Карбонові велосипедні рами - особливості та нюанси вибору

Відредаговано: 20.08.2019

Продовжуючи серію статей про матеріали, що застосовуються для виготовлення велосипедних рам, поговоримо про такій відносно молодій і перспективній матеріалі як карбон або вуглепластик.

У попередніх статтях були розглянуті переваги і недоліки традиційних металевих рам - сталевих, алюмінієвих та титанових. Метал завжди психологічно має більшу довіру - він міцний та надійний .

Для початку давайте розберемося в самому понятті «карбон»?. Англійською цей матеріал називається «carbon fiber», що перекладається як «вуглецеве волокно».

Що таке карбон (вуглепластик)

Карбон - це полімерний композиційний матеріал з переплетених ниток вуглецю, розташованих в матриці з різних полімерних смол.

Товщина вуглецевих ниток, що представляють тонкі трубочки, практично повністю складаються з вуглецю, становить від 0,005 до 0,015 мм. Отримують їх за допомогою спеціальної термічної обробки штучних або природних речовин.

Вуглецеві волокна володіють великою поздовжньою міцністю, тобто розірвати їх дуже важко, а ось бічна міцність у них низька - вони легко ламаються убік. Саме тому міцність будь-якої карбонової конструкції досягається тим, що різні шари ниток розташовуються в ті сторони, на які діють сили в готовому виробі.

Друга і не менш важлива частина карбону – смоли, головне завдання яких утримувати волокна в заданому положенні, зберігаючи форму виробу. Від їх типу і якості, залежить,наскільки міцно різні шари ниток будуть пов'язані один з одним і, в кінцевому рахунку, фізичні та експлуатаційні властивості готових виробів. Смоли можуть застигати або в звичайних умовах, або «запікатися» в спеціальних печах, що різко підвищує якість готової продукції.

Одним з типів таких смол виступають різні епоксидні смоли.

Іноді для додаткового армування карбону використовують каучук. Він надає ще й сірий відтінок.

Враховуючи особливості цього матеріалу, його дуже широко використовують у багатьох галузях промисловості. У велосипедобудування карбон прийшов не так давно, але вже встиг міцно зайняти гідне місце. Його використовують при виготовленні рам, коліс, подседельных штирів, керма та виносів керма, жорсткої вилки – тобто практично всього велосипеда.

Карбонова велосипедна рама – це сплетена зі скло- та вуглецевих волокон конструкція, просочена синтетичними смолами і «спечена» при високій температурі. За рахунок спрямованого плетіння конструкція рами отримує потрібні характеристики міцності.

Грамотно спроектовані карбонові рами дуже добре гасять вібрації при поїздці саме завдяки своїй тканинній структурі. Їхати на такій рамі м'яко і приємно. Як згадувалося вище, важливим елементом при виробництві є смола. Саме вона розсіює енергію удару по всій конструкції. Правильно розташовані шари тканини з карбонових ниток, дають гарне виброгашение і пружність, які точно не отримаєш використовуючи алюміній. Багато в чому властивості готового виробу залежать від способу його «випічки». Особливі поєднання напрямків і кількості шарів, склад смол, температури і тиску при нагріванні форм практично завжди найбільш охоронювані секрети серйозних виробників. Але ще раз підкреслю – грамотно спроектовані рами.

Саме тому для гонщиків виготовляють індивідуальну раму точно під його вагу, індивідуальні особливості тіла, посадку і т.д. Коштує вона дуже дорого, але свою ціну окупає.

А ось виготовлена невідомою китайською фірмою конструкція під усередненого жителя Піднебесної, в якій шари укладаються, як доведеться, просочуються звичайною епоксидкою і сушаться на око, навряд чи витримає нашу людину, та ще й на наших дорогах. Правда виглядає такий байк дуже красиво – цього у китайців не відняти.

Чому ми говоримо тільки про «китайців». Справа в тому, що виробництво карбонових виробів дуже шкідливе. Велосипедні рами виробляють вручну, а пари смол і затверджувачів, дрібнодисперсний пил при шліфуванні готових виробів швидко вбивають здоров'я працівників. Тому їх виробництво в Європі дороге задоволення. І хороша рама не може коштувати 200-300 доларів.

Цікаве відео про міцність карбонової і алюмінієвої рами

Карбонові рами дуже жорсткі та міцні, але крихкі та погано переносять удари, особливо поперечні, подряпини і відколи.

До речі, для любителів цікавих фактів та історії. Перша велосипедна рама з карбоновими трубами в Радянському Союзі, а можливо і в світі, була виготовлена ще в 1978 році у Всесоюзному Науково-Дослідному і проектному інституті штучного волокна і пряжі (ВНІІІВПроект) в підмосковному місті Митищі.

На жорсткість і міцність карбонової рами впливають наступні фактори.

1. Чим менше використовується смоли – тим рама міцніше.
2. Кількість шарів. Чим більше шарів, розташованих в різних напрямках, тим міцніше рама.

Металеві вставки в карбонові велорами.

Карбон дуже в'язкий і крихкий матеріал і нарізати в ньому різьблення неможливо. Принаймні на сучасному етапі розвитку технологій. Тому при виготовленні рами в неї вклеюють сталеві, алюмінієві або титанові барила з готовою різьбою, наприклад, для каретки, а в деяких моделях карбонові труби вставляють в сталеві з'єднувальні елементи рами.

Але! Будь-який з цих металів і карбон мають різні коефіцієнти розширення при зміні температур (це за законами фізики), що особливо актуально для нашої кліматичної зони. Через це з часом все вклеєні частини відклеюються і вискакують, причому, як завжди в самий невідповідний для цього момент. Причому всі ці вставки постійно несуть на собі навантаження (в підсідельній і рульової трубах, в каретці). Особливо це важливо при зимових поїздках або в сильну спеку.

Рано чи пізно це станеться, а як ставиться до розповідей менеджерів що продають, про те, що саме в їх велосипедах застосовується самий супер-пупер міцний і секретний клей, і взагалі карбон у них виготовлений за космічними технологіями, це вже Ваша справа.

На фотографії видно якраз один із прикладів подібної проблеми.

Плюси велосипедних рам з карбону:

• Мала вага, майже як у титанових, іноді навіть легше. У серійному виробництві вага рам доходить до 1,1-1,5 кг.
• Висока міцність.
• Можливість виготовити раму будь-якої міцності і форми, аж до індивідуальних особливостей. Правда це використовується в основному в спортивних дисциплінах.
• Повна відсутність корозії.

Основні недоліки карбонових рам:

• Тільки грамотно спроектована геометрія рами, причому враховуючи вагу велосипедиста, правильно підібраний напрямок шарів волокон, виконана з якісних матеріалів сама рама, вилка і задні пір'я можуть непогано гасити дрібні вібрації. Їхати на такій рамі буде досить комфортно. В інших випадках велосипед може виявитися дуже жорстким, на відміну від велосипеда зі сталевою рамою, у якого сама сталь за своїми фізичними властивостями добре гасить вібрації у всіх напрямках. Підкреслюю ще раз – велосипед, розрахований для сто кілограмового велосипедиста буде жорстким для 70 кілограмів.
• Якщо ваша вага більше 100 кг дуже серйозно поставтеся до вибору. Уважно вивчіть інструкцію на предмет граничної ваги на який розрахований велосипед. При таких вагах ударне навантаження, навіть при з'їзді з бордюру, особливо регулярно повторюється, веде до її руйнування. У таких випадках ми радимо купувати сталеві або алюмінієві велосипеди.
• Надійність рами так само сильно залежить від якості виготовлення і продуманості геометрії рами. В іншому випадку вона може швидко зруйнуватися.
• Висока ціна. Китайці змогли довести їх ціну до прийнятних рівнів і витіснили титанові моделі, але поки не досягли рівнів хороших сталевих і алюмінієвих моделей.
• Крихкість. Бояться точкових ударів, вимагають акуратного поводження, відсутності ударів і падінь велосипеда. У місцях відколів або сильних подряпин їх фортеця порушується.
• Руйнуються відразу і швидко – значно гірше, ніж алюмінієві.
• Дуже складно ремонтуються. Деякі майстри намагаються закладати «точкові» удари і навіть поломки, але ефективність таких ремонтів занадто низька. Це пояснюється тим, що якщо ремонтувати раму накладанням карбонового бандажа, то зміниться перетин труби. Відповідно зміняться навантаження, що діють на неї, а саме місце ремонту все-одно залишиться «слабкою ланкою», яке може «вистрілити» в майбутньому.
• При температурах менше нуля карбон, на відміну від всіх металів, стає більш крихкий. Не можна сказати, що взимку він розсиплеться при падінні, але ймовірність поява відколів і тріщин при ударі підвищується.
• Середній термін служби – всього кілька років. Це практично самі мало живуть велосипеди, причому, вони на порядок дорожче сталевих.
• На велосипеді з карбонової рамою складно встановити багажник, хоча наші умільці вирішують і цю проблему, правда досить кустарними методами.

Ще маленький штришок з приводу крихкості карбону. Якщо на сталевому велосипеді почати туго затягувати болт в кріпленні підсідельного штиря (у нас же народ фізично міцний) – нічого не трапиться, максимум зірвете різьблення і замініть болт. А ось теж саме зробити на карбоновому підсіделі – відразу отримаєте тріщину. До речі, кілька фото про китайських карбонових підсіделах, які не витримали поперечного навантаження і зламалися під час поїздки. Погодьтеся, у велосипедиста були не найприємніші відчуття в цей момент.

Відео про плюси і мінуси карбонових велосипедів

Хочеться зробити маленьке зауваження з приводу цього відео. Хлопці, як приклад, говорять про те, що «карбонові лопасті вертольотів не руйнуються від кульових отворів». Зауважу на це наступне: по-перше – лопасті, звичайно, не руйнуються, але їх відразу ж міняють на аеродромі, як тільки вертоліт туди дотягне. І по-друге – ну там явно не той же матеріал, що в велосипедній рамі і роблять його точно не китайські майстри. Виробництво авіаційного карбону процес дуже копіткий, складний і дорогий.

Основна проблема карбонових рам

У чому, на мій погляд, основна проблема карбонових рам? Як не дивно, ні в експлуатаційних характеристиках і навіть не в ціні. Той хто вирішив її купити швидше за все має на це гроші. Справжня складність в тому, щоб знайти і купити грамотно спроектовану раму зі справжнього і якісного карбону, а не з суміші карбонового волокна і склопластику.

Чому? На самому початку статті ми описали що з себе представляємо карбон як матеріал. Саме по собі вуглецеве волокно коштує не дешево, та й правильно підібрати смоли, якими його заливають, дотримати всю технологію виробництва, викласти шари тканини під правильними кутами, що забезпечують оптимальний розподіл навантажень не так просто.

При виробництві рами карбонові шари вручну накладають один на інший. Причому нитки повинні перетинатися під потрібним кутом. При цьому дуже багато залежить від кваліфікації працівника. Якщо між шарами, в смолі, залишаться невеликі бульбашки повітря, то при запіканні, в рамі утворюються порожнечі, значно знижують її міцність. Товщина стін і так не дуже велика, а тут ще й порожнечі всередині неї. Саме в цих місцях вони люмаются і починають розшаровуватися.

При виготовленні авіаційних виробів йде постійний контроль якості з використанням спеціального обладнання на всіх етапах виробництва, що навряд чи робиться при виготовленні велосипедів. Та й товщина стінок виробів там значно вище, ніж у труб.

З урахуванням того, що виробництво виробів з карбону вимагає багато ручної праці і часу, особливо при виготовленні деталей складних форм, основне їх виробництво розташоване в Китаї. Я не збираюся оскаржувати того, що частина світових брендів дійсно роблять хороші і якісні рами під наглядом фахівців (з великої літери), за хорошими матрицями і лекалами, з якісних матеріалів і на своєму обладнанні. Такі рами дуже гарні за всіма параметрами і на них можна нормально їздити, не боячись, що вона зламається при стрибку з бордюру.

Але, по-перше такі велосипеди коштують не 200-300$, а на порядок вище, а по-друге, і це головне: Ви можете бути впевнені в тому, що купуєте велосипед саме справжніх брендів, а не дешеву і красиво розфарбовану підробку з китайського гаража або вибракований при контролі якості байк?

Витратити великі гроші, покататися трохи і при першому ж серйозному падінні або ударі зламати раму і викинути її на звалище? Це, як то кажуть, на любителя.

Відео про те як роблять індивідуальні карбонові рами велосипедів

І як організовано якісне виробництво карбонових рам Giant на китайській фабриці

І на завершення ще одне відео про те як розпізнати китайську підробку справжніх брендів

Чи варто купувати велосипед з карбоновою рамою?

Розглянемо це питання з двох позицій:

1. Купівля карбону з рук (б/ушный велосипед)
2. Купівля нового велосипеда.

Що потрібно зробити для перевірки якості при покупці б / у карбону:

Вище вже згадувалося про те, що карбон боїться точкових ударів. Він в цих місцях починає руйнуватися. Друге слабке місце – металеві вставки. Це основні приховані загрози старих карбонових байків. Тому потрібно:

1. Ретельно оглянути раму на предмет зовнішніх пошкоджень, тріщин, глибоких подряпин, відколів і т.п. будь-яка тріщина – це дуже серйозна проблема для композитного матеріалу. У цьому місці різко зростає ймовірність руйнування і кататися на такому байку просто небезпечно. Врахуйте, що вона може бути під шаром фарби і непомітна на перший погляд.
2. Зверніть увагу при огляді на наявність розшарування шарів. Розшарування шарів карбону означає, що смола, що зв'язує шари пошкоджена і більше не тримає їх, а значить різко зменшується міцність видіння.
   Ознаки розшарування шарів:
   • Затуманений або побілілий ділянку поверхні, зовні відрізняється від нормальних частин. Цілі ділянки склоподібні, мають глибокий блиск, як ніби дивишся на рідину. У розшарованих місцях смола пронизана мікротріщинами і тому вони виглядають матовими, що втратили яскравість.
   • На поверхні видно здуття або невеликі хвилі, складки. Якщо помітні переливи в кольорі на начебто рівній трубі - це серйозна причина для відмови в покупці. Практично завжди це означає, що карбон вже починає руйнуватися. Тільки не потрібно плутати переливи в реальному фарбуванні і переливи в кольорі карбону.
   • Всі труби рами повинні бути рівні і гладкі.
   • Для перевірки цілісності карбону хорошим методом можна вважати простукування.

     Якщо Вам "ведмідь не топтався по вухах", то рекомендуємо спробувати. Тільки стукати потрібно не пальцем, а твердим предметом. Стукіт по поверхні карбону викликає характерний дзвінкий звук. У зоні розшарування або тріщини звук буде іншим, зазвичай менш дзвінким.

     Так само можна перевірити велосипед на скрипи. Сядь на нього і спробуйте посувати в сторони. Тріщини і розшарування можуть викликати поскрипування або навіть попискування. Спробуйте знайти причину скрипів-якщо це, наприклад, педалі-це одне питання, але якщо скрип йде від рами – це вже погано.

   • Перевірити жорсткість посадки металевих вставок-рухаються вони чи ні, що зробити по інтернету проблематично. Так само зверніть знімання на підсідельну трубу і кріплення в ній підсідельного штиря.
   • Спробувати з'ясувати реальну причину продажу, в яких умовах байк експлуатувався і зберігався, чи часто падав, хто і як на ньому катався. Все-таки карбонові велосипеди краще експлуатувати і зберігати акуратно.
   • Коли він був куплений перший раз. Так з'ясовується наскільки він старий – адже термін нормальної експлуатації цих велосипедів всього кілька років. І якщо пропонується модель з 5-6 річним терміном експлуатації – то особисто я б не купував.
   • Спробувати на ньому покататися та визначити чи підходить він Вам по геометрії рами, росту, жорсткості, амортизаційним властивостям і т.п. Я б радив саме нормально покататися, а не посидіти і «проїхатися кружечок».

Ну і далі, в залежності від пропонованої ціни та цілей, для яких ви його купуєте, приймайте рішення.

Хоча особисто я рекомендую, якщо сильно хочете купити собі краще новий.

Що стосується покупки нового карбонового велика.

На мій погляд, карбон дуже перспективний матеріал для виготовлення велосипедних рам. Його використання в професійному велоспорті виправдано і себе окупає.

Що стосується рядового велосипедиста, який використовує великий «для покататися і отримати задоволення», я вважаю так: якщо є зайві гроші, сильне бажання і можливість – ну купіть та спробуйте. Хоча все ж краще спочатку спробуйте. Відчуйте їзду на ньому і, якщо сподобається, купіть.

Особисто моя думка – я б купив собі за ці гроші хороший сталевий або титановий велосипед. І в загальному то, тільки через те, що вони більш міцні, надійні і я зможу їх через кілька років експлуатації спокійно продати або залишити підрослим дітям.

У наступній статті, ми трохи поговоримо про рами, виконаних з рідкісних і оригінальних матеріалів. Яких? Перейдіть по цій ссылке і почитайте.

Що ще можна почитати про матеріали для велосипедних рам:

1. Матеріал для велосипедної рами
2. Плюси і мінуси сталевих велосипедних рам
3. Велосипедні рами з алюмінію (алюмінієвих сплавів)
4. Титанові велосипедні рами
5. Оригінальні та експериментальні матеріали для велосипедних рам (магній, скандій, дерево, бамбук)