Tali dan lem: Melihat lebih dekat pada resin

Daftar Isi:

Tali dan lem: Melihat lebih dekat pada resin
Tali dan lem: Melihat lebih dekat pada resin

Video: Tali dan lem: Melihat lebih dekat pada resin

Video: Tali dan lem: Melihat lebih dekat pada resin
Video: 10 Menit Bisa.!!Membedakan Epoxy Resin Clear/bening VS Resin Polyester/fiber dengan uji coba di kayu 2024, Maret
Anonim

Resin adalah pahlawan tanpa tanda jasa yang menyatukan kerangka karbon Anda, dan itu sama pentingnya dengan kinerja

Tanyakan sebagian besar roadies dari bahan apa rangka sepeda mereka dan jawabannya kemungkinan besar adalah 'karbon'. Tanyakan kepada siapa saja yang terlibat dalam pembuatan rangka sepeda (atau memang produk lain yang terbuat dari bahan anyaman ajaib ini) dan Anda akan mendapatkan jawaban yang lebih kompleks.

‘Dalam industri sepeda kita biasanya mendengar pembicaraan tentang karbon tetapi sebenarnya itu terlalu sederhana – generalisasi, ' kata Thomas Leschik, kepala teknik di pabrikan roda Jerman, Lightweight. “Ini sebenarnya matriks serat karbon dan resin epoksi. Istilah yang lebih akurat adalah CFRP – plastik yang diperkuat serat karbon.'

Jadi, tunggangan kami yang sangat didambakan tidak lebih dari sepeda plastik yang diperkuat. Ini adalah singkatan sederhana, dan menjelaskan pentingnya resin – yang merupakan bagian plastik (atau polimer) dari CFRP. Pada dasarnya resin memberikan material komposit kekakuannya. Seperti yang dikatakan Phil Dempsey dari Aprire, sebuah perusahaan yang berspesialisasi dalam sepeda serat karbon, 'Serat karbon adalah murni kain. Sendiri itu hanya secarik kain.’

Gambar
Gambar

Dalam hal deskripsi produk dan uraian pemasaran yang menyertainya, merek atau jenis serat karbon (misalnya Toray, T800, 65HM1K, modulus ultra tinggi) secara rutin disuarakan sebagai fitur dasar dari karakteristik produk jadi. Seolah-olah tidak ada hal lain yang berperan, tetapi sebenarnya serat membentuk lebih dari setengah bahan bingkai. Sisanya adalah resin epoksi, yang jelas harus memainkan peran penting dalam performa sepeda modern. Lalu, mengapa uraian pemasaran jarang menyebutkannya?

ABC dari CFRP

CFRP

Plastik Bertulang Serat Karbon (atau polimer). Bahan komposit yang dimaksud

sebagai karbon atau serat karbon.

Penyembuhan

Proses penerapan panas dan sering kali tekanan ke struktur CFRP untuk 'mengatur'

resin dan berikan kekakuan pada bagian yang sudah jadi.

Serat Untaian karbon yang ditenun atau dirajut bersama untuk menciptakan elemen penguat struktur CFRP. Sering disebut 'filamen'.
Cetakan Komponen fisik di dalam dan di sekitar tempat lembaran serat karbon diletakkan untuk membuat bingkai.
Ply book Pada dasarnya buku pola menjahit yang dimuliakan. Ini merinci bagaimana setiap potongan serat karbon dipotong dan dirakit, dan ini adalah rahasia yang paling dijaga ketat.
Pra-hamil Lembar benang serat karbon yang diresapi dengan resin yang tidak diawetkan.
Resin Sebuah polimer cair yang digunakan untuk mengikat serat bersama dalam struktur CFRP.

Pengetahuan orang dalam

Untuk memahami peran resin dalam sepeda serat karbon jadi, kita perlu memahami proses pembuatannya, dan bagaimana resin dimasukkan ke dalamnya.

