Uhlíková vlákna - karbonové kompozity — Materiály — Duratec

Použité materiály

Uhlíková vlákna - karbonové kompozity

Inovace se projevila i ve směru používaných materiálů při výrobě rámů jízdních kol i ostatních komponent. Ve velké míře se v současné době využívají karbonové kompozity a to zejména z důvodu jejich vlastností.

Firma Duratec ve své dílně vyrábí kompozitové monokoky použitím unikátní technologie AFCF vyvinuté ve Vývojovém centru DURATEC a používá vysokomodulární grafitizovaná vlákna (HM – High Modulus). Vysoký modul vláken znamená výrobu z jemnějších uhlíkových vláken s vyšším "Youngovým modulem" - vyšší tuhost a pevnost. Čím vyšší modul, tím vyšší cena materiálu a tím lepší mechanické vlastnosti. (viz dále)  (odkaz na AFCF) 

Výhody použití uhlíkového kompozitu: nízká hmotnost, vysoká pevnost, vynikající absorbční vlastnosti rázů, vysoká životnost, velmi příznivá únavová charakteristika (viz obr. níže), velmi kompaktní a atraktivní design vycházející ze skladby a typu použitých vláken

Únavová křivka

Jaký materiál si vybrat pro své kolo? Výše uvedené výhody lákají k volbě kompozitu, ale běžný uživatel by měl znát i nevýhody kompozitů a to neopravitelnost a neservisovatelnost. Toto zde uvádíme s patřičným důrazem, protože klienti značky DURATEC jsou zvyklí na "fullservice", kdy je možné si nechat po letech rám repasovat (odlakovat a nově nalakovat) a užívat jej další roky. V případě volby kompozitu tento servis ale zajistit nelze! S tím souvisí i jeho neopravitelnost. V případě nehody, pádu atd. může dojít k vytvržení vláken, lomu trubky či jinému porušení struktury, kterou "zatím" nejsme schopni opravit. 

Rozdíly v ceně karbonových rámů: Velmi často se setkáváme s otázkou "Proč se ceny karbonových rámů pohybují od 18tis. Kč až třeba k 80tis. Kč?". Od počátku výrobního procesu je možné se odlišovat. Rozdíl najdeme již v samotném výrobním materiálu - kompozitu, který ovlivňuje výsledné jízdní vlastnosti. Použití kompozitu od renomovaných značek např. Hexcel či Toray (Japonsko), kteří garantují certifikaci materiálu, samozřejmě zvyšuje cenu, ale přináší garanci jeho kvality a normou předepsaných parametrů. Cena materiálu je též závislá na technických požadavcích na tzv. modulu pružnosti daného materiálu. Jak již bylo uvedeno, čím vyšší nároky, tím vyšší cena. Rozdíl v ceně může být způsoben též zvolenou technologií výroby karbonových rámů, která se neustále vyvíjí. Náklady na vývoj se hradí z prodeje výrobků a tím dochází k ovlivnění ceny finálního výrobku. Ve vývoji se jedná o vývoj výrobní technologie a vývoj technického designu výrobku. Požadovaná pevnost a tuhost konstrukce rámu závisí na zkušenostech konstruktéra, který dimenzuje rám a tím ovlivňuje jeho vlastnosti zejména skladbou a počtem střihů na 1 ks rámu. Pro lepší představu lze uvést, že model Cult CR3 se skládá cca z 200 střihů. Snížením počtu střihů dochází ke snížení spotřebovaného materiálu, ale zároveň toto snížení ovlivní i výsledné mechanické - jízdní - vlastnosti. Počet střihů snižuje i časové nároky na položení střihů a tím zlevňuje výrobu. Dalšími faktory ovlivňujícími cenu výrobku může být opakovatelnost použití formy a dále pak klasické ukazatele nákladů jako je sériovost, cena pracovní síly, režie provozu atd.  

TECHNICKÉ INFORMACE PRO ZVÍDAVÉ

Charakteristika kompozitu: materiál dvou nebo více složek s rozdílnými vlastnostmi, které dohromady dávají výslednému výrobku nové vlastnosti. V případě uhlíkového kompozitu jsou jednou ze substancí uhlíková vlákna zajišťující pevnost a druhou pojivo (nejčastěji polymerní pojiva). Typ použitých uhlíkových vláken ovlivňuje výsledné mechanické vlastnosti kompozitu. 

Charakteristika uhlíkových vláken: Existuje mnoho marketingových bublin okolo uhlíkových vláken a okolo technologií zpracování těchto vláken s cílem přesvědčit veřejnost o koupi výrobku. Reálné rozdíly v materiálu jsou však poměrně jednoduché. Porovnávacím parametrem je modul pružnosti - Youngův modul. Většina uhlíkových vláken se prodává s modulem pružnosti 33 MSI. Tyto vlákna mohou být menšího průměru, což má za následek vyšší tuhost průřezu. Vlákno označované Intermediate Modulus (IM vlákna) má modul 42 MSI. Výhodou použití vláken s vyšším MSI je použití méně materiálu pro dosažení stejné tuhosti a tedy lehčí konstrukce! Vlákna IM jsou však dražší díky vyšším nárokům na jejich výrobu. Dosažení vyšší tuhosti než vláken IM lze dosáhnout zmenšením průměru vlákna, ale zvýšením jeho hustoty. Tím vznikají vlákna HM (High Modul - 55 MSI a vyšší), která jsou poměrně drahé a křehké.  

Uhlíková vlákna jsou dodávána v různých velikostech, určených v tisících (K) vláken - 1K, 3K, 6K, 12K, 24K, 50K a další. Tato vlákna jsou tkané do tkaniny různými vzory - 3K je nejčastějsí. Duratec používá nejčastěji UD (undirectional) jednosměrné vlákno.