الراتنج هو البطل المجهول الذي يجمع إطار الكربون الخاص بك معًا ، وهو بنفس الأهمية للأداء
اسأل معظم الطرق عن هيكل دراجتهم وستكون الإجابة على الأرجح "الكربون". اسأل أي شخص يشارك في صنع إطارات الدراجات (أو في الواقع منتجات أخرى مصنوعة من هذه المادة الرائعة المنسوجة) وستحصل على إجابة أكثر تعقيدًا.
"في صناعة الدراجات عادة ما نسمع حديثًا عن الكربون ولكن هذا في الحقيقة مفرط في التبسيط - تعميم" ، كما يقول توماس ليشيك ، رئيس قسم الهندسة في شركة تصنيع العجلات الألمانية Lightweight. "إنها في الواقع مصفوفة من ألياف الكربون وراتنج الإيبوكسي. المصطلح الأكثر دقة هو CFRP - البلاستيك المقوى بألياف الكربون."
لذا فإن خيولنا المرغوبة للغاية هي أكثر قليلاً من مجرد دراجات بلاستيكية معززة. إنه اختصار بسيط ، ويقطع شوطًا طويلاً لشرح أهمية الراتنجات - وهي جزء من البلاستيك (أو البوليمر) من CFRP. يعطي الراتينج المادة المركبة صلابتها بشكل أساسي. كما قال فيل ديمبسي من Aprire ، وهي شركة متخصصة في دراجات ألياف الكربون ، ألياف الكربون هي نسيج بحت. وحده هو مجرد قطعة قماش.
عندما يتعلق الأمر بأوصاف المنتج والتحدث التسويقي المصاحب ، فإن العلامة التجارية أو النوع من ألياف الكربون (مثل Toray ، T800 ، 65HM1K ، معامل عالية جدًا) يتم الترويج لها بشكل روتيني باعتبارها السمة الأساسية لخصائص المنتج النهائي. يبدو الأمر كما لو أنه لا يوجد شيء آخر ، ولكن في الواقع تشكل الألياف ما يزيد قليلاً عن نصف مادة الإطار. الباقي هو راتنجات الايبوكسي ، والتي من الواضح أنها يجب أن تلعب دورًا مهمًا في كيفية أداء الدراجة الحديثة.لماذا إذن نادرًا ما تذكره الدعاية التسويقية؟
ABC من CFRP
| CFRP |
البلاستيك المقوى بألياف الكربون (أو البوليمر). المادة المركبة المشار إليها إلى ألياف الكربون أو الكربون. |
| علاج |
عملية تطبيق الحرارة والضغط غالبًا على هيكل CFRP لـ "ضبط" الراتنج وتحمل الصلابة للقطعة النهائية. |
| الألياف | خيوط من الكربون منسوجة أو محبوكة معًا لإنشاء عنصر تقوية لهيكل CFRP. غالبا ما تسمى "خيوط". |
| قالب | المكون المادي الذي يتم فيه وضع ألواح ألياف الكربون وحولها لإنشاء الإطار. |
| كتاب Ply | في الأساس كتاب من أنماط الخياطة المجيدة. توضح هذه التفاصيل كيفية قطع كل قطعة فردية من ألياف الكربون وتجميعها ، وهي الأسرار الأكثر حراسةً. |
| preg | صفائح من خيوط ألياف الكربون مشربة براتنج غير معالج. |
| الراتنج | بوليمر سائل يستخدم لربط الألياف معًا داخل هيكل CFRP. |
معرفة من الداخل
لفهم الدور الذي يلعبه الراتنج في دراجة ألياف الكربون النهائية ، نحتاج إلى فهم عملية التصنيع ، وكيفية دمج الراتينج فيها.
في الجوهر هناك نوعان من بناء ألياف الكربون: الرطب والجاف. للتصنيع الرطب ، تشتري الشركة قماشًا من ألياف الكربون مشبعًا بالفعل بالراتنج ، والمعروف باسم preg.توضع هذه الألواح اللزجة في قالب أو حوله ثم يتم معالجتها باستخدام الحرارة والضغط لغرس الصلابة. يمكن أن تتخذ تقنية تصنيع ضخ الراتينج الجاف شكلين مختلفين. الأول مشابه للطريقة التي يتم بها التصنيع المسبق ، مع وضع أشكال مقطوعة من القماش الجاف فوق قالب ، مع إضافة الراتنج كجزء من عملية المعالجة. الأسلوب الثاني ، الذي تستخدمه شركات مثل Time و BMC (مع دراجات Impec) ، يتضمن مد هيكل أنبوبي مستمر يشبه الجورب فوق قالب بطول واحد. من هنا ، يضاف الراتينج تحت الضغط إلى الأشكال المشكلة بالفعل.
Giant هي العلامة التجارية الوحيدة التي تصنع جميع منتجاتها الكربونية المسبقة الصنع من "التخزين المؤقت إلى النهاية" - وهذا يعني أنها تشتري ألياف الكربون الخاصة بها كخيط على بكرات كبيرة ، وتضيف الراتنج الخاص بها ، و تستمر في تصنيع إطاراتها وقضبانها وسيقانها وملحقاتها. العملاق ، إذن ، يبدو وكأنه شركة جيدة للسؤال عن أهمية الراتنجات.
يقول ديفيد وارد ، مدير المنتجات والتدريب في المملكة المتحدة ، "يتم توصيل خيوط ألياف الكربون الخاصة بنا مباشرة من Toray [أكبر منتج لألياف الكربون في العالم] إلى غرفة التخزين المؤقت. ومن هناك يتم ربطه بالخيوط إلى النول ونسجه في ألواح ضخمة من القماش الكربوني. يتم إضافة الراتينج بعد النسيج. يجلس الراتنج في حوض فوق مجموعة الأسطوانة ويتم تمريره على القماش المتحرك ، ويتم تطبيقه على الخيوط عبر بكرات. "العملية بسيطة ، والتقنية المستخدمة من قبل Giant مطابقة إلى حد كبير لتلك المستخدمة من قبل جميع مصنعي ألياف الكربون مسبقة الصنع. ولكن على الرغم من أن الأمر قد يكون بسيطًا في آلياته ، إلا أن الدقة والتكرار والتحكم أمر حيوي لسلامة المنتج النهائي.
يقول وارد: "يجب أن يتدفق الراتينج بينها وأن يغطي كل خيوط بشكل مثالي". "يعد التوزيع الجيد للراتنج أمرًا حيويًا للحصول على إعداد مسبق جيد من نهاية خط الإنتاج." ويضيف ديمبسي في Aprire ، "من المهم جدًا أن يمر الراتينج عبر الطبقات.إذا فهمت الراتينج بشكل خاطئ ، فلديك إطار متصدع. إنه أمر بالغ الأهمية حقًا."
في غليظها
"نظرًا لأن الراتينج يشكل 40٪ من الإطار العملاق بعد المعالجة ، فإن الراتنج جزء مهم جدًا" ، كما يقول وارد. "بمجرد أن يتم [معالجته] بالحرارة ، فإن الراتينج هو الذي يعطي الهيكل صلابة." بالإضافة إلى الخصائص الهيكلية الأساسية ، يلعب الراتينج دورًا حيويًا آخر. يقول ديمبسي ، "عليك نقل الضغوط من جزء إلى آخر. الراتنجات هي التي تسمح بنقل الأحمال بين طبقات الألياف.
ستؤثر الراتنجات المختلفة على أداء المنتج النهائي. يقول ديمبسي ، "إذا كان الراتينج لزجًا جدًا ، فلن يمر عبر الكربون وينتهي بك الأمر بألياف تلامس بعضها البعض. من الناحية المثالية ، تريد فصلهما بدقة."
ثم هناك قضية الانضغاطية التي تؤثر على سمك الهياكل الكربونية. يقول ديمبسي: "ستؤثر الإضافات المختلفة في الراتينج على قابلية الانضغاط".يمكنك الحصول على سماكة طبقة مختلفة حسب خصائص الراتنج. بشكل عام ، الراتنجات الأرخص تكون أكثر سمكًا. مع وجود راتينج جيد ، يمكن أن تكون ألياف الكربون متباعدة بالميكرونات. يمنحك هذا جدرانًا أرق لنفس صفات القوة ، مما يعني إطارًا أخف. راتينج أرخص يترك المزيد من المواد بين الألياف والطبقات.
نظرًا لأن Giant تصنع داخل الشركة بالكامل ، فقد تمكنت من تطوير الراتنجات الخاصة بها. يقول وارد ، "نحن الآن في الجيل الثالث من تطوير الراتنج. تعود التفاصيل الأصغر لعملية التشكيل والمعالجة جميعها إلى خصائص الراتنج - درجة الحرارة التي تنخفض عندها والوقت الذي يستغرقه العلاج. "نظرًا للنطاق السعري الواسع لمنتجات الكربون الخاصة بها ، تستخدم Giant نوعين من الراتينج. يقول وارد: "يتم استخدام الراتينج القياسي لدينا في جميع خطوط الإنتاج باستثناء منتجات SL المتقدمة". "بالنسبة لـ SL المتقدم ، نستخدم مادة مضافة لتقنية النانو. تزيد الجسيمات النانوية من مقاومة تأثير الإطارات بنسبة 18٪ مع عدم وجود تأثير سلبي على الصلابة أو الوزن.ومع ذلك ، فإنهم يكلفون الكثير.
منتج ثانوي إضافي للجسيمات هو تحسين ضغط الجدار أثناء العلاج. تسمح الجسيمات النانوية للراتنج بملء الفراغات الدقيقة في الوضع. يتدفق الراتينج فعليًا بشكل أفضل ، مما يقلل من احتمالية وجود فراغات ويقلل من سماكة الجدار ، يضيف وارد.
دور الراتنج في تقليل الفراغات هو نقطة أساسية في السلامة الهيكلية للإطار ، كما يشرح ديمبسي. يقول: "الفراغات الموجودة في الراتنج عبارة عن ثقوب تجمع الضغط". "هذه نقاط فشل محتملة ، وتفشل الفراغات عن طريق التفكك بينما تتفكك الطبقات. لا يزال بإمكانك الحصول على تفريغ بدون فراغات ، لكنك تريد أن تستهدف الحد الأدنى من الجيوب الهوائية في المركب."
بالإضافة إلى نقل الأحمال ، وسمك الجدار وقوته ، يمكن أن يكون للراتنجات تأثير على ركوب الدراجة. يقول ديمبسي ، "من وجهة نظر بسيطة ، يمكنك التفكير في الراتنجات كمنتج مكون من عبوتين من طراز Araldite مع راتنج ومقوي. يمكن أن يكون لكمية مادة التقسية المستخدمة مع راتينج معين تأثير كبير على جودة الركوب.للحصول على هيكل دراجة جيد ، تحتاج إلى بعض المرونة داخل راتنج معالج للسماح بنقل الضغوط بين طبقات ألياف الكربون. يمكنك الحصول على هذا باستخدام راتينج أقوى مع مادة صلبة أقل. يمكن للمصممين الأذكياء الحصول على هيكل أكثر صلابة أو توافقًا لوزن معين. لا يمكنك الاعتماد على الراتينج للصلابة ، ولكن كمهندس ، يجب أن تكون على دراية بالخصائص المحتملة التي يمكن أن يضيفها الراتينج إلى الهيكل النهائي ".
الراتنجات مهمة بشكل واضح لجودة الإطار النهائي ، لذلك نعود إلى السؤال عن سبب سماعنا القليل عنها.
يقول ديمبسي: "الراتينج هو موفر ، وليس سائق ميزة". يسمح لنا الراتينج بربط الطبقات المختلفة من ألياف الكربون معًا - على سبيل المثال T700 إلى T800 - لاستخدام الخصائص المختلفة التي تقدمها الألياف إلينا. إنه أمر صعب البيع ، ومن الصعب للغاية تدويره ، لكن لا ينبغي التقليل من أهمية الدور الذي يلعبونه ".
يضع ديفيد وارد من Giant الأمر بشكل أكثر إيجازًا: "الراتنجات ليست سوى غراء. إنهم ليسوا مثيرون فقط."
حرارة اللحظة
نظرًا لأن معظم مصنعي الدراجات يستخدمون الكربون المسبق مسبقًا ، فإن خياراتهم محدودة من حيث استخدام الراتنج للتأثير على أداء الإطار. لكن هذا لا يمنع الأشخاص الذين يبحثون عن اتجاهات جديدة ، أو من دفع شركات الراتنج و preg لإنتاج منتجات مختلفة.
يقول ديمبسي ، "نحن نعمل على جعل الشركاء ينتجون مادة صمغية لا تنفجر في درجة حرارة الغرفة. أحد العوامل التي تحد من التصميم هو أنه بمجرد أن تأخذ preg مسبقًا من مخزنه البارد ، فإنه يبدأ في المعالجة بالهواء. لن يخرج تمامًا من فرن المعالجة تمامًا ، ولكنه "سينفجر". إن التمهيد المسبق الذي سمح لنا باستخدام عملية تصميم أكثر تعقيدًا ، وتطوير كتاب الرقائق الخاص بنا [انظر المسرد ، يسارًا] إلى المستوى الذي نريده ، سيسمح لنا بالحصول على المزيد من النتيجة النهائية. سيكون هذا رائعًا بالنسبة لنا."
أحد المجالات التي تلعب فيها الراتنجات دورًا كبيرًا في تصنيع عجلة الكربون. الراتنجات هنا هي المفتاح ، ليس فقط للسلامة الهيكلية وصلابة العجلة ، ولكن أيضًا لأداء الكبح.
يقول ليشيك من Lightweight ، "أضعف نقطة في الراتنج هي سلوك درجة حرارته. يعاني معظم الراتنجات من مشاكل تزيد عن 150 درجة مئوية. على مدى السنوات العشر الماضية ، قمنا بزيادة مقاومة درجات الحرارة لراتنجاتنا بمقدار ثلاثة أضعاف."
ربما سمع كل راكب دراجة تقريبًا قصة رعب حول فشل عجلة الكربون في هبوط طويل بسبب تراكم الحرارة ، ولكن ما الذي يحدث بالفعل عندما تلتقي وسادة الفرامل بالإطار؟ يقول ليشيك ، علم الترايبولوجي هو علم وهندسة الأسطح المتفاعلة في حركة نسبية. يتضمن دراسة وتطبيق مبادئ الاحتكاك والتشحيم والتآكل. يعتبر الكبح على حافة CFRP مع وسادات فرامل مطاطية في الظروف الرطبة أو الجافة أحد هذه الأنظمة الترايبولوجية. لا يمكن تحسين هذا النظام للحصول على أداء جيد للفرامل بدون الراتنجات المقاومة للحرارة العالية.
كما هو الحال مع أداء الإطار ، فإن المواد المضافة في الراتنجات هي التي تزيد من مقاومة الحرارة وتزيد من السعر.أحد هذه المواد المضافة هو السيراميك - السيليكا. بينما لا يصنع Aprire عجلات ، يفهم ديمبسي العملية: الراتنجات تحدث فرقًا كبيرًا في هيكل حافة الكربون. على سبيل المثال ، تؤدي إضافة السيليكا إلى سحب قدر كبير من الحرارة من جسم الهيكل وتسمح بتدفق الهواء لتبريد الحافة بشكل أفضل بكثير من حافة CFRP القياسية. قد يكون النحاس مضافًا رائعًا لأنه يمتلك القدرة على سحب كميات هائلة من الحرارة ، ولكن هناك احتمال أن يتسرب الكبريت إلى الراتينج إذا دخلت الرطوبة من خلال أي شقوق صغيرة. هذا من شأنه أن يؤدي إلى تشويه شبه مؤكد. تتمتع أحواض الحرارة - الشبكات داخل الراتينج - بإمكانيات كبيرة. قد تأتي هذه التكنولوجيا بشكل جيد.
لدى Leschik من Lightweight أيضًا إيمان كبير بتطورات الراتنج: "نحن نتطلع إلى تحسين جنوط الكبح. من خلال الراتنجات الذكية ، نحن على يقين من أنه يمكننا منح السائق نفس أداء الفرامل مثل الأقراص بدون غرام واحد إضافي من الوزن ".
الحقيقة الصعبة
من الواضح أن الراتنج هو بطل مجهول في عملية بناء الدراجة.يمكن أن يؤثر ذلك على صلابة منتجات ألياف الكربون ومتانتها ووزنها وأمانها وسعرها ، لذا هل يمكننا أن نتوقع أن يبدأ المصنعون في إزالة الشعر الغنائي عن عجائب موادهم اللاصقة؟ ربما لا ، لأنه لا يزال جزءًا واحدًا فقط من نظام معقد. لن يعوض الراتنج عالي الجودة عن ألياف الكربون ذات الجودة الرديئة أو تقنيات البناء غير الملهمة. على حد تعبير Lightweight's Leschik ، "الأمر نفسه في كل مرة: لطهي كعكة جميلة ، تحتاج إلى المكونات الصحيحة بالنسب الصحيحة ، المصنوعة بشكل جيد."
المصطلحات الكربونية: ماذا يعني ذلك كله؟
