کربن:Teehnical white paper
مقدمه :
20 سال قبل انتخاب فریم دوچرخه جاده ایی ساده و محدود بود. برای سبکی وزن و راندن روان جنس هایی از قبیل (Cclumbus sL) فولاد ورق نازک استفاده می شد. دوچرخه سواران سنگین وزن که استحکام بیشتری برای فریم دوچرخه طلب می کردند، سنگینی و سواری تنوانستند با در آمیختن لوله ها (در مثال های مورد نیاز از لوله های مستحکم ما بقی مکان ها لوله های سلبته را احساس دوچرخه سواری را متوازی کنند.
برای آلومینیوم انتخاب در بین (limber Alan) یا (Vitusc) یا یک (Klein) سفارش فوق سنگین و بسیار گران بود. چند ماده بیگانه مانند فیبر کربین (Graftek) و (tele dyne titanium) باعث سواری با شکوهی می شد حس کنجکاوری گران قیمت و زارای سابقاتی طولانی در شکستن فریم و فرمان پذیری ناموزون بودند.
3- اکتشاف مواد و بازار در حال رشد تکنولوژی پیشرفته برای محصولات دوچرخه سازی تکامل فریم های دوچرخه را در دهه 1980 شتاب داد. Cannondale وTrek اجازه همه گیرشدن فریم های آلومینیومی را به صنعت دادند که تا حدی کم قیمت تراز تیتانیوم بود و فیبر کربن به معنوان جرقه ایی در موادر مهندس این دوره قلمداد گردید. لذا زندگان فولاد با آلیاژ های مقاوم تر و دارای عملیات حرارتی و اشکال پیچیده و قطرلوله های غیر استاندادر به عرص همبارزه بازگشتند تا بتوانند وزن را بر خلاف راحتی و بازده دهی کاهش دهند.
4- امرزوه قدرت انتخاب بیشتر طبیعتاً پیچیدگی و سرگیجه گی بیشتر وجود دارد. اگر کسی بخواهد بهترین ماده برای فریم دوچرخه را سوال کند، یک جواب حساب شده نیاز دارد زیرا چگونه استفاده کردن ماده داده شده می تواند مهمتر از نوع ماده استفاده شده باشد.
5- فریم دوچرخه ایده آل برای یک دوچرخه سواری باید متناسب با ابعاد وی و همچنین سبک باشد. این فریم باید به خوبی تکان های مسیر را جذب کند اما باید به حضور موج دار فرمان پذیر تا حد 1: ( به خاطر سفتی کناری) و نیروئی نقصان نیافته برای پدال رانندگی مهیامی کند ضربه ها و پیچش های غیر منتظره که خود مستلزم پرداخت جذاب بوده ومقاوم در برابر خوردگی یا المان های نفوذی است
واقعیات ماده : اسیکل ، آلومینیوم،تیتانیوم و فیبر کربن همه برای بدست آوردن حد بالای مقیاس به کار می روند ولی در استحکام سختی وزن مقاومت به شکست خوردگی و غیره متفاوت هستند برای مثال استفاده از آلومینیوم یا تیتانیوم در ابعاد لوله مشابه در قالب یک فریم استیل سنتی باعث کاهش وزن شده اما تولید انعطاف پذیری بیش از اندازه می کند. بنا به این فریم های فلزی غیر آهنی معمولاً قطر لوله ایی بیشتر از استیل دادند که برای بیشتر کردن صلیب میباشد.
2) فریم های فلزی معمولاً با یک بار فوق سنگین تکی دچار شکست نمی شوند اما به خاطر تنش های کم اندازه اما تکرار پذیر ( که معروف به خستگی است) استیل و تیتانیوم دارای تعریفی به عنوان کمترین حد خستگی هستند که اگر تنش ها کمتر از این حدود باشد این نیروهای کوچک عموماً طول عمر خستگی فریم را کوتاه نمی کنند. آلومینیوم دارای چنین حد مشخص شده پایه ای نیست بنابراین هر دوره تنش هر چه قدر هم که کم ماده را به شکست ناشی از خستگی نزدیک تر می کند
- طراحان این محدودیت را تشخیص دادند و مبادرت به “زیاده سازی” فریم هایشان برای استفاده مادام العمر کردند.
3- استحکام بالای تیتانیوم وزن سبک، قابلیت ارتجاعی و مقاومت در برابر خوردگی باعث گزینش آن به عنوان ماده مناسب فریم شد. با این وجود به خاطر فلزی بودن آن بیشتر خواص مشابه مکانییک که باعث محدودیت استیل و آلومینیوم می شد، تیتانیوم را بی نگذاشت. فلزات در تمام جهات به طور مساوی مستحکم و سخت هستند( خاصیتی که “ایزوتروپی” نامیده می شود) زمانی که هندسه یک برش عرضی از لوله ای فلزی برای ازیابی استحکام یا سفتی مورد نیاز در یک صفحه تعیین گردید، یک مهندس آزادی خود را برای ارزیابی مطالبات مختلف برای استحکام یا سفتی در دیگر صفحات از دست می دهد. در لوله های فلزی با تنظیم قطر و ضخامت دیواره برای مواجه با استانداردهای خمش،به طور خودکار سفتی خمشی جانبی و پیچی تعیین می گردد.
4- فیم های ف لزی در مقایسه با کامپوزیت ها فقط در یک موضوع متفاوت هستند کامپوزیت ها شامل الیاف تقویت کننده هستند که شبکه مواد جاسازی شده اند. معروفترین کامپوزیت، شیشه که به معنی رزین پلی استر( به عنوان ماتریس یا زمینه) تقویت شده با پشم شیشه ((fiberglass است. کامپوزیت های پیشرفته شامل فیبرهای مهندسی شده نظیر کربن ، پلی مر،فلز یا سرامیک می باشند معمولاً این فیبرها با رزین های ترموست مانند اپوکسی بارور شده اند. دیگر مواد ماتریسی حاوی ترموپلاستیک، فلزات و حتی سرامی کها می باشند. این کامپوزیت های پیشرفته ساختارها را مستحکم تر و صلب تر از فلزات هم اندازه می کنند اما با وزنی بسیار کمتر!
از این گذشته اگر مواد ماتریس با یک واکنش شیمیایی یا حرارت سخت کاری می شوند، فیبرهای رزینی خیس خورده می توانند واقعاً به هر شکلی فرم دهی و ق الب ریزی شوند.
5- به خلاف فلزات این تروپیک، کامپوزیت ها ناهمسانگرد ((anisatrapic هستند. استحکام و سفتی آنها تنها در جهت محور فیبرها تحقق یافتنی است که با هر الگویی می تواند آراسته شود. بنا به این برای جذب تنش های متعینیه و متفاوت از یک فریم دوچرخه، کامپوزیت ها می توانند به صورت چند لایه با زوایای مختلف برای هر کدام استفاده شوند. این می توانند استحکام را در جائی که نیاز است قرار دهد همچنان که وزن را حداقل می کند.
6- در امتداد لوله های گرد سنتی و طراحی فریم های قالبی (lug frame) فریم های کامپوزیت قابلیت قالب ریزی با استفاده از کیسه های داخلی (internal bladder) و فوم به صورت تک قطعه ایی و ساختمانی (Monocoqne) یا فریم های چند مقطعی را دارند. همچنین این مواد میتوانند در فشار بالا و به صورت فرآیند تورمی، لوله های فریم را با قطعه کامل ترکیب کنند.
Industryparallel : (توازن های صنعت ) نظیه دیگر صنایع ورزشی در آینده صنعت دوچرخه سازی از فلزات جدا میشود. ادامه پیشرفت ها در صنعت و فضا به صنایع اتومبیل سازی و صنایع قایق سازی، تقریباً نقش کامپوزیت ها را به عنوان ماده ای بنیادی در آینده تضمین کرده اند. دیگر صنایع کالاهای ورزشی جائی که مواد جدید به جای گزین ماد قدیمی شده اند. شامل تنیس تیراندازی با تیرو کمان اسکی، قایق سواری، گلف و ماهی گیری می باشند. کامپوزیت ها جایگزین مواد قبلی شده و عاقبت به کاهش قیمت تا سطوحی قابل خرید برای همه انجامیده است.
مواد جدید به دلایل متعددی جایگزین موادی که قبلا برقرار بوده شده اند، در کالاهای ورزشی، جانشینی مواد نو به خاطر افزونی بازدهی در عملکرد می باشد برای نمونه راکت تنیس که تنها و تنها از چوب ساخته می شد دارای جذب ارتعاش ممتاز و اما مکان تورم و چروکیدگی به خاطر آب و هوا و انحراف قلب تیغه مقدار کشیده گی زه آن وجود داشت. چونب که طبق ضوابط به اندازه کافی مستحکم بود دارای وزن سنگینی بود. راکت هائی از جنس استیل لوله ایی و تALT و اوایل دهه 1970 متداول شدند. که از چوب شبکه بدون تأثیر از آب وهوا و دارای قدرت