|
Важно знать, что внутри.
Сегодня каждый из нас сталкивается с высокотехнологичными материалами и первым, что всплывает в памяти это понятие карбон (углеродистое волокно). Углеродистое волокно используется во многих сферах производства спортивных товаров, но зачастую они сделаны без соблюдения правил производства и не достойны, носить имя компонентов Hi-end класса. Во многих случаях карбон используется только, как маркетинговый трюк. В результате чего потребители могут найти огромное количество различных типов карбоновых продуктов, которые внешне выглядят одинаково, но имеют достаточно широкий диапазон качества. Очень хорошим примером является производство карбоновых велосипедных рам, где использование карбона позволяет освободить производителей от традиционного метода создания металлических рам, сварки и пайки труб.
При использовании карбона в создании велосипедных рам и компонентов, производитель должен соблюдать определенные требования производства, а также вес конструкции должен находиться в допустимых рамках. Чтобы сделать правильный выбор и иметь качественный, надежный, эффективный продукт из карбона, необходимо понимать, из чего он состоит. Так позвольте нам провести небольшой ликбез, что же такое карбон и с чем его едят.
 
Техника и технологии.
Когда заходит разговор о композитных материалах, подразумевается, что материал состоит из двух или более компонентов. В отличие от металлов, композиты могут иметь структуру гораздо сложнее и при достижении конечной стадии продукта, становиться невозможным, отделить первоначальные компоненты. Примером композитного материала может служить соединение волокон и смолы (матрицы), которая связывает эти волокна. Задача смолы состоит в том, чтобы поддерживать волокна в заданном положении, другими словами, смола поддерживает форму, а волокна обеспечивают механические характеристики.
Существуют множество методов производства, как углеродистого волокна, так и различных смол. Углеродистые волокна производят из полимеров путем очищения (полимер - вещество с большой молекулярной массой, молекулы которого (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев), по происхождению полимеры подразделяются на природные и синтетические). Они могут быть однонаправленными, сплетенными или трехмерными (вложенные в полимерную матрицу). 
Когда вы говорите о карбоновых полимерах, то должны знать технологию его производства. (карбон - производный от полиакрилонитрила - линейный полимер акрилонитрила, аморфное вещество белого цвета не размягчается почти до 230 С). Для очистки данного материала применяется много методов, один из которых нагревание в промышленных печах до огромных температур (пиролиз- необратимый термический процесс разложения веществ без окисления), а затем подвергают давлению и растяжению, чтобы создать волокна приблизительного одного размера 1 микрон в диаметре (данные волокна имеют чрезвычайно высокую осевую силу).
Эпоксидные смолы используются двух типов: термопласты и реактопласты. Термопласты все еще находятся в стадии разработки из-за их высокой стоимости. Чаще всего используют смолы реактопласты, которыми пропитывают углеродистые волокна, а после подвергают нагреванию. Процесс, когда волокно и смолу соединяют в матрице, называют полимеризацией.
Главной задачей инженера в создании эффективной конструкции из карбона, состоит в том, чтобы правильно использовать особенности однонаправленных карбоновых волокон, которые сопротивляются скручиванию только по оси, и правильно расположить их, в этом и кроется основа поведения структуры композитных материалов. С помощью композитов, вы можете придать трубе или любой другой структуре необходимые вам характеристики. У инженеров появилась уникальная возможность увеличивать торсионную жесткость или наоборот придавать мягкости на изгибе или комбинировать эти два свойства. Инженер определяет характеристики структуры, а не материал (анизотропия), при работе с металлом такое невозможно (анизотропия - зависимость физических свойств вещества от направления (в противоположность изотропии - независимости свойств от направления).
Простой пример: пластинка слюды легко расщепляется на тонкие листочки только вдоль определённой плоскости (параллельно этой плоскости силы сцепления между частицами слюды наименьшие); мясо легче режется вдоль волокон, хлопчатобумажная ткань легко разрывается вдоль нитки (в этих направлениях прочность ткани наименьшая). Благодаря своим характеристикам карбон заявил о себе и стал активно использоваться в создании велосипедных рам и компонентов.
Помимо очевидной важности качества углеродистых материалов, необходимо соблюдать технологию производства. Лучший метод изготовления высококачественных карбоновых компонентов возможен только в духовке автоклава (камера для пропитки под давлением, с предварительным удалением влаги путем создания вакуума), только так можно создать идеальные условия производства. Применение автоклава необходимо на этапе полимеризация - стадии формовки. Другой распространенный метод создания карбоновых компонентов при помощи разогретого пресса. Фундаментальное различие этих двух используемых методов состоит в том, что в автоклаве давление распределяется по всей форме одинаково когда, как в случае с горячей прессовкой температура и давление неизбежно изменяются вдоль оси пресса. Подводя итог, становится ясно, что характеристики карбоновых изделий зависят от двух основополагающих факторов:
1. Сложность формы
2. Толщина углеродистого волокна (является переменной в каждой определенной зоне рамы).
Монокок.
Возможно вам уже знакомо такое понятие, как монокок, но оно также требует разъяснений. Monocoque – монокок, термин происходит из аэрокосмической промышленности, а также кольцевых гонок Формула 1 и обозначает тип корпуса, имеющий цельную форму, располагающегося отдельно от шасси. Когда в производители велосипедных рам говорят о форме компонента типа монокок, это означает, что компонент сделан из углеродистого волокна за один цикл полимеризации и является единым целым. Признаком компонентов сделанных по технологии монокок стали безопасность и высшие показатели эффективности.
Colnago – законодатели карбоновой моды в велоспорте. .
В начале 80-х, в поисках альтернативных методов создания велосипедных рам Эрнесто Колнаго начинает активно сотрудничать с доктором Джузеппе Сала из Аэрокосмического Инженерного Департамента при Миланском Политехническом Институте и Лабораторией Исследования и Развития ATR, совместно они оптимизируют распределение положения волокон в пределах матрицы, используя метод Конечного Анализа (FEA). Такое сотрудничество позволяет Colnago находить слабые места в конструкции рамы и устранять их.  
В то время использование композитных материалов считали очень смелым решением, но уже тогда, обладая небольшими знаниями понимали, что будущее за композитами так, как карбоновые конструкции обладали высокой жесткостью и легким весом.
Самыми передовыми технологиями на тот момент обладали инженеры и ученые двух направлений: космические исследования и Формула 1. Так как Эрнесто Колнаго и Энцо Феррари были большими друзьями, то их дружба не могла не дать определенных плодов. «Однажды я обсуждал композитные материалы с Энцо Феррари», вспоминал Эрнесто Колнаго, « и он предложил мне поработать с его командой инженеров над созданием велосипедной рамы из углеродистого волокна, воплотив в ней все то, в чем нуждались гонщики - жесткость и стабильность». С этого момента началось многолетние сотрудничество Colnago c Ferrari Engineering.
От первой идеи создания карбонового велосипеда до появления на свет первого образца, прошло не мало времени. Эрнесто Колнаго хотел гарантировать, что новый материал будет иметь соответствующий уровень безопасности и качества. После многочисленных экспериментов с Ferrari Engineering в 1985 все материалы были собраны и проанализированы. Первый опытный образец увидел свет в 1986 и был создан усилиями Colnago, Ferrari Engineering, а также партнерами по цеху компанией ATR, (ATR - владеет фабрикой специализирующейся на производстве карбоновых волокон). C выбором ATR Colnago не ошибся, спустя 20 лет ATR является основным поставщиком карбоновых компонентов для Porsche, Aprilia, Ducati, Renault, Minardi, Agusta, Ferrari, Maserati, Lamborghini, а также Colnago.
В 1989году Colnago официально представляет первый карбоновый велосипед С35, затем последовала модель Carbitubo и в 1993 году свет увидела модель С40. За свои 10 лет С40 выиграл почти 1000 профессиональных соревнований и это произошло до того момента, как карбоновые рамы стали популярны во всем мире. Результатами научно-исследовательской работы за последние 10 лет стали модели, С50, с узлами сделанными по технологии монокок и профилированными трубами, сейчас эта модель производится для профессионалов и любителей в равной степени, а также модель Anniversary, выпущенная к юбилею компании Colnagо. Anniversary смешивает науку и искусство, это – монококовый передний треугольник, задний треугольник B-stay с перьями High Power.
Применение технологии монокок, стало возможным благодаря прочному сотрудничеству Colnago, Ferrari и ATR. Карбоновые вилки, задний треугольник B-stay велосипедов Colnago СF5, CF4 и CF3, сделанных для Ferrari делаются исключительно с применением монокока. по материалам veloirk
|
