Карбон — композиционный полимер, состоящий из сплетённых нитей в нужном направлении, залитый полимерными смолами. Карбону свойственна высокая прочность и жёсткость при небольшом весе. По своим характеристикам карбон прочнее сталей лучших марок.
Основу карбона составляют углеродные нити толщиной от 0,005 до 0,015 мм диаметром. Они обладают большой продольной прочностью и разорвать их очень трудно. В тоже время боковая прочность нитей невысокая и они легко ломаются поперек. Нити карбона получают при помощи обработки органического волокна воздействием высоких температур, в процессе чего из него выгорают все примеси и остаётся чистый углерод. Обработка с помощью температуры происходит в три этапа.
Использование карбона в велосипедах
1. Начальный материал — вискоза или полиакрилонитрил 24 часа выдерживается при температуре 250 °C в воздушной среде. При этом образуются молекулы полимера со сдвоенной цепью, так называемые лестничные структуры, похожие при проекции на лестницу. Здесь объясняется прочность карбона: в отличии от линейных полимеров, где чтобы разрушить макромолекулу достаточно разорвать одну связь, в случае с карбоном необходимо разрушить две и более химических связей в молекуле.
2. Карбонизация — стадия повышения содержания углерода при которой волокна нагревают при температуре 500 — 1500 °C в азотной или аргонной среде. При этом образовываются синтетические графиные структуры.
3. Графитизация — заключительная стадия, в результате которой доводят содержание в волокне углерода до значения не менее 99%. Процесс обработки производится при температурном режиме 1600 — 2800 °C.
Из полученных таким способом нитей плетётся ткань с различными рисунками полотна. Ткань применяется при производстве крупных деталей велосипеда. Чтобы получить максимальную прочность углеродную ткань укладывают в несколько слоёв с разным направлением плетения в каждом слое. Части велосипеда, имеющие форму в виде трубок изготавливают с помощи намотки нитей на каркас. Потом всё заливается полимерными смолами.
При всех своих преимуществах карбон имеет и недостатки. Он боится ударов, особенно точечных, в месте получения удара материал начинает отслаиваться и ремонту повреждённая часть практически не подлежит. Второй косвенный недостаток карбона — это его высокая цена.
Объясняется это высокой ценой материалов из которых он изготавливается и дорогим технологическим процессом, требующим специального оборудования, а также большой процент ручного труда. Из карбона делают: рамы, шатуны, вилки, сёдла, подседельные штыри и выносы руля.
Перспективы у карбона, как материала для массового и недорого производства велосипедов довольно хорошие. Как десять лет назад алюминий вдруг резко вытеснил сталь из велосипедостроения, так и карбон ждёт своего часа.
Также читать на эту тему:
Вейтвиннерство. Вейтвиннерство – стремление хозяина велосипеда максимально сделать его лёгким. Выражение Weight Weenies пришло из английского языка и дословно означает: weight – вес, weenies – преодолевать, или преодолеть вес. Существуют три основных направления в вейтвиннерстве…
Материал рамы велосипеда. На протяжении многих лет сталь была самым распространённым материалом из которого изготавливались рамы велосипеда. В течении почти ста лет совершенствовались технологии производства и подбирались наиболее подходящие марки стали для рамы велосипеда…
Бамбуковые рамы для велосипедов. Бамбук прекрасно конкурирует со всеми материалами, из которых изготавливают рамы велосипедов: сталью, алюминием, титаном и даже карбоном. Он очень лёгкий, отличается жёсткостью и устойчив к ударам, кроме того хорошо гасит вибрацию…
Методы изготовления велосипедных рам. Высокотемпературная пайка. Для скрепления труб рамы при использовании метода высокотемпературной пайки используют припой из металлов отличных от стали. Промежутки между деталями рамы заполняют расплавленным припоем, предварительно прогрев детали. Основным материалом для припоя…
Карбоновые рамы по технологии IsoTruss. Трёхмерная структура сетки обеспечивает существенную устойчивость рамы к локальным и глобальным моментам сил, направленным при езде на изгиб рамы. Технология IsoTruss использует традиционную жёсткость конструкций в виде равнобедренного треугольника…
