Resin ndiye shujaa ambaye hajaimbwa ambaye huweka fremu yako ya kaboni pamoja, na ni muhimu vile vile katika utendakazi
Waulize wasafiri wengi wa barabarani fremu yao ya baiskeli imetengenezwa na nini na huenda jibu likawa ‘kaboni’. Uliza mtu yeyote anayehusika katika kutengeneza fremu za baiskeli (au bidhaa zingine zinazotengenezwa kwa nyenzo hii ya ajabu iliyofumwa) na utapata jibu tata zaidi.
‘Katika sekta ya baiskeli kwa kawaida tunasikia mazungumzo ya kaboni lakini kwa kweli hiyo ni rahisi sana - ujumla,' anasema Thomas Leschik, mkuu wa uhandisi katika kampuni ya kutengeneza magurudumu ya Ujerumani Lightweight. 'Kwa kweli ni matrix ya nyuzi za kaboni na resin epoxy. Neno sahihi zaidi ni CFRP - plastiki iliyoimarishwa ya fiber kaboni.‘
Kwa hivyo farasi wetu wanaotamaniwa sana ni zaidi ya baiskeli za plastiki zilizoimarishwa. Ni ufupisho rahisi, na huenda kwa muda mrefu kuelezea umuhimu wa resini - ambayo ni sehemu ya plastiki (au polymer) ya CFRP. Kimsingi resin hupa nyenzo zenye mchanganyiko ugumu wake. Kama Phil Dempsey wa Aprire, kampuni inayobobea katika baiskeli za nyuzi za kaboni, anavyosema, ‘Nyumba za kaboni ni kitambaa tu. Peke yako ni kipande cha kitambaa tu.’
Inapokuja kwa maelezo ya bidhaa na safu ya uuzaji inayoambatana, chapa au aina ya nyuzi za kaboni (km Toray, T800, 65HM1K, moduli ya hali ya juu) mara kwa mara huvumishwa kama kipengele cha msingi cha sifa za bidhaa iliyokamilishwa. Ni kana kwamba hakuna kitu kingine kinachocheza, lakini kwa kweli nyuzi hufanya zaidi ya nusu ya nyenzo za fremu. Wengine ni resin epoxy, ambayo ni wazi lazima iwe na jukumu muhimu katika jinsi baiskeli ya kisasa inavyofanya. Kwa nini, basi, blurb ya uuzaji haiitaji?
ABC ya CFRP
| CFRP |
Plastiki Iliyoimarishwa kwa Nyuzi za Carbon (au polima). Nyenzo ya mchanganyiko inayorejelewa kama kaboni au nyuzinyuzi kaboni. |
| Tiba |
Mchakato wa kuweka joto na mara nyingi shinikizo kwa muundo wa CFRP ili 'kuweka' resin na kumudu ugumu kwenye kipande kilichokamilika. |
| Fibre | Miaro ya kaboni ambayo hufumwa au kuunganishwa pamoja ili kuunda kipengele cha kuimarisha muundo wa CFRP. Mara nyingi huitwa ‘filaments’. |
| Mould | Sehemu halisi ambayo karatasi za nyuzi za kaboni huwekwa ndani na nje ili kuunda fremu. |
| Ply book | Hakika ni kitabu cha mitindo ya ushonaji iliyotukuzwa. Haya yanaeleza jinsi kila kipande cha kaboni kinavyokatwa na kuunganishwa, na ndizo siri zinazolindwa kwa karibu zaidi. |
| Kabla ya ujauzito | Laha za nyuzi za kaboni zilizowekwa resini ambayo haijatibiwa. |
| Resin | polima kioevu kinachotumika kuunganisha nyuzi pamoja ndani ya muundo wa CFRP. |
Maarifa ya ndani
Ili kuelewa jukumu la resini katika baiskeli iliyokamilika ya nyuzinyuzi za kaboni, tunahitaji kuelewa mchakato wa utengenezaji na jinsi resini inavyowekwa ndani yake.
Kimsingi kuna aina mbili za ujenzi wa nyuzi kaboni: mvua na kavu. Kwa ajili ya utengenezaji wa mvua, kampuni hununua kitambaa cha nyuzinyuzi za kaboni ambacho tayari kimepachikwa resin, inayojulikana kama kabla ya ujauzito. Karatasi hizi zenye ukali huwekwa ndani au karibu na ukungu na kisha kutibiwa kwa kutumia joto na shinikizo ili kuingiza ugumu. Mbinu ya utengenezaji wa infusion ya resin kavu inaweza kuchukua aina mbili tofauti. Ya kwanza ni sawa na jinsi utengenezaji wa kabla ya ujauzito hufanyika, na maumbo yaliyokatwa ya kitambaa kavu kilichowekwa juu ya ukungu, na resini ikiongezwa kama sehemu ya mchakato wa kuponya. Mbinu ya pili, inayotumiwa na makampuni kama vile Time na BMC (pamoja na baiskeli zake za Impec), inahusisha kunyoosha muundo unaoendelea kama soksi wa tubular juu ya ukungu kwa urefu mmoja. Kutoka hapa, resini huongezwa chini ya shinikizo kwa maumbo yaliyoundwa tayari.
Giant ndiyo chapa pekee inayotengeneza bidhaa zake zote za kaboni kabla ya mimba kutoka 'spool to finish' - hiyo ni kusema kwamba hununua nyuzi zake za kaboni kama uzi kwenye spools kubwa, huongeza resin yake mwenyewe, na. inaendelea kutengeneza fremu zake, baa, mashina na vifaa vyake. Giant, basi, inaonekana kama kampuni nzuri ya kuuliza kuhusu umuhimu wa resini.
Meneja wake wa bidhaa na mafunzo wa Uingereza, David Ward, anasema, 'Filamenti yetu ya nyuzi za kaboni hutolewa moja kwa moja kutoka kwa Toray [mzalishaji mkubwa zaidi wa nyuzi za kaboni duniani] hadi kwenye chumba cha spool. Kutoka hapo hutiwa nyuzi kwenye vitambaa na kufumwa kwenye karatasi kubwa za kitambaa cha kaboni. Ni baada ya kusuka ambapo resin huongezwa. Utomvu hukaa kwenye bakuli juu ya kusanyiko la roller na hupitishwa kwenye kitambaa kinachosonga, kinachowekwa kwenye nyuzi kupitia rollers.' Mchakato huo ni rahisi, na mbinu inayotumiwa na Giant inafanana sana na ile inayotumiwa na watengenezaji wote. nyuzinyuzi kaboni kabla ya ujauzito. Lakini ingawa inaweza kuwa rahisi katika ufundi wake, usahihi, kurudiwa na udhibiti ni muhimu kwa uadilifu wa bidhaa iliyokamilishwa.
‘Utomvu unatakiwa kutiririka kati na kufunika kila nyuzi kikamilifu,’ anasema Ward. 'Usambazaji mzuri wa resin ni muhimu ili kupata mimba nzuri kabla ya mwisho wa mstari wa uzalishaji.' Dempsey huko Aprire anaongeza, 'Ni muhimu sana kwamba resin ipite kwenye tabaka. Ikiwa umepata resin vibaya, una sura iliyopasuka. Ni muhimu sana.’
Katika unene wake
‘Kwa sababu resini hutengeneza 40% ya fremu Kubwa baada ya kuponya, resini ni sehemu muhimu sana,’ anasema Ward. ‘Pindi tu inapokuwa thermoset [kutibiwa], ni utomvu unaoupa muundo ugumu.’ Mbali na sifa za kimsingi za muundo, utomvu hucheza fungu jingine muhimu. Dempsey anasema, ‘Lazima uhamishe mikazo kutoka sehemu moja hadi nyingine. Ni resini zinazoruhusu uhamishaji wa mizigo kati ya tabaka za nyuzi.’
Resini tofauti zitaathiri utendakazi wa bidhaa ya mwisho. Dempsey anasema, ‘Ikiwa resin ni mnato sana, haitapita kwenye kaboni na unaishia na nyuzi kugusana. Afadhali unataka watenganishwe kwa muda mfupi.’
Kisha kuna suala la kubana, ambalo huathiri unene wa miundo ya kaboni. 'Viongezeo tofauti kwenye resin vitaathiri ugumu,' Dempsey anasema.'Unaweza kupata unene wa safu tofauti kulingana na sifa za resin. Kwa ujumla, resini za bei nafuu zitakuwa nene. Kwa resin nzuri, nyuzi za kaboni zinaweza kuwa microns mbali. Hiyo inakupa kuta nyembamba kwa sifa sawa za nguvu, ikimaanisha sura nyepesi. Resin ya bei nafuu huacha nyenzo zaidi kati ya nyuzi na tabaka.’
Jitu kubwa linapotengeneza ndani kabisa, limeweza kutengeneza resini zake. Ward anasema, 'Tuko kwenye kizazi chetu cha tatu cha ukuzaji wa resini sasa. Maelezo madogo zaidi ya mchakato wa kufinyanga na kuponya yote yanategemea sifa za resini - halijoto inapozimika na muda wa kuponya.’ Kutokana na anuwai ya bei ya bidhaa zake za kaboni, Giant hutumia aina mbili za resini. 'Resin yetu ya kawaida hutumiwa kwenye laini zote za bidhaa isipokuwa bidhaa za Advanced SL,' anasema Ward. 'Kwa SL ya Juu, tunatumia kiongezi cha nanoteknolojia. Nanoparticles huongeza upinzani wa athari wa fremu zetu kwa 18% bila athari hasi kwenye ugumu au uzito. Zinagharimu zaidi ingawa.’
Bidhaa ya ziada ya chembechembe hizo ni mgandamizo wa ukuta ulioboreshwa wakati wa tiba. 'Nanoparticles huruhusu resin kujaza tupu ndogo kwenye safu. Resini kwa kweli hutiririka vyema, na hivyo kupunguza uwezekano wa utupu na kupunguza unene wa ukuta,’ Ward anaongeza.
Jukumu la utomvu katika kupunguza utupu ni jambo muhimu katika uadilifu wa muundo wa fremu, kama Dempsey anavyoeleza. "Utupu kwenye resin ni mashimo ambayo yatakusanya mafadhaiko," anasema. 'Hizi ni sehemu zinazowezekana za kutofaulu, na utupu hushindwa kwa kupasuka kadiri tabaka zinavyopungua. Bado unaweza kupata delamination bila voids, lakini unataka kulenga mifuko ya hewa kidogo katika composite.’
Mbali na uhamishaji wa mizigo, unene wa ukuta na uimara, resini zinaweza kuathiri uendeshaji wa baiskeli. Dempsey anasema, 'Kwa mtazamo rahisi, unaweza kufikiria resini kama bidhaa ya mtindo wa Araldite ya pakiti mbili na resin na ngumu. Kiasi cha kigumu kinachotumiwa na resini fulani kinaweza kuwa na athari kubwa kwenye ubora wa safari. Kwa fremu nzuri ya baiskeli, unahitaji kujipinda ndani ya utomvu ulioponywa ili kuruhusu uhamishaji wa mikazo kati ya safu za nyuzi za kaboni. Unaweza kupata hii kwa kutumia resin yenye nguvu na ngumu kidogo. Wabunifu wajanja wanaweza kupata muundo mgumu au unaofanana zaidi kwa uzito fulani. Huwezi kutegemea resini kwa ugumu lakini, kama mhandisi, unahitaji kufahamu sifa zinazoweza kuongezwa na resini kwenye muundo uliokamilika.’
Resini ni muhimu kwa ubora wa fremu iliyokamilika, kwa hivyo tunarudi kwenye swali la kwa nini tunasikia machache kuzihusu.
‘Resin ni kibali, si kiendesha kipengele,’ anasema Dempsey. 'Resin huturuhusu kuunganisha tabaka tofauti za nyuzi za kaboni pamoja - kwa mfano T700 hadi T800 - kutumia sifa tofauti ambazo nyuzi zilizopo kwetu. Ni ngumu kuuza, na ni ngumu sana kusokota, lakini jukumu wanalocheza halipaswi kupuuzwa.’
David Ward wa Giant anaiweka kwa ufupi zaidi: ‘Resini ni gundi tu. Hazivutii.’
Joto la sasa
Kwa kuzingatia kwamba watengenezaji wengi wa baiskeli hutumia kaboni kabla ya ujauzito, chaguo lao ni kikomo katika suala la kutumia utomvu kuathiri utendakazi wa fremu. Lakini hiyo haiwazuii watu kutafuta njia mpya, au kusukuma resin na kampuni za kabla ya kuzaa ili kuzalisha bidhaa tofauti.
Dempsey anasema, ‘Tunajitahidi kupata washirika watengeneze utomvu ambao hauzimiki kwenye joto la kawaida. Kipengele kimoja cha kuzuia na muundo ni kwamba pindi tu unapochukua ujauzito kutoka kwa hifadhi yake baridi, huanza kutibu hewa. Kamwe haitakwenda kikamilifu nje ya tanuri ya kuponya, lakini "itaondoka". Mimba ya mapema ambayo ilituruhusu kutumia mchakato mgumu zaidi wa kupanga, na kukuza kitabu chetu cha kuandikia [angalia faharasa, kushoto] hadi kiwango tunachotaka, ingeturuhusu kupata mbali zaidi kutoka kwa matokeo yetu ya mwisho. Hilo lingekuwa jambo zuri kwetu.’
Eneo moja ambapo resini huchukua sehemu kubwa ni kutengeneza gurudumu la kaboni. Hapa resini ni muhimu, si tu kwa uadilifu wa muundo na ugumu wa gurudumu, lakini pia kwa utendaji wa breki.
Leschik wa Lightweight anasema, ‘Njia dhaifu ya utomvu ni tabia yake ya halijoto. Resini nyingi zina shida zaidi ya 150 ° C. Katika miaka 10 iliyopita tumeongeza upinzani wa joto wa resini zetu mara tatu.’
Takriban kila mwendesha baiskeli atakuwa amesikia hadithi ya kutisha kuhusu gurudumu la kaboni kushindwa kushuka kwa muda mrefu kutokana na kuongezeka kwa joto, lakini ni nini hasa hufanyika pedi ya breki inapokutana na ukingo? Leschik anasema, 'Tribolojia ni sayansi na uhandisi wa nyuso zinazoingiliana katika mwendo wa jamaa. Inajumuisha utafiti na matumizi ya kanuni za msuguano, lubrication na kuvaa. Kufunga breki kwenye ukingo wa CFRP na pedi za breki za mpira katika hali ya mvua au kavu ni mfumo mmoja kama huu wa tribolojia. Uboreshaji wa mfumo huu kwa utendaji mzuri wa breki hauwezekani bila resini zinazostahimili halijoto ya juu.’
Kama ilivyo kwa utendakazi wa fremu, ni viungio katika rehani vinavyoongeza uwezo wa kustahimili joto na bei. Moja ya nyongeza hiyo ni kauri - silika. Ingawa Aprire haitengenezi magurudumu, Dempsey anaelewa mchakato huo: 'Resini hufanya tofauti kubwa katika muundo wa mdomo wa kaboni. Kwa mfano, kuongeza silika huondoa kiasi kikubwa cha joto kutoka kwa mwili wa muundo na kuruhusu mtiririko wa hewa kupoeza mdomo vizuri zaidi kuliko ukingo wa kawaida wa CFRP. Shaba inaweza kuwa nyongeza nzuri kwani ina uwezo wa kuteka kiasi kikubwa cha joto, lakini kuna uwezekano wa salfa kuingia kwenye resini ikiwa unyevu ungeingia kupitia nyufa zozote ndogo. Hii inaweza kusababisha karibu delamination fulani. Vipu vya joto - meshes ndani ya resin - vina uwezo mkubwa. Teknolojia hii inaweza kuja.’
Leschik wa Lightweight pia ana imani kubwa katika maendeleo ya utomvu: ‘Tunaangalia uboreshaji wa rimu zinazofunga breki. Tukiwa na resini mahiri tuna hakika kuwa tunaweza kumpa mwendeshaji utendakazi sawa wa breki kama diski bila gramu moja ya ziada ya uzito.’
Ukweli mgumu
Ni wazi kwamba utomvu ni shujaa asiyejulikana wa mchakato wa ujenzi wa baiskeli. Inaweza kuathiri ugumu, uimara, uzito, usalama na bei ya bidhaa za nyuzinyuzi za kaboni, kwa hivyo tunaweza kutarajia watengenezaji waanze kuweka sauti kuhusu maajabu ya vitu vyao vya kunata? Labda sivyo, kwa sababu bado ni sehemu moja tu ya mfumo mgumu. Resin ya ubora mkubwa haitatengeneza nyuzi duni za kaboni au mbinu za ujenzi ambazo hazijahamasishwa. Kama vile Leschik wa Lightweight anavyosema, ‘Ni sawa kila wakati: ili kupika keki nzuri unahitaji viungo vinavyofaa katika uwiano unaofaa, vilivyotengenezwa vizuri.’
Jarida ya kaboni: Yote inamaanisha nini?
