เรซินคือฮีโร่ที่ไม่ได้ร้องที่ยึดเฟรมคาร์บอนไว้ด้วยกัน และมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพเช่นกัน
ถามนักปั่นส่วนใหญ่ว่าเฟรมจักรยานของพวกเขาทำมาจากอะไร และคำตอบน่าจะเป็น 'คาร์บอน' ถามทุกคนที่เกี่ยวข้องกับการทำเฟรมจักรยาน (หรือผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ทำจากวัสดุทอมหัศจรรย์นี้) แล้วคุณจะได้คำตอบที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น
‘ในอุตสาหกรรมจักรยาน เรามักจะได้ยินการพูดถึงคาร์บอน แต่จริงๆ แล้วนั่นง่ายเกินไป – เป็นลักษณะทั่วไป” Thomas Leschik หัวหน้าฝ่ายวิศวกรรมของผู้ผลิตล้อสัญชาติเยอรมัน Lightweight กล่าว 'เป็นเมทริกซ์ของเส้นใยคาร์บอนและอีพอกซีเรซิน คำที่แม่นยำยิ่งขึ้นคือ CFRP – พลาสติกเสริมใยคาร์บอน’
ดังนั้น ม้าตัวโปรดของเราจึงเป็นมากกว่าจักรยานยนต์พลาสติกเสริมความแข็งแกร่ง เป็นคำย่อง่ายๆ และอธิบายได้อย่างชัดเจนถึงความสำคัญของเรซิน ซึ่งเป็นส่วนพลาสติก (หรือพอลิเมอร์) ของ CFRP โดยพื้นฐานแล้วเรซินทำให้วัสดุคอมโพสิตมีความแข็งแกร่ง ตามที่ Phil Dempsey แห่ง Aprire ซึ่งเป็นบริษัทที่เชี่ยวชาญด้านจักรยานคาร์บอนไฟเบอร์กล่าวว่า คาร์บอนไฟเบอร์เป็นผ้าล้วนๆ อยู่คนเดียวมันก็แค่เศษผ้า’
เมื่อพูดถึงคำอธิบายผลิตภัณฑ์และเนื้อหาทางการตลาดที่เกี่ยวข้อง แบรนด์หรือประเภทคาร์บอนไฟเบอร์ (เช่น Toray, T800, 65HM1K, โมดูลัสสูงพิเศษ) มักจะใช้เสียงแตรเป็นคุณลักษณะพื้นฐานของคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ราวกับว่าไม่มีอะไรให้เล่นอีกแล้ว แต่อันที่จริงแล้ว เส้นใยประกอบขึ้นจากวัสดุเฟรมเพียงครึ่งเดียว ส่วนที่เหลือคืออีพอกซีเรซิน ซึ่งเห็นได้ชัดว่าต้องมีบทบาทสำคัญในการทำงานของรถมอเตอร์ไซค์สมัยใหม่แล้วทำไมการตลาดถึงไม่ค่อยพูดถึงมัน?
ABC ของ CFRP
| CFRP |
พลาสติกเสริมใยคาร์บอน (หรือโพลีเมอร์). วัสดุคอมโพสิตอ้างอิง เป็นคาร์บอนไฟเบอร์หรือคาร์บอนไฟเบอร์ |
| รักษา |
กระบวนการใช้ความร้อนและมักจะกดดันโครงสร้าง CFRP เพื่อ 'ตั้งค่า' เรซิ่นและให้ความแข็งแกร่งกับชิ้นงานที่เสร็จแล้ว |
| ไฟเบอร์ | เส้นใยคาร์บอนที่ทอหรือถักเข้าด้วยกันเพื่อสร้างองค์ประกอบเสริมแรงของโครงสร้าง CFRP มักเรียกกันว่า 'เส้นใย' |
| แม่พิมพ์ | ส่วนประกอบทางกายภาพในและรอบๆ ที่วางแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อสร้างเฟรม |
| หนังสือชั้น | หนังสือรูปแบบการตัดเย็บอันทรงเกียรติ รายละเอียดเหล่านี้มีรายละเอียดเกี่ยวกับการตัดและประกอบชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์แต่ละชิ้น และถือเป็นความลับที่ปกปิดมากที่สุด |
| Pre-preg | แผ่นใยคาร์บอนที่ชุบด้วยเรซินที่ไม่ผ่านการบ่ม |
| เรซิ่น | โพลีเมอร์เหลวที่ใช้เชื่อมเส้นใยเข้าด้วยกันภายในโครงสร้าง CFRP |
ความรู้วงใน
เพื่อให้เข้าใจถึงบทบาทของเรซินในจักรยานยนต์คาร์บอนไฟเบอร์ที่เสร็จแล้ว เราต้องเข้าใจกระบวนการผลิตและวิธีที่เรซินถูกรวมเข้ากับจักรยานยนต์
โครงสร้างคาร์บอนไฟเบอร์มีสองประเภท: เปียกและแห้ง สำหรับการผลิตแบบเปียก บริษัทซื้อผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ที่ชุบด้วยเรซินแล้ว หรือที่เรียกว่าพรีเพกแผ่นที่ไม่มีรสนิยมเหล่านี้ถูกวางลงในหรือรอบ ๆ แม่พิมพ์ จากนั้นจึงบ่มโดยใช้ความร้อนและแรงกดเพื่อปลูกฝังความแข็งแกร่ง เทคนิคการผลิตการแช่เรซินแบบแห้งมีรูปแบบที่แตกต่างกันสองแบบ วิธีแรกคล้ายกับวิธีการผลิตพรีเพก โดยนำผ้าแห้งมาวางบนแม่พิมพ์ โดยมีการเติมเรซินเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการบ่ม เทคนิคที่สอง ซึ่งใช้โดยบริษัทต่างๆ เช่น Time และ BMC (กับจักรยานยนต์ Impec) เกี่ยวข้องกับการยืดโครงสร้างที่เหมือนถุงเท้าท่อแบบต่อเนื่องบนแม่พิมพ์ในความยาวเดียว จากนี้ไป เรซินจะถูกเติมภายใต้แรงกดดันต่อรูปทรงที่ขึ้นรูปแล้ว
Giant เป็นแบรนด์เดียวที่ผลิตผลิตภัณฑ์พรีเพกคาร์บอนของตัวเองทั้งหมดตั้งแต่ 'spool to finish' - กล่าวคือซื้อคาร์บอนไฟเบอร์เป็นด้ายบนหลอดขนาดใหญ่ เพิ่มเรซินของตัวเอง และ เดินหน้าผลิตโครง ราว ก้าน และอุปกรณ์เสริม ไจแอนท์ดูเหมือนบริษัทที่ดีที่จะถามถึงความสำคัญของเรซิน
David Ward ผู้จัดการผลิตภัณฑ์และการฝึกอบรมในสหราชอาณาจักรกล่าวว่า "เส้นใยคาร์บอนของเราส่งตรงจาก Toray [ผู้ผลิตคาร์บอนไฟเบอร์รายใหญ่ที่สุดของโลก] ไปยังห้องเก็บพักหลอด จากนั้นนำไปร้อยเป็นเครื่องทอผ้าและทอเป็นแผ่นผ้าคาร์บอนขนาดใหญ่ หลังจากการทอแล้วจะมีการเติมเรซิน เรซินจะวางอยู่ในรางเหนือชุดลูกกลิ้งและส่งต่อไปยังผ้าที่เคลื่อนที่ นำไปใช้กับเส้นใยผ่านลูกกลิ้ง' กระบวนการนี้ง่ายนิดเดียว และเทคนิคที่ไจแอนท์ใช้นั้นค่อนข้างจะเหมือนกันกับที่ผู้ผลิตทุกรายใช้ พรีเพก คาร์บอนไฟเบอร์ แต่ถึงแม้กลไกจะเรียบง่าย แต่ความแม่นยำ ความสามารถในการทำซ้ำ และการควบคุมก็มีความสำคัญต่อความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
‘เรซินต้องไหลไปมาและเคลือบไส้ทุกเส้นอย่างสมบูรณ์แบบ’ วอร์ดกล่าว 'การกระจายเรซินที่ดีมีความสำคัญต่อการทำให้พรีเพกที่ดีออกจากปลายสายการผลิต' Dempsey ที่ Aprire กล่าวเสริมว่า 'เรซินต้องผ่านชั้นต่างๆ นั้นสำคัญมากหากคุณเข้าใจเรซินผิด แสดงว่าคุณมีกรอบที่ร้าว มันสำคัญมากจริงๆ’
ในห้วงของมัน
‘เนื่องจากเรซินประกอบขึ้นเป็น 40% ของโครงยักษ์หลังจากการบ่ม เรซินจึงเป็นส่วนที่สำคัญมาก’ Ward กล่าว 'เมื่อเป็นเทอร์โมเซ็ต [บ่ม] จะเป็นเรซินที่ให้ความแข็งแกร่งของโครงสร้าง' นอกจากคุณสมบัติโครงสร้างพื้นฐานแล้ว เรซินยังมีบทบาทสำคัญอีกประการหนึ่ง Dempsey กล่าวว่า 'คุณต้องถ่ายโอนความเครียดจากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่ง เป็นเรซินที่ช่วยให้ถ่ายเทน้ำหนักระหว่างชั้นของเส้นใยได้’
เรซินที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย Dempsey กล่าวว่า 'ถ้าเรซินมีความหนืดมากเกินไป มันจะไม่ไหลผ่านคาร์บอนและคุณจะมีเส้นใยสัมผัสกัน เป็นการดีที่คุณต้องการแยกออกจากกันอย่างประณีต’
จากนั้นก็มีปัญหาเรื่องการอัดตัวซึ่งส่งผลต่อความหนาของโครงสร้างคาร์บอน "สารเติมแต่งที่แตกต่างกันในเรซินจะส่งผลต่อการอัดตัว" Dempsey กล่าว'คุณสามารถได้ความหนาของชั้นที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับลักษณะของเรซิน โดยทั่วไป เรซินที่ถูกกว่าจะมีความหนากว่า ด้วยเรซินที่ดี เส้นใยคาร์บอนสามารถแยกจากกันในระดับไมครอนได้ ซึ่งช่วยให้ผนังบางลงและมีความแข็งแรงเท่ากัน ซึ่งหมายถึงโครงที่เบากว่า เรซินที่ถูกกว่าจะทิ้งวัสดุไว้ระหว่างเส้นใยและชั้นต่างๆ มากขึ้น’
ในขณะที่ Giant ผลิตขึ้นเองโดยสมบูรณ์ มันสามารถพัฒนาเรซินของตัวเองได้ Ward กล่าวว่า 'ตอนนี้เรากำลังพัฒนาเรซินรุ่นที่สามอยู่ รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ของกระบวนการขึ้นรูปและการบ่มนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเรซิน – อุณหภูมิที่ลดลงและเวลาที่การบ่มใช้’ เนื่องจากผลิตภัณฑ์คาร์บอนมีราคาหลากหลาย ไจแอนท์จึงใช้เรซินสองประเภท 'เรซินมาตรฐานของเราใช้กับทุกกลุ่มผลิตภัณฑ์ยกเว้นผลิตภัณฑ์ Advanced SL' Ward กล่าว 'สำหรับ Advanced SL เราใช้สารเติมแต่งนาโนเทคโนโลยี อนุภาคนาโนเพิ่มความต้านทานแรงกระแทกของเฟรมของเราได้ 18% โดยไม่มีผลเสียต่อความแข็งหรือน้ำหนักพวกมันแพงกว่ามาก’
ผลพลอยได้เพิ่มเติมของอนุภาคคือการปรับปรุงการบดอัดของผนังในระหว่างการบ่ม 'อนุภาคนาโนช่วยให้เรซินเติมช่องว่างขนาดเล็กในการจัดวาง เรซินจะไหลได้ดีขึ้นจริง ๆ ลดโอกาสเกิดช่องว่างและลดความหนาของผนัง’ Ward กล่าวเสริม
บทบาทของเรซินในการลดช่องว่างเป็นจุดสำคัญในความสมบูรณ์ของโครงสร้างของกรอบตามที่ Dempsey อธิบาย 'ช่องว่างในเรซินคือรูที่จะรวบรวมความเครียด' เขากล่าว 'สิ่งเหล่านี้อาจเป็นจุดล้มเหลวและช่องว่างก็ล้มเหลวโดยการแตกเป็นชิ้น ๆ เมื่อชั้นแยกจากกัน คุณยังสามารถแยกส่วนได้โดยไม่มีช่องว่าง แต่คุณต้องการเล็งไปที่ช่องอากาศน้อยที่สุดในคอมโพสิต’
นอกจากการขนถ่ายน้ำหนัก ความหนาของผนังและความทนทาน เรซินสามารถส่งผลต่อการขี่ของจักรยานยนต์ได้ Dempsey กล่าวว่า จากมุมมองที่เรียบง่าย คุณสามารถนึกถึงเรซินเป็นผลิตภัณฑ์สไตล์ Araldite แบบแพ็คคู่ที่มีเรซินและสารชุบแข็ง ปริมาณของตัวชุบแข็งที่ใช้กับเรซินที่กำหนดสามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพการขี่สำหรับเฟรมจักรยานที่ดี คุณต้องมีความยืดหยุ่นภายในเรซินที่บ่มเพื่อให้สามารถถ่ายเทความเครียดระหว่างชั้นของคาร์บอนไฟเบอร์ได้ คุณสามารถรับสิ่งนี้ได้โดยใช้เรซินที่แข็งแรงกว่าและตัวชุบแข็งน้อยกว่า นักออกแบบที่ชาญฉลาดสามารถสร้างโครงสร้างที่แข็งแรงขึ้นหรือสอดคล้องกันมากขึ้นสำหรับน้ำหนักที่กำหนด คุณไม่สามารถพึ่งพาเรซินในด้านความแข็งได้ แต่ในฐานะวิศวกร คุณต้องตระหนักถึงคุณสมบัติที่เป็นไปได้ที่เรซินสามารถเพิ่มลงในโครงสร้างสำเร็จรูปได้’
เรซินมีความสำคัญต่อคุณภาพของเฟรมที่ทำเสร็จแล้วอย่างชัดเจน ดังนั้นเราจึงกลับมาที่คำถามที่ว่าทำไมเราไม่ค่อยได้ยินเกี่ยวกับเรซินเหล่านี้
‘เรซินเป็นสิ่งอนุญาต ไม่ใช่ไดรเวอร์ฟีเจอร์’ Dempsey กล่าว 'เรซินช่วยให้เราสามารถเชื่อมชั้นคาร์บอนไฟเบอร์ต่างๆ เข้าด้วยกันได้ เช่น T700 ถึง T800 เพื่อใช้คุณสมบัติที่แตกต่างกันของเส้นใยที่มีอยู่ มันขายยากและหมุนยากมาก แต่ไม่ควรมองข้ามบทบาทที่พวกเขาเล่น’
David Ward จาก Giant พูดให้กระชับขึ้นว่า 'เรซินเป็นเพียงกาว พวกมันแค่ไม่เซ็กซี่’
กระแสนิยม
เนื่องจากผู้ผลิตจักรยานยนต์ส่วนใหญ่ใช้คาร์บอนพรีพรีก ทางเลือกของพวกเขาถูกจำกัดในแง่ของการใช้เรซินเพื่อส่งผลต่อประสิทธิภาพของเฟรม แต่นั่นไม่ได้หยุดผู้คนที่มองหาทิศทางใหม่ หรือจากการผลักดันบริษัทเรซินและพรีเพกให้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน
Dempsey กล่าวว่า "เรากำลังพยายามหาพันธมิตรเพื่อผลิตเรซินที่ไม่ละลายในอุณหภูมิห้อง ปัจจัยหนึ่งที่มีข้อจำกัดในการออกแบบคือทันทีที่คุณนำพรีเพกออกจากห้องเย็น พรีเพ็กจะเริ่มบ่มด้วยอากาศ มันจะไม่แข็งเต็มที่นอกเตาบ่ม แต่จะ "ดับ" พรีพรีกที่อนุญาตให้เราใช้กระบวนการจัดวางที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น และพัฒนาสมุดพลาย [ดูอภิธานศัพท์ ซ้าย] ให้ถึงระดับที่เราต้องการ จะช่วยให้เราได้รับประโยชน์มากขึ้นจากผลลัพธ์สุดท้าย นั่นคงจะยอดเยี่ยมมากสำหรับเรา’
หนึ่งที่เรซินมีส่วนสำคัญในการผลิตล้อคาร์บอน เรซินคือกุญแจสำคัญ ไม่เพียงแต่ความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความแข็งของล้อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประสิทธิภาพการเบรกด้วย
Leschik จากบริษัท Lightweight กล่าวว่า จุดอ่อนที่สุดของเรซินคือพฤติกรรมอุณหภูมิ เรซินส่วนใหญ่มีปัญหามากกว่า 150°C ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา เราได้เพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิของเรซินของเราถึงสามเท่า’
นักปั่นจักรยานแทบทุกคนคงเคยได้ยินเรื่องราวสยองขวัญเกี่ยวกับล้อคาร์บอนที่ล้มลงจากพื้นถนนอันยาวนานอันเนื่องมาจากความร้อนสะสม แต่จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อผ้าเบรกมาบรรจบกับขอบล้อ? Leschik กล่าวว่า 'Tribology เป็นวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมของพื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์ในการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ รวมถึงการศึกษาและการประยุกต์ใช้หลักการเสียดสี การหล่อลื่น และการสึกหรอ การเบรกบนขอบล้อ CFRP ด้วยผ้าเบรกยางในสภาพเปียกหรือแห้งเป็นหนึ่งในระบบไตรโบโลยีดังกล่าว การเพิ่มประสิทธิภาพของระบบนี้เพื่อประสิทธิภาพการเบรกที่ดีนั้นเป็นไปไม่ได้หากไม่มีเรซินที่ทนต่ออุณหภูมิสูง’
เช่นเดียวกับประสิทธิภาพของเฟรม สารเติมแต่งในเรซินที่เพิ่มความต้านทานความร้อน และราคาสารเติมแต่งอย่างหนึ่งคือเซรามิก – ซิลิกา ในขณะที่ Aprire ไม่ได้ผลิตล้อ แต่ Dempsey เข้าใจกระบวนการนี้: เรซินสร้างความแตกต่างอย่างมากในโครงสร้างขอบคาร์บอน ตัวอย่างเช่น การเพิ่มซิลิกาจะดึงความร้อนจำนวนมากออกจากตัวโครงสร้าง และทำให้กระแสลมระบายความร้อนที่ขอบล้อได้ดีกว่าขอบล้อ CFRP มาตรฐานอย่างมาก ทองแดงจะเป็นสารเติมแต่งที่ดีเนื่องจากมีความสามารถในการดึงความร้อนจำนวนมาก แต่มีโอกาสที่กำมะถันจะซึมเข้าไปในเรซินได้หากมีความชื้นเข้ามาทางรอยแตกขนาดเล็ก นี้จะนำไปสู่การแยกส่วนเกือบบางอย่าง ฮีตซิงก์ – ตาข่ายภายในเรซิน – มีศักยภาพสูง เทคโนโลยีนี้น่าจะมานะ’
Leschik แห่งไลท์เวทยังมีศรัทธาอย่างมากในการพัฒนาเรซิน: เรากำลังพิจารณาถึงการเพิ่มประสิทธิภาพของขอบล้อเบรกขอบล้อ ด้วยเรซินอัจฉริยะ เรามั่นใจว่าเราสามารถให้ประสิทธิภาพการเบรกแก่ผู้ขี่ได้เหมือนกับดิสก์เบรกโดยไม่มีน้ำหนักเพิ่มแม้แต่กรัมเดียว’
ความจริงที่ยาก
เป็นที่แน่ชัดแล้วว่าเรซินคือฮีโร่ของกระบวนการสร้างจักรยานมันสามารถส่งผลกระทบต่อความแข็ง ความทนทาน น้ำหนัก ความปลอดภัย และราคาของผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ ดังนั้นเราสามารถคาดหวังให้ผู้ผลิตเริ่มแว็กซ์โคลงสั้น ๆ เกี่ยวกับสิ่งมหัศจรรย์ของวัสดุเหนียวของพวกเขาได้หรือไม่ ไม่น่าจะใช่ เพราะมันยังเป็นเพียงส่วนหนึ่งของระบบที่ซับซ้อนเท่านั้น เรซินคุณภาพเยี่ยมไม่สามารถทดแทนคาร์บอนไฟเบอร์คุณภาพต่ำหรือเทคนิคการก่อสร้างที่ไม่ได้รับแรงบันดาลใจได้ อย่างที่ Leschik ของ Lightweight กล่าวไว้ว่า 'มันเหมือนเดิมทุกครั้ง: ในการทำเค้กดีๆ คุณต้องใช้ส่วนผสมที่เหมาะสมในอัตราส่วนที่เหมาะสม ทำได้ดีมาก'
ศัพท์แสงคาร์บอน: มันหมายความว่าอย่างไร