, modulus ultra tinggi) secara rutin digembar-gemburkan sebagai ciri asas ciri produk siap. Seolah-olah tiada apa-apa lagi yang bermain, tetapi sebenarnya gentian membentuk lebih separuh daripada bahan bingkai. Selebihnya ialah resin epoksi, yang jelas mesti memainkan peranan penting dalam prestasi basikal moden. Jadi, mengapakah blurb pemasaran jarang menyebutnya?
ABC CFRP
| CFRP |
Plastik Bertetulang Gentian Karbon (atau polimer). Bahan komposit yang dirujuk untuk sebagai karbon atau serat karbon. |
| Menyembuhkan |
Proses mengenakan haba dan selalunya tekanan pada struktur CFRP untuk ‘menetapkan’ resin dan berikan ketegaran pada bahagian siap. |
| Serat | Helai karbon yang dianyam atau dirajut bersama untuk mencipta elemen pengukuhan struktur CFRP. Selalunya dipanggil 'filamen'. |
| Acuan | Komponen fizikal di dalam dan di sekeliling kepingan gentian karbon diletakkan untuk mencipta bingkai. |
| Buku lapis | Pada asasnya buku corak jahitan yang dimuliakan. Ini memperincikan cara setiap bahagian gentian karbon dipotong dan dipasang, dan ia adalah rahsia yang paling terpelihara. |
| Pra-preg | Lembaran benang gentian karbon yang diresapi dengan resin yang tidak diawet. |
| Resin | Polimer cecair yang digunakan untuk mengikat gentian bersama dalam struktur CFRP. |
Pengetahuan orang dalam
Untuk memahami peranan resin dalam basikal gentian karbon siap, kita perlu memahami proses pembuatan dan cara resin dimasukkan ke dalamnya.
Pada dasarnya terdapat dua jenis pembinaan gentian karbon: basah dan kering. Untuk pembuatan basah, sebuah syarikat membeli kain gentian karbon yang telah diresapi dengan resin, yang dikenali sebagai pra-preg. Lembaran norak ini diletakkan di dalam atau di sekeliling acuan dan kemudian diawet menggunakan haba dan tekanan untuk menanamkan ketegaran. Teknik pembuatan infusi resin kering boleh mengambil dua bentuk berbeza. Yang pertama adalah serupa dengan cara pembuatan pra-preg berlaku, dengan bentuk potongan kain kering diletakkan di atas acuan, dengan resin ditambah sebagai sebahagian daripada proses pengawetan. Teknik kedua, yang digunakan oleh syarikat seperti Time dan BMC (dengan basikal Impecnya), melibatkan regangan struktur seperti stokin tiub berterusan di atas acuan dalam satu panjang. Dari sini, resin ditambah di bawah tekanan pada bentuk yang telah terbentuk.
Giant ialah satu-satunya jenama yang mengeluarkan semua produk pra-preg karbonnya sendiri dari 'spool hingga finish' – iaitu ia membeli gentian karbonnya sebagai benang pada gelendong besar, menambah resinnya sendiri dan terus mengeluarkan bingkai, bar, batang dan aksesorinya. Oleh itu, Giant kelihatan seperti syarikat yang baik untuk bertanya tentang kepentingan resin.
Pengurus produk dan latihan UK, David Ward, berkata, 'Filamen gentian karbon kami dihantar terus dari Toray [pengeluar gentian karbon terbesar di dunia] ke bilik kili. Dari sana ia diulirkan ke alat tenun dan ditenun menjadi kepingan kain karbon yang besar. Ia adalah selepas menganyam bahawa resin ditambah. Resin terletak di dalam palung di atas pemasangan penggelek dan disalurkan ke atas kain yang bergerak, disapu pada filamen melalui penggelek.' Prosesnya adalah mudah, dan teknik yang digunakan oleh Giant adalah hampir sama dengan yang digunakan oleh semua pengeluar gentian karbon pra-preg. Tetapi walaupun ia mungkin mudah dalam mekaniknya, ketepatan, kebolehulangan dan kawalan adalah penting untuk integriti produk siap.
‘Resin perlu mengalir di antara dan menyaluti setiap filamen dengan sempurna,’ kata Ward. ‘Pengagihan resin yang baik adalah penting untuk mendapatkan pra-preg yang baik daripada penghujung barisan pengeluaran.’ Dempsey di Aprire menambah, ‘Adalah sangat penting bahawa resin melalui lapisan. Jika anda mendapat resin yang salah, anda mempunyai bingkai yang retak. Ia benar-benar kritikal.’
Di tengah-tengahnya
‘Oleh kerana resin membentuk 40% daripada bingkai Giant selepas pengawetan, resin adalah bahagian yang sangat penting,’ kata Ward. ‘Apabila termoset [sembuh], resinlah yang memberikan ketegaran struktur.’ Selain sifat struktur asas, resin memainkan satu lagi peranan penting. Dempsey berkata, 'Anda perlu memindahkan tekanan dari satu bahagian ke bahagian yang lain. Ia adalah resin yang membolehkan pemindahan beban antara lapisan gentian.’
Resin yang berbeza akan menjejaskan prestasi produk akhir. Dempsey berkata, 'Jika resin terlalu likat, ia tidak akan mengalir melalui karbon dan anda berakhir dengan gentian yang menyentuh satu sama lain. Sebaik-baiknya anda mahu mereka dipisahkan dengan teliti.’
Kemudian terdapat isu kebolehmampatan, yang mempengaruhi ketebalan struktur karbon. 'Aditif yang berbeza dalam resin akan menjejaskan kebolehmampatan,' kata Dempsey.'Anda boleh mendapatkan ketebalan lapisan yang berbeza bergantung pada ciri resin. Secara amnya, resin yang lebih murah akan menjadi lebih tebal. Dengan resin yang baik, gentian karbon boleh dipisahkan dengan mikron. Itu memberi anda dinding yang lebih nipis untuk kualiti kekuatan yang sama, bermakna bingkai yang lebih ringan. Resin yang lebih murah meninggalkan lebih banyak bahan antara gentian dan lapisan.’
Sebagaimana Giant mengeluarkan sepenuhnya secara dalaman, ia telah dapat menghasilkan resinnya sendiri. Ward berkata, 'Kami kini dalam pembangunan resin generasi ketiga kami. Butiran yang lebih kecil tentang proses pengacuan dan pengawetan semuanya bergantung kepada sifat resin – suhu ia padam dan masa penyembuhan diambil.’ Disebabkan julat harga produk karbonnya yang luas, Giant menggunakan dua jenis resin. 'Resin standard kami digunakan pada semua barisan produk kecuali produk Advanced SL,' kata Ward. 'Untuk Advanced SL, kami menggunakan bahan tambahan nanoteknologi. Nanozarah meningkatkan rintangan hentaman bingkai kami sebanyak 18% tanpa kesan negatif pada kekakuan atau berat. Kosnya jauh lebih tinggi.’
Hasil sampingan tambahan bagi zarah ialah pemadatan dinding yang dipertingkatkan semasa pengawetan. 'Nanopartikel membenarkan resin mengisi kekosongan mikro dalam lay-up. Resin sebenarnya mengalir lebih baik, mengurangkan potensi lompang dan mengurangkan ketebalan dinding, ' tambah Ward.
Peranan resin dalam pengurangan lompang ialah titik penting dalam keutuhan struktur bingkai, seperti yang dijelaskan oleh Dempsey. 'Lompang dalam resin adalah lubang yang akan mengumpul tekanan, ' katanya. 'Ini adalah titik kegagalan yang berpotensi, dan lompang gagal dengan bertiup apabila lapisan delaminate. Anda masih boleh mendapatkan delaminasi tanpa lompang, tetapi anda ingin menyasarkan poket udara minimum dalam komposit.’
Selain pemindahan beban, ketebalan dinding dan keteguhan, resin boleh memberi kesan pada tunggangan basikal. Dempsey berkata, 'Dari sudut pandangan yang mudah, anda boleh menganggap resin sebagai produk gaya Araldite dua pek dengan resin dan pengeras. Kuantiti pengeras yang digunakan dengan resin tertentu boleh memberi kesan yang besar pada kualiti tunggangan. Untuk rangka basikal yang baik, anda memerlukan sedikit kelenturan dalam resin yang diawet untuk membolehkan pemindahan tegasan antara lapisan gentian karbon. Anda boleh mendapatkannya dengan menggunakan resin yang lebih kuat dengan kurang pengeras. Pereka yang bijak boleh mendapatkan struktur yang lebih kaku atau lebih sesuai untuk berat tertentu. Anda tidak boleh bergantung pada resin untuk kekakuan tetapi, sebagai seorang jurutera, anda perlu sedar tentang potensi sifat yang boleh ditambah oleh resin pada struktur siap.’
Resin jelas penting untuk kualiti bingkai siap, jadi kita kembali kepada persoalan mengapa kita mendengar begitu sedikit tentangnya.
‘Resin adalah pemboleh, bukan pemacu ciri,’ kata Dempsey. 'Resin membolehkan kita mengikat lapisan gentian karbon yang berbeza bersama-sama - contohnya T700 hingga T800 - untuk menggunakan sifat berbeza yang terdapat gentian kepada kita. Ia sukar dijual, dan sangat sukar untuk berputar, tetapi peranan yang mereka mainkan tidak boleh dipandang remeh.’
David Ward dari Giant menyatakannya dengan lebih ringkas: ‘Resin hanyalah gam. Mereka tidak seksi.’
Kepanasan saat ini
Memandangkan kebanyakan pengeluar basikal menggunakan karbon pra-preg, pilihan mereka terhad dari segi penggunaan resin untuk menjejaskan prestasi bingkai. Tetapi itu tidak menghalang orang ramai mencari arah baharu atau daripada mendorong syarikat resin dan pra-preg untuk menghasilkan produk yang berbeza.
Dempsey berkata, ‘Kami sedang berusaha untuk mendapatkan rakan kongsi menghasilkan resin yang tidak padam pada suhu bilik. Satu faktor yang mengehadkan dengan reka bentuk ialah sebaik sahaja anda mengambil pra-preg dari simpanan sejuknya, ia mula menyembuhkan udara. Ia tidak akan menjadi keras sepenuhnya di luar ketuhar pengawetan, tetapi ia akan "meletus". Pra-preg yang membolehkan kami menggunakan proses susun atur yang lebih kompleks, dan membangunkan buku lapis kami [lihat glosari, kiri] ke tahap yang kami mahu, akan membolehkan kami memperoleh lebih banyak daripada hasil akhir kami. Itu sangat bagus untuk kami.’
Satu bidang di mana resin memainkan peranan yang besar ialah dalam pembuatan roda karbon. Di sini resin adalah kunci, bukan sahaja kepada integriti struktur dan kekukuhan roda, tetapi juga kepada prestasi brek.
Leschik dari Lightweight berkata, ‘Titik paling lemah resin ialah kelakuan suhunya. Kebanyakan resin mempunyai masalah melebihi 150°C. Sepanjang 10 tahun yang lalu, kami telah meningkatkan rintangan suhu resin kami tiga kali ganda.’
Hampir setiap penunggang basikal pasti pernah mendengar cerita seram tentang roda karbon yang gagal menuruni jarak jauh akibat terkumpul haba, tetapi apa sebenarnya yang berlaku apabila pad brek bertemu rim? Leschik berkata, 'Tribologi ialah sains dan kejuruteraan permukaan yang berinteraksi dalam gerakan relatif. Ia termasuk kajian dan penggunaan prinsip geseran, pelinciran dan haus. Brek pada rim CFRP dengan pad brek getah dalam keadaan basah atau kering ialah satu sistem tribologi sedemikian. Pengoptimuman sistem ini untuk prestasi brek yang baik tidak mungkin dilakukan tanpa resin tahan suhu tinggi.’
Seperti prestasi bingkai, bahan tambahan dalam resin yang menambah ketahanan haba dan harga. Satu bahan tambahan itu ialah seramik - silika. Walaupun Aprire tidak membuat roda, Dempsey memahami prosesnya: 'Resin membuat perbezaan besar dalam struktur rim karbon. Sebagai contoh, menambah silika menghilangkan sejumlah besar haba daripada badan struktur dan membolehkan aliran udara menyejukkan rim jauh lebih baik berbanding dengan rim CFRP standard. Kuprum akan menjadi bahan tambahan yang hebat kerana ia mempunyai kapasiti untuk menarik sejumlah besar haba, tetapi terdapat potensi untuk sulfur meresap ke dalam resin jika kelembapan masuk melalui sebarang retakan mikro. Ini akan membawa kepada delaminasi yang hampir pasti. Sinki haba – jerat dalam resin – mempunyai potensi yang besar. Teknologi ini mungkin datang.’
Leschik Lightweight juga mempunyai kepercayaan besar dalam perkembangan resin: ‘Kami sedang melihat pada pengoptimuman rim brek rim. Dengan resin pintar, kami pasti kami boleh memberikan penunggang prestasi brek yang sama seperti cakera tanpa satu gram tambahan berat.’
Kebenaran yang pahit
Jelas bahawa resin ialah wira yang tidak didendang dalam proses pembinaan basikal. Ia boleh menjejaskan kekakuan, keteguhan, berat, keselamatan dan harga produk gentian karbon, jadi bolehkah kita menjangkakan pengeluar untuk mula menulis lirik tentang keajaiban bahan melekit mereka? Mungkin tidak, kerana ia masih hanya satu bahagian daripada sistem yang kompleks. Resin berkualiti tinggi tidak akan menggantikan gentian karbon berkualiti rendah atau teknik pembinaan yang tidak diilhamkan. Seperti yang dikatakan oleh Leschik Lightweight, ‘Ia adalah sama setiap kali: untuk memasak kek yang enak, anda memerlukan bahan yang betul dalam nisbah yang betul, dibuat dengan baik.’
Jergon karbon: Apakah maksud semuanya?