Intinya ada dua jenis konstruksi serat karbon: basah dan kering. Untuk pembuatan basah, perusahaan membeli kain serat karbon yang sudah diresapi dengan resin, yang dikenal sebagai pre-preg. Lembaran norak ini diletakkan di dalam atau di sekitar cetakan dan kemudian disembuhkan menggunakan panas dan tekanan untuk menanamkan kekakuan. Teknik pembuatan infus resin kering dapat mengambil dua bentuk yang berbeda. Yang pertama mirip dengan cara pembuatan sebelum hamil, dengan potongan kain kering yang diletakkan di atas cetakan, dengan resin ditambahkan sebagai bagian dari proses pengawetan. Teknik kedua, yang digunakan oleh perusahaan seperti Time dan BMC (dengan sepeda Impec-nya), melibatkan peregangan struktur seperti kaus kaki berbentuk tabung yang terus menerus di atas cetakan dalam satu panjang. Dari sini, resin ditambahkan di bawah tekanan ke bentuk yang sudah terbentuk.

Giant adalah satu-satunya merek yang memproduksi semua produk pre-preg karbonnya sendiri dari 'spool to finish' – artinya ia membeli serat karbonnya sebagai benang pada spool besar, menambahkan resinnya sendiri, dan terus memproduksi bingkai, batang, batang, dan aksesorinya. Raksasa, kemudian, sepertinya perusahaan yang baik untuk bertanya tentang pentingnya resin.

Gambar
Gambar

Manajer produk dan pelatihannya di Inggris, David Ward, mengatakan, 'Filamen serat karbon kami dikirim langsung dari Toray [produsen serat karbon terbesar di dunia] ke ruang spool. Dari sana itu dijalin ke alat tenun dan ditenun menjadi lembaran kain karbon besar. Setelah menenun resin ditambahkan. Resin berada di palung di atas rakitan rol dan dilewatkan ke kain yang bergerak, diaplikasikan ke filamen melalui rol.' Prosesnya sederhana, dan teknik yang digunakan oleh Giant hampir sama dengan yang digunakan oleh semua produsen serat karbon pra-preg. Tetapi meskipun mekaniknya sederhana, akurasi, pengulangan, dan kontrol sangat penting untuk integritas produk jadi.

'Resin harus mengalir di antara dan melapisi setiap filamen dengan sempurna, ' kata Ward. 'Distribusi resin yang baik sangat penting untuk mendapatkan pre-preg yang baik dari akhir jalur produksi.' Dempsey di Aprire menambahkan, 'Sangat penting bahwa resin melewati lapisan. Jika Anda mendapatkan resin yang salah, Anda memiliki bingkai yang retak. Ini sangat penting.’

Di tengahnya

'Karena resin membentuk 40% dari bingkai Raksasa setelah perawatan, resin adalah bagian yang sangat penting, ' kata Ward. 'Setelah termoset [disembuhkan], resinlah yang memberikan kekakuan struktur.' Selain sifat struktural dasar, resin memainkan peran penting lainnya. Dempsey berkata, 'Anda harus mentransfer tekanan dari satu bagian ke bagian lain. Ini resin yang memungkinkan transfer beban antara lapisan serat.’

Resin yang berbeda akan mempengaruhi kinerja produk akhir. Dempsey berkata, 'Jika resin terlalu kental, resin tidak akan menembus karbon dan Anda akan berakhir dengan serat yang saling bersentuhan. Idealnya Anda ingin mereka dipisahkan.’

Lalu ada masalah kompresibilitas, yang mempengaruhi ketebalan struktur karbon. 'Aditif yang berbeda dalam resin akan mempengaruhi kompresibilitas,' kata Dempsey.'Anda bisa mendapatkan ketebalan lapisan yang berbeda tergantung pada karakteristik resin. Umumnya, resin yang lebih murah akan lebih tebal. Dengan resin yang baik, serat karbon dapat terpisah mikron. Itu memberi Anda dinding yang lebih tipis untuk kualitas kekuatan yang sama, yang berarti bingkai yang lebih ringan. Resin yang lebih murah menyisakan lebih banyak bahan di antara serat dan lapisan.’

Gambar
Gambar

Karena Giant memproduksi secara internal, Giant mampu mengembangkan resinnya sendiri. Ward berkata, 'Kami sedang dalam pengembangan resin generasi ketiga sekarang. Detail lebih kecil dari proses pencetakan dan pengawetan semuanya tergantung pada sifat resin – suhu padam dan waktu pengerasan.’ Karena kisaran harga produk karbon yang luas, Giant menggunakan dua jenis resin. 'Resin standar kami digunakan pada semua lini produk kecuali produk SL Lanjutan,' kata Ward. 'Untuk SL Lanjutan, kami menggunakan aditif nanoteknologi. Nanopartikel meningkatkan ketahanan benturan bingkai kami sebesar 18% tanpa efek negatif pada kekakuan atau berat. Harganya jauh lebih mahal.’

Produk sampingan tambahan dari partikel adalah peningkatan pemadatan dinding selama proses curing. 'Nanopartikel memungkinkan resin untuk mengisi rongga mikro di lay-up. Resin sebenarnya mengalir lebih baik, mengurangi potensi rongga dan mengurangi ketebalan dinding, ' Ward menambahkan.

Peran resin dalam pengurangan rongga adalah poin kunci dalam integritas struktural bingkai, seperti yang dijelaskan Dempsey. 'Void di resin adalah lubang yang akan mengumpulkan stres,' katanya. 'Ini adalah titik kegagalan yang potensial, dan rongga gagal dengan meledak saat lapisan terdelaminasi. Anda masih bisa mendapatkan delaminasi tanpa rongga, tetapi Anda ingin membidik kantong udara minimal dalam komposit.’

Selain pemindahan beban, ketebalan dinding, dan kekokohan, resin dapat berpengaruh pada pengendaraan sepeda. Dempsey mengatakan, 'Dari sudut pandang sederhana, Anda dapat menganggap resin sebagai produk gaya Araldite dua bungkus dengan resin dan pengeras. Kuantitas hardener yang digunakan dengan resin yang diberikan dapat memiliki efek substansial pada kualitas pengendaraan. Untuk rangka sepeda yang baik, Anda memerlukan kelenturan di dalam resin yang diawetkan untuk memungkinkan transfer tegangan antar lapisan serat karbon. Anda bisa mendapatkan ini dengan menggunakan resin yang lebih kuat dengan lebih sedikit pengeras. Desainer yang cerdas bisa mendapatkan struktur yang lebih kaku atau lebih sesuai untuk bobot tertentu. Anda tidak dapat mengandalkan resin untuk kekakuan, tetapi sebagai seorang insinyur, Anda perlu menyadari sifat potensial yang dapat ditambahkan resin ke struktur yang sudah jadi.’

Resin jelas penting untuk kualitas bingkai yang sudah jadi, jadi kita kembali ke pertanyaan mengapa kita hanya mendengar sedikit tentang mereka.

'Resin adalah izin, bukan driver fitur, ' kata Dempsey. ‘Resin memungkinkan kita untuk menyatukan berbagai lapisan serat karbon – misalnya T700 ke T800 – untuk menggunakan sifat berbeda yang diberikan serat kepada kita. Ini adalah penjualan yang sulit, dan sangat sulit untuk diputar, tetapi peran yang mereka mainkan tidak boleh diremehkan.’

Giant's David Ward mengatakannya dengan lebih ringkas: 'Resin hanyalah perekat. Mereka tidak seksi.’

Gambar
Gambar

Panasnya saat ini

Mengingat sebagian besar pabrikan sepeda menggunakan karbon pre-preg, pilihan mereka terbatas dalam hal penggunaan resin untuk memengaruhi kinerja rangka. Tapi itu tidak menghentikan orang untuk mencari arah baru, atau mendorong perusahaan resin dan pre-preg untuk menghasilkan produk yang berbeda.

Dempsey berkata, 'Kami sedang bekerja untuk mendapatkan mitra untuk menghasilkan resin yang tidak meledak pada suhu kamar. Salah satu faktor pembatas dengan desain adalah bahwa segera setelah Anda mengambil pre-preg dari penyimpanan dinginnya, ia mulai menyembuhkan udara. Itu tidak akan pernah benar-benar keras di luar oven pengawetan, tetapi itu akan "padam". Pra-pre-preg yang memungkinkan kami untuk menggunakan proses lay-up yang lebih kompleks, dan mengembangkan buku ply kami [lihat glosarium, kiri] ke tingkat yang kami inginkan, akan memungkinkan kami untuk mendapatkan jauh lebih banyak dari hasil akhir kami. Itu akan luar biasa bagi kami.’

Satu area di mana resin memainkan peran besar adalah dalam pembuatan roda karbon. Di sini resin adalah kuncinya, tidak hanya untuk integritas struktural dan kekakuan roda, tetapi juga untuk kinerja pengereman.

Leschik dari Lightweight mengatakan, 'Titik terlemah dari resin adalah perilaku suhunya. Kebanyakan resin memiliki masalah lebih dari 150 ° C. Selama 10 tahun terakhir kami telah meningkatkan ketahanan suhu resin kami tiga kali lipat.’

Hampir setiap pengendara sepeda pasti pernah mendengar cerita horor tentang roda karbon yang gagal pada turunan yang jauh karena penumpukan panas, tetapi apa yang sebenarnya terjadi ketika bantalan rem bertemu dengan pelek? Leschik mengatakan, 'Tribologi adalah ilmu dan rekayasa permukaan yang berinteraksi dalam gerakan relatif. Ini mencakup studi dan penerapan prinsip-prinsip gesekan, pelumasan dan keausan. Pengereman pada pelek CFRP dengan bantalan rem karet dalam kondisi basah atau kering adalah salah satu sistem tribologi tersebut. Optimalisasi sistem ini untuk kinerja rem yang baik tidak mungkin dilakukan tanpa resin tahan suhu tinggi.’

Gambar
Gambar

Seperti halnya kinerja bingkai, aditif dalam resin yang menambah ketahanan panas, dan harganya. Salah satu aditif tersebut adalah keramik – silika. Sementara Aprire tidak membuat roda, Dempsey memahami prosesnya: 'Resin membuat perbedaan besar dalam struktur pelek karbon. Misalnya, menambahkan silika menarik sejumlah besar panas dari tubuh struktur dan memungkinkan aliran udara untuk mendinginkan pelek jauh lebih baik daripada dengan pelek CFRP standar. Tembaga akan menjadi aditif yang bagus karena memiliki kapasitas untuk menarik panas dalam jumlah besar, tetapi ada potensi belerang larut ke dalam resin jika uap air masuk melalui celah mikro. Ini akan menyebabkan delaminasi yang hampir pasti. Heat sink - jerat di dalam resin - memiliki potensi besar. Teknologi ini mungkin akan datang.’

Leschik dari Lightweight juga sangat percaya pada perkembangan resin: ‘Kami sedang mempertimbangkan optimalisasi rim-braking rims. Dengan resin pintar, kami yakin dapat memberikan pengendara performa rem yang sama seperti cakram tanpa satu gram tambahan berat.’

Kebenaran yang sulit

Jelas bahwa resin adalah pahlawan tanpa tanda jasa dari proses pembuatan sepeda. Ini dapat mempengaruhi kekakuan, kekokohan, berat, keamanan, dan harga produk serat karbon, jadi bisakah kita mengharapkan produsen untuk mulai membuat lirik tentang keajaiban barang lengket mereka? Mungkin tidak, karena itu masih hanya satu bagian dari sistem yang kompleks. Resin berkualitas tinggi tidak akan menggantikan serat karbon berkualitas rendah atau teknik konstruksi yang tidak menarik. Seperti yang dikatakan Leschik dari Lightweight, 'Itu sama setiap saat: untuk memasak kue yang enak, Anda membutuhkan bahan yang tepat dalam rasio yang tepat, dibuat dengan baik.'

jargon Karbon: Apa artinya semua itu?

Direkomendasikan: