Corda i cola: una mirada més propera a la resina

Taula de continguts:

Corda i cola: una mirada més propera a la resina
Corda i cola: una mirada més propera a la resina

Vídeo: Corda i cola: una mirada més propera a la resina

Vídeo: Corda i cola: una mirada més propera a la resina
Vídeo: Pruebas para eliminar piedras en el riñón sin cirugía - Bien y de Buenas 2024, Març
Anonim

Resin és l'heroi no reconegut que manté unit el teu marc de carboni i és igual de crucial per al rendiment

Pregunteu a la majoria de roadies de què està fet el seu marc de bicicleta i probablement la resposta serà "carboni". Pregunteu a qualsevol persona que participi en la fabricació de quadres de bicicletes (o d' altres productes fets amb aquest material meravellós teixit) i obtindreu una resposta més complexa.

"A la indústria de la bicicletes normalment sentim parlar de carboni, però realment això és massa simplista: una generalització", diu Thomas Leschik, cap d'enginyeria del fabricant alemany de rodes Lightweight. "En realitat és una matriu de fibres de carboni i resina epoxi. El terme més precís és CFRP: plàstic reforçat amb fibra de carboni.’

Així que els nostres molt cobejats corcels són poc més que bicicletes de plàstic reforçades. És una abreviatura senzilla i explica en gran mesura la importància de les resines, que són la part plàstica (o polímer) del CFRP. Essencialment, la resina dóna al material compost la seva rigidesa. Tal com diu Phil Dempsey d'Aprire, una empresa especialitzada en bicicletes de fibra de carboni, "la fibra de carboni és purament un teixit". Només és només un tros de tela.’

Imatge
Imatge

Quan es tracta de descripcions de productes i del màrqueting que l'acompanyen, la marca o el tipus de fibra de carboni (per exemple, Toray, T800, 65HM1K, mòdul ultra alt) s'afirma habitualment com la característica fonamental de les característiques del producte acabat. És com si no hi hagués res més en joc, però de fet les fibres constitueixen una mica més de la meitat del material del marc. La resta és la resina epoxi, que clarament ha de tenir un paper important en el rendiment d'una bicicleta moderna. Llavors, per què la publicitat de màrqueting no ho menciona?

L'ABC de CFRP

CFRP

Plàstic reforçat amb fibra de carboni (o polímer). El material compost es refereix a

com a carboni o fibra de carboni.

Cure

El procés d'aplicar calor i sovint pressió a una estructura de CFRP per "establir" el

resina i donen rigidesa a la peça acabada.

Fibra Fits de carboni que es teixeixen o es teixeixen per crear l'element de reforç d'una estructura de CFRP. Sovint anomenats "filaments".
Motlle El component físic dins i al voltant del qual es col·loquen les làmines de fibra de carboni per crear el marc.
Ply book Essencialment un llibre de patrons de costura glorificats. Aquests detallen com es talla i s'assembla cada peça individual de fibra de carboni, i són els secrets més guardats.
Preembarassada Fulls de fils de fibra de carboni impregnats amb resina sense curar.
Resina Un polímer líquid que s'utilitza per unir fibres dins d'una estructura de CFRP.

Coneixement privilegiat

Per entendre el paper que té la resina en una bicicleta de fibra de carboni acabada, hem d'entendre el procés de fabricació i com s'hi incorpora la resina.

En essència hi ha dos tipus de construcció de fibra de carboni: humida i seca. Per a la fabricació humida, una empresa compra un drap de fibra de carboni ja impregnat de resina, conegut com a pre-impregnat. Aquestes làmines adherents es col·loquen dins o al voltant d'un motlle i després es curen amb calor i pressió per inculcar rigidesa. La tècnica de fabricació d'infusió de resina seca pot adoptar dues formes diferents. El primer és similar a la manera com es fa la fabricació de preimpregnats, amb formes tallades de drap sec col·locades sobre un motlle, amb la resina afegida com a part del procés de curat. La segona tècnica, utilitzada per empreses com Time i BMC (amb les seves bicicletes Impec), consisteix a estirar una estructura tubular contínua en forma de mitjon sobre un motlle en una sola longitud. A partir d'aquí, la resina s'afegeix sota pressió a les formes ja formades.

Giant és l'única marca que fabrica tots els seus propis productes preimpregnats de carboni des de la bobina fins a l'acabat, és a dir, compra la seva fibra de carboni com a fil en bobines grans, afegeix la seva pròpia resina i passa a fabricar els seus marcs, barres, tiges i accessoris. Giant, doncs, sembla una bona companyia per preguntar sobre la importància de les resines.

Imatge
Imatge

El seu director de formació i producte del Regne Unit, David Ward, diu: "El nostre filament de fibra de carboni es lliura directament de Toray [el productor de fibra de carboni més gran del món] a la sala de bobines". Des d'allà s'enfila als telers i es teixeix en grans llençols de tela de carboni. És després de teixir que s'afegeix la resina. La resina es troba en un abeurador per sobre del conjunt del rodet i es passa a la tela en moviment, s'aplica als filaments mitjançant rodets.” El procés és senzill i la tècnica utilitzada per Giant és pràcticament idèntica a la que utilitzen tots els fabricants de fibra de carboni preimpregnada. Però tot i que pot ser senzill en la seva mecànica, la precisió, la repetibilitat i el control són vitals per a la integritat del producte acabat.

"La resina ha de fluir entre i recobrir tots els filaments perfectament", diu Ward. "Una bona distribució de la resina és vital per obtenir un bon preimpregnat del final d'una línia de producció". Dempsey, d'Aprire, afegeix: "És tan important que la resina passi per les capes". Si us equivoqueu la resina, teniu un marc esquerdat. És molt crític.’

En el fons

"Com que la resina constitueix el 40% d'un marc gegant després de la curació, la resina és una part molt important", diu Ward. "Una vegada que està termoestables [curat], és la resina la que dóna rigidesa a l'estructura". A més de les propietats estructurals bàsiques, la resina té un altre paper vital. Dempsey diu: "Has de transferir les tensions d'una part a una altra. Són resines que permeten la transferència de càrregues entre les capes de fibres.’

Les diferents resines afectaran el rendiment del producte final. Dempsey diu: "Si la resina és massa viscosa, no passarà pel carboni i acabaràs amb fibres que es toquen entre elles". L'ideal és que els vulgueu separar minuciosament.’

Després hi ha el problema de la compressibilitat, que afecta el gruix de les estructures de carboni. "Diferents additius a la resina afectaran la compressibilitat", diu Dempsey."Podeu obtenir un gruix de capa diferent depenent de les característiques de la resina. En general, les resines més barates seran més gruixudes. Amb una bona resina, les fibres de carboni poden estar separades per micres. Això us ofereix parets més primes per a les mateixes qualitats de resistència, és a dir, un marc més lleuger. Una resina més barata deixa més material entre fibres i capes.’

Imatge
Imatge

Com que Giant fabrica totalment internament, ha pogut desenvolupar les seves pròpies resines. Ward diu: "Ara estem a la nostra tercera generació de desenvolupament de resina. Els detalls més petits del procés d'emmotllament i curat es deuen a les propietats de la resina: la temperatura a la qual s'apaga i el temps que triga el curat.’ A causa de l'ampli rang de preus dels seus productes de carboni, Giant utilitza dos tipus de resina. "La nostra resina estàndard s'utilitza en totes les línies de productes excepte en els productes Advanced SL", diu Ward. 'Per a l'Advanced SL, utilitzem un additiu de nanotecnologia. Les nanopartícules augmenten la resistència a l'impacte dels nostres quadres en un 18% sense cap efecte negatiu sobre la rigidesa o el pes. Tot i que costen molt més.’

Un subproducte addicional de les partícules és la millora de la compactació de la paret durant la curació. "Les nanopartícules permeten que la resina ompli els micro buits de la disposició. La resina flueix millor, reduint el potencial de buits i reduint el gruix de la paret", afegeix Ward.

El paper d'una resina en la reducció de buits és un punt clau en la integritat estructural d'un marc, tal com explica Dempsey. "Els buits a la resina són forats que acumularan estrès", diu. "Aquests són punts potencialment de fallada, i els buits fallen en trencar-se a mesura que les capes es desprenen. Encara podeu obtenir delaminació sense buits, però voleu aconseguir un mínim de bosses d'aire al compost.’

A més de la transferència de càrrega, el gruix de la paret i la robustesa, les resines poden tenir un efecte en la marxa de la bicicleta. Dempsey diu: Des d'un punt de vista senzill, podeu pensar en les resines com un producte d'estil Araldite de dos paquets amb una resina i un enduridor. La quantitat d'enduridor utilitzada amb una resina determinada pot tenir un efecte substancial en la qualitat de la marxa. Per a un bon quadre de bicicleta, necessiteu una mica de flexió dins d'una resina curada per permetre la transferència de tensions entre les capes de fibra de carboni. Podeu aconseguir-ho utilitzant una resina més forta amb menys enduridor. Els dissenyadors intel·ligents poden obtenir una estructura més rígida o més ajustada per a un pes determinat. No pots confiar en una resina per a la rigidesa, però, com a enginyer, has de ser conscient de les propietats potencials que la resina pot afegir a una estructura acabada.’

Les resines són clarament importants per a la qualitat del marc acabat, així que tornem a la pregunta de per què en sentim tan poc.

"La resina és un autor, no un controlador de funcions", diu Dempsey. "La resina ens permet unir les diferents capes de fibra de carboni, per exemple, T700 a T800, per utilitzar les diferents propietats que ens presenten les fibres. És una venda difícil i molt difícil de girar, però no s'ha de subestimar el paper que juguen.’

David Ward de Giant ho diu de manera més sucinta: Les resines són només una cola. Simplement no són sexy.’

Imatge
Imatge

Calor del moment

Atès que la majoria de fabricants de bicicletes utilitzen carboni preimpregnat, les seves opcions són limitades pel que fa a l'ús de resina per afectar el rendiment d'un quadre. Però això no impedeix que la gent busqui noves direccions o que impulsin les empreses de resina i pre-preg per produir productes diferents.

Dempsey diu: "Estem treballant per aconseguir socis per produir una resina que no s'apaga a temperatura ambient". Un factor limitant amb el disseny és que tan bon punt treu el preimpregnat del seu magatzem en fred, comença a curar-se a l'aire. Mai sortirà del tot dur fora del forn de curat, però "s'apagarà". Un pre-impregnat que ens permetés utilitzar un procés de preparació més complex i desenvolupar el nostre llibre de capes [vegeu glossari, esquerra] al nivell que volem, ens permetria obtenir molt més del nostre resultat final. Això seria genial per a nos altres.’

Una àrea on les resines tenen un paper important és la fabricació de rodes de carboni. Aquí les resines són clau, no només per a la integritat estructural i la rigidesa de la roda, sinó també per al rendiment de frenada.

Leschik de Lightweight diu: El punt més feble d'una resina és el seu comportament a la temperatura. La majoria de resines tenen problemes per sobre dels 150 °C. Durant els darrers 10 anys, hem triplicat la resistència a la temperatura de les nostres resines.’

Gairebé tots els ciclistes hauran escoltat una història de terror sobre una roda de carboni que falla en un llarg descens a causa de l'acumulació de calor, però què passa realment quan la pastilla de fre es troba amb la llanda? Leschik diu: "La tribologia és la ciència i l'enginyeria de les superfícies que interactuen en moviment relatiu". Inclou l'estudi i l'aplicació dels principis de fricció, lubricació i desgast. Frenar en una llanda de CFRP amb pastilles de fre de goma en condicions humides o seques és un d'aquests sistemes tribològics. L'optimització d'aquest sistema per obtenir un bon rendiment dels frens no és possible sense resines resistents a altes temperatures.’

Imatge
Imatge

Com amb el rendiment del marc, els additius de les resines afegeixen la resistència a la calor i el preu. Un d'aquests additius és una ceràmica - sílice. Tot i que Aprire no fa rodes, Dempsey entén el procés: Les resines fan una diferència enorme en l'estructura d'una llanda de carboni. Per exemple, l'addició de sílice allunya una quantitat substancial de calor del cos de l'estructura i permet que el flux d'aire refredi la vora molt millor que amb una vora de CFRP estàndard. El coure seria un gran additiu, ja que té la capacitat d'atraure grans quantitats de calor, però hi ha potencial que el sofre es lixiviï a la resina si la humitat entrava a través de les microesquerdes. Això comportaria una delaminació gairebé segura. Els dissipadors de calor, les malles dins de la resina, tenen un gran potencial. Aquesta tecnologia pot arribar.’

Leschik de Lightweight també té una gran fe en els desenvolupaments de resina: Estem mirant l'optimització de les llantes de frenada de llandes. Amb les resines intel·ligents estem segurs que podem oferir al pilot el mateix rendiment de frenada que els discos sense ni un gram de pes addicional.’

La dura veritat

És clar que la resina és un heroi desconegut del procés de construcció de bicicletes. Pot afectar la rigidesa, la robustesa, el pes, la seguretat i el preu dels productes de fibra de carboni, així que podem esperar que els fabricants comencin a encerar les líriques sobre les meravelles de les seves coses enganxoses? Probablement no, perquè encara és només una part d'un sistema complex. La resina de gran qualitat no compensarà la fibra de carboni de mala qualitat ni les tècniques de construcció poc inspirades. Tal com diu Leschik de Lightweight, "És el mateix cada cop: per cuinar un bon pastís necessites els ingredients adequats en la proporció adequada, ben fets".

Argot de carboni: què vol dir tot això?

Recomanat: