Chuỗi và keo: Xem xét kỹ hơn về nhựa thông

Mục lục:

Chuỗi và keo: Xem xét kỹ hơn về nhựa thông
Chuỗi và keo: Xem xét kỹ hơn về nhựa thông

Video: Chuỗi và keo: Xem xét kỹ hơn về nhựa thông

Video: Chuỗi và keo: Xem xét kỹ hơn về nhựa thông
Video: Hàng Trăm Người Dân Kéo Đi Xem Heo Đ,ẻ Ra 8 Đứa Be' Trai 2024, Tháng Ba
Anonim

Resin là người hùng thầm lặng giữ khung carbon của bạn lại với nhau và nó cũng rất quan trọng đối với hiệu suất

Hỏi hầu hết những người đi đường bộ xem khung xe đạp của họ được làm từ gì và câu trả lời có thể sẽ là "carbon". Hãy hỏi bất kỳ ai có liên quan đến việc chế tạo khung xe đạp (hoặc thực sự là các sản phẩm khác được làm từ chất liệu dệt kỳ diệu này) và bạn sẽ nhận được câu trả lời phức tạp hơn.

‘Trong ngành công nghiệp xe đạp, chúng ta thường nghe nói đến carbon nhưng thực sự điều đó quá đơn giản - một sự tổng quát hóa,’ Thomas Leschik, trưởng bộ phận kỹ thuật của nhà sản xuất bánh xe Lightweight của Đức cho biết. Nó thực sự là một ma trận của sợi carbon và nhựa epoxy. Thuật ngữ chính xác hơn là CFRP - nhựa gia cố bằng sợi carbon.’

Vì vậy, chiến mã rất được thèm muốn của chúng tôi chỉ hơn những chiếc xe đạp nhựa cường lực. Đó là một từ viết tắt đơn giản và đi một chặng đường dài để giải thích tầm quan trọng của nhựa - là một phần nhựa (hoặc polyme) của CFRP. Về cơ bản, nhựa cung cấp cho vật liệu composite độ cứng của nó. Như Phil Dempsey của Aprire, một công ty chuyên sản xuất xe đạp bằng sợi carbon, đã nói: ‘Sợi carbon hoàn toàn là một loại vải. Một mình nó chỉ là một mảnh vải.’

Hình ảnh
Hình ảnh

Khi nói đến mô tả sản phẩm và tiêu đề tiếp thị đi kèm, nhãn hiệu hoặc loại sợi carbon (ví dụ: Toray, T800, 65HM1K, mô-đun cực cao) thường được nhắc đến như một đặc điểm cơ bản về đặc tính của thành phẩm. Cứ như thể không có gì khác trong trò chơi, nhưng trên thực tế, các sợi chỉ chiếm hơn một nửa vật liệu khung. Phần còn lại là nhựa epoxy, rõ ràng phải đóng một vai trò quan trọng trong cách một chiếc xe đạp hiện đại hoạt động. Vậy tại sao câu chuyện quảng cáo tiếp thị hiếm khi đề cập đến nó?

ABC của CFRP

CFRP

Nhựa gia cố bằng sợi carbon (hoặc polyme). Vật liệu composite được gọi là

thành carbon hoặc sợi carbon.

Chữa

Quá trình áp dụng nhiệt và thường xuyên áp suất lên cấu trúc CFRP để 'thiết lập'

nhựa và đủ độ cứng cho thành phẩm.

Sợi Các sợi carbon được dệt hoặc đan lại với nhau để tạo thành phần gia cố của cấu trúc CFRP. Thường được gọi là "filaments".
Khuôn Thành phần vật lý trong và xung quanh các tấm sợi carbon được đặt để tạo ra khung.
Ply book Về cơ bản là một cuốn sách về các mẫu may được tôn vinh. Những chi tiết này về cách từng mảnh sợi carbon được cắt và lắp ráp, và chúng là những bí mật được bảo vệ kỹ lưỡng nhất.
Trước khi mang thai Tấm sợi carbon ngâm tẩm nhựa không nung.
Nhựa Một polyme lỏng được sử dụng để liên kết các sợi với nhau trong cấu trúc CFRP.

Kiến thức nội bộ

Để hiểu vai trò của nhựa trong một chiếc xe đạp hoàn thiện bằng sợi carbon, chúng ta cần hiểu quy trình sản xuất và cách nhựa được kết hợp vào nó.

Về bản chất có hai loại cấu tạo từ sợi carbon: ướt và khô. Đối với sản xuất ướt, một công ty mua vải sợi carbon đã được ngâm tẩm với nhựa thông, được gọi là pre-preg. Các tấm dính này được đặt lên hoặc xung quanh khuôn và sau đó được xử lý bằng nhiệt và áp suất để tạo độ cứng. Kỹ thuật sản xuất dịch truyền nhựa khô có thể có hai dạng khác nhau. Cách thứ nhất tương tự như cách sản xuất trước khi mang thai diễn ra, với các hình cắt vải khô đặt trên khuôn, với nhựa thông được thêm vào như một phần của quá trình đóng rắn. Kỹ thuật thứ hai, được sử dụng bởi các công ty như Time và BMC (với xe đạp Impec của họ), liên quan đến việc kéo căng một cấu trúc giống như chiếc vớ hình ống liên tục trên một khuôn theo một chiều dài. Từ đây, nhựa được thêm vào dưới áp lực để tạo thành các hình dạng đã được định hình sẵn.

Giant là thương hiệu duy nhất sản xuất tất cả các sản phẩm pre-preg carbon của riêng mình từ 'spool to finish' - có nghĩa là họ mua sợi carbon của mình làm sợi chỉ trên các ống cuộn lớn, thêm nhựa riêng và tiếp tục sản xuất khung, thanh, thân và phụ kiện của nó. Vì vậy, Giant có vẻ là một công ty tốt khi hỏi về tầm quan trọng của nhựa.

Hình ảnh
Hình ảnh

Giám đốc đào tạo và sản phẩm của hãng tại Vương quốc Anh, David Ward, cho biết, ‘Dây tóc bằng sợi carbon của chúng tôi được chuyển trực tiếp từ Toray [nhà sản xuất sợi carbon lớn nhất thế giới] đến phòng ống chỉ. Từ đó, nó được xâu vào khung dệt và dệt thành những tấm vải carbon khổng lồ. Sau khi dệt, nhựa được thêm vào. Nhựa nằm trong một máng phía trên cụm con lăn và được truyền vào vải chuyển động, được áp dụng cho các sợi thông qua con lăn. 'Quá trình này là một quá trình đơn giản và kỹ thuật được sử dụng bởi Giant khá giống với kỹ thuật được sử dụng bởi tất cả các nhà sản xuất của sợi carbon trước khi mang thai. Tuy nhiên, mặc dù cơ chế của nó có thể đơn giản, nhưng độ chính xác, khả năng lặp lại và khả năng kiểm soát rất quan trọng đối với tính toàn vẹn của thành phẩm.

‘Nhựa phải chảy giữa và bao phủ từng sợi một cách hoàn hảo,” Ward nói. “Việc phân phối nhựa tốt là rất quan trọng để có được giai đoạn tiền mang thai tốt ra khỏi dây chuyền sản xuất.” Dempsey tại Aprire cho biết thêm, “Điều quan trọng là nhựa phải đi qua các lớp. Nếu bạn lấy nhầm loại nhựa thông, bạn sẽ có một khung bị nứt. Nó thực sự rất quan trọng. '

Trong bề dày của nó

‘Bởi vì nhựa thông chiếm 40% trong khung Giant sau khi đóng rắn, nên nhựa là một phần rất quan trọng,” Ward nói. "Sau khi nhiệt rắn [được đóng rắn], nó là loại nhựa cung cấp độ cứng cho cấu trúc." Ngoài các đặc tính cấu trúc cơ bản, nhựa còn đóng một vai trò quan trọng khác. Dempsey nói, "Bạn phải chuyển những căng thẳng từ phần này sang phần khác. Đó là loại nhựa cho phép chuyển tải giữa các lớp sợi.’

Các loại nhựa khác nhau sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Dempsey nói, Nếu nhựa quá nhớt, nó sẽ không chạy qua carbon và bạn sẽ kết thúc với các sợi chạm vào nhau. Tốt nhất là bạn muốn chúng được tách biệt từng chút một.’

Sau đó là vấn đề về khả năng chịu nén, ảnh hưởng đến độ dày của cấu trúc carbon. Dempsey nói: “Các chất phụ gia khác nhau trong nhựa sẽ ảnh hưởng đến khả năng nén.'Bạn có thể có được độ dày lớp khác nhau tùy thuộc vào đặc tính của nhựa. Nói chung, nhựa rẻ hơn sẽ dày hơn. Với một loại nhựa tốt, các sợi carbon có thể cách nhau vài micromet. Điều đó mang lại cho bạn những bức tường mỏng hơn để có cùng độ bền, nghĩa là khung nhẹ hơn. Nhựa rẻ hơn để lại nhiều vật liệu hơn giữa các sợi và lớp.’

Hình ảnh
Hình ảnh

Vì Giant sản xuất hoàn toàn trong nhà nên họ có thể tự phát triển các loại nhựa của riêng mình. Ward nói, Hiện tại, chúng tôi đang ở thế hệ thứ ba của việc phát triển nhựa thông. Các chi tiết nhỏ hơn của quá trình đúc và đóng rắn đều phụ thuộc vào đặc tính của nhựa - nhiệt độ nó tắt và thời gian xử lý.”Do giá các sản phẩm carbon của mình rất đa dạng, Giant sử dụng hai loại nhựa. Ward cho biết: “Nhựa tiêu chuẩn của chúng tôi được sử dụng trên tất cả các dòng sản phẩm ngoại trừ sản phẩm Advanced SL. ‘Đối với SL nâng cao, chúng tôi sử dụng phụ gia công nghệ nano. Các hạt nano làm tăng khả năng chống va đập của khung lên 18% mà không ảnh hưởng tiêu cực đến độ cứng hoặc trọng lượng. Tuy nhiên, chúng đắt hơn rất nhiều. '

Một sản phẩm phụ bổ sung của các hạt được cải thiện độ nén tường trong quá trình xử lý. ‘Các hạt nano cho phép nhựa lấp đầy các khoảng trống siêu nhỏ trong lớp phủ. Nhựa thực sự chảy tốt hơn, giảm khả năng xuất hiện lỗ rỗng và giảm độ dày của tường, 'Ward cho biết thêm.

Vai trò của nhựa trong việc giảm khoảng trống là điểm quan trọng trong tính toàn vẹn cấu trúc của khung, như Dempsey giải thích. Ông nói: “Các lỗ hổng trong nhựa là các lỗ sẽ tích tụ ứng suất. ‘Đây là những điểm có khả năng bị lỗi, và các khoảng trống sẽ không thành công bằng cách thổi bay ra ngoài khi các lớp phân tách. Bạn vẫn có thể bị tách lớp mà không có khoảng trống, nhưng bạn muốn nhắm đến việc tạo ra các túi khí tối thiểu trong hỗn hợp.’

Ngoài khả năng truyền tải, độ dày và độ chắc chắn của thành xe, nhựa có thể ảnh hưởng đến việc đạp xe. Dempsey nói, Từ một quan điểm đơn giản, bạn có thể nghĩ về nhựa như một sản phẩm kiểu Araldite hai gói với nhựa và chất làm cứng. Số lượng chất làm cứng được sử dụng với một loại nhựa nhất định có thể có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng xe. Để có một khung xe đạp tốt, bạn cần có một chút uốn dẻo bên trong một loại nhựa đã được đóng rắn để cho phép truyền ứng suất giữa các lớp sợi carbon. Bạn có thể nhận được điều này bằng cách sử dụng một loại nhựa cứng hơn với ít chất làm cứng hơn. Các nhà thiết kế thông minh có thể có được một cấu trúc cứng hơn hoặc phù hợp hơn cho một trọng lượng nhất định. Bạn không thể dựa vào nhựa thông để có độ cứng, nhưng là một kỹ sư, bạn cần phải biết các đặc tính tiềm năng mà nhựa có thể thêm vào một cấu trúc hoàn thiện.’

Nhựa rõ ràng rất quan trọng đối với chất lượng của khung hoàn thiện, vì vậy chúng tôi quay lại câu hỏi tại sao chúng tôi nghe rất ít về chúng.

‘Resin là một người ủng hộ, không phải là một trình điều khiển tính năng,” Dempsey nói. ‘Resin cho phép chúng tôi liên kết các lớp sợi carbon khác nhau lại với nhau - ví dụ như T700 đến T800 - để sử dụng các đặc tính khác nhau của các loại sợi hiện tại với chúng ta. Đó là một món hàng khó bán và rất khó quay vòng, nhưng không nên đánh giá thấp vai trò của họ.’

Giant’s David Ward nói ngắn gọn hơn: ‘Nhựa chỉ là chất keo dính. Họ chỉ không sexy.’

Hình ảnh
Hình ảnh

Sức nóng của thời điểm

Vì hầu hết các nhà sản xuất xe đạp sử dụng carbon pre-preg, các lựa chọn của họ bị hạn chế về việc sử dụng nhựa để ảnh hưởng đến hiệu suất của khung. Nhưng điều đó không ngăn được mọi người tìm kiếm hướng đi mới hoặc thúc đẩy các công ty sản xuất nhựa và tiền sản xuất các sản phẩm khác nhau.

Dempsey nói, "Chúng tôi đang làm việc để kêu gọi các đối tác sản xuất một loại nhựa thông không bị tắt ở nhiệt độ phòng. Một yếu tố hạn chế đối với thiết kế là ngay sau khi bạn lấy trước khi mang thai từ kho lạnh của nó, nó bắt đầu được chữa khỏi bằng không khí. Nó sẽ không bao giờ cứng hoàn toàn bên ngoài lò đóng rắn, nhưng nó sẽ "biến mất". Giai đoạn trước khi mang thai cho phép chúng tôi sử dụng quy trình sắp xếp phức tạp hơn và phát triển cuốn sách của chúng tôi [xem bảng chú giải thuật ngữ, bên trái] đến mức chúng tôi muốn, sẽ cho phép chúng tôi thu được nhiều điều hơn từ kết quả cuối cùng của mình. Điều đó thật tuyệt vời đối với chúng tôi. '

Một lĩnh vực mà nhựa đóng vai trò rất lớn là sản xuất bánh xe carbon. Ở đây nhựa là yếu tố then chốt, không chỉ đối với tính toàn vẹn của cấu trúc và độ cứng của bánh xe, mà còn đối với hiệu suất phanh.

Lightweight’s Leschik nói, ‘Điểm yếu nhất của nhựa thông là đặc tính nhiệt độ của nó. Hầu hết các loại nhựa có vấn đề trên 150 ° C. Trong 10 năm qua, chúng tôi đã tăng khả năng chịu nhiệt độ của nhựa lên gấp ba lần. '

Hầu hết mọi người đi xe đạp đều đã từng nghe một câu chuyện kinh dị về việc một bánh xe carbon bị hỏng khi xuống dốc lâu do nhiệt tích tụ, nhưng điều gì thực sự xảy ra khi má phanh gặp vành? Leschik nói, ‘Bộ tộc học là khoa học và kỹ thuật của các bề mặt tương tác trong chuyển động tương đối. Nó bao gồm việc nghiên cứu và ứng dụng các nguyên lý ma sát, bôi trơn và mài mòn. Phanh trên vành CFRP với má phanh cao su trong điều kiện ẩm ướt hoặc khô ráo là một trong những hệ thống phanh như vậy. Không thể tối ưu hóa hệ thống này để phanh hoạt động tốt nếu không có nhựa chịu nhiệt cao. '

Hình ảnh
Hình ảnh

Cũng như hiệu suất của khung, chính các chất phụ gia trong nhựa sẽ làm tăng khả năng chịu nhiệt và giá thành. Một trong những chất phụ gia như vậy là gốm - silica. Mặc dù Aprire không sản xuất bánh xe, nhưng Dempsey hiểu quá trình này: ‘Nhựa tạo ra sự khác biệt lớn trong cấu trúc vành carbon. Ví dụ, thêm silica sẽ hút đi một lượng nhiệt đáng kể từ phần thân của cấu trúc và cho phép luồng không khí làm mát vành tốt hơn nhiều so với vành CFRP tiêu chuẩn. Đồng sẽ là một chất phụ gia tuyệt vời vì nó có khả năng hút một lượng nhiệt lớn, nhưng có khả năng lưu huỳnh ngấm vào nhựa nếu hơi ẩm xâm nhập qua bất kỳ vết nứt nhỏ nào. Điều này sẽ dẫn đến sự tách lớp gần như chắc chắn. Tản nhiệt - mắt lưới bên trong nhựa - có tiềm năng lớn. Công nghệ này có thể sẽ đến.’

Lightweight’s Leschik cũng có niềm tin rất lớn vào sự phát triển của nhựa: ‘Chúng tôi đang xem xét sự tối ưu hóa của vành xe phanh. Với nhựa thông minh, chúng tôi chắc chắn có thể mang lại cho người lái hiệu suất phanh tương tự như đĩa mà không cần thêm một gam trọng lượng nào.’

Sự thật khó

Rõ ràng rằng nhựa thông là một anh hùng thầm lặng của quá trình chế tạo xe đạp. Nó có thể ảnh hưởng đến độ cứng, độ chắc chắn, trọng lượng, độ an toàn và giá cả của các sản phẩm làm từ sợi carbon, vì vậy chúng ta có thể mong đợi các nhà sản xuất bắt đầu lưu luyến về những điều kỳ diệu của chất liệu dính của họ không? Có lẽ là không, vì nó vẫn chỉ là một phần của một hệ thống phức tạp. Nhựa chất lượng cao sẽ không thay thế cho sợi carbon kém chất lượng hoặc kỹ thuật xây dựng không mệt mỏi. Như Lightweight’s Leschik đã nói, “Lần nào cũng vậy: để nấu một chiếc bánh đẹp, bạn cần có các nguyên liệu phù hợp với tỷ lệ phù hợp, được chế biến tốt.’

Biệt ngữ carbon: Tất cả có nghĩa là gì?

Đề xuất: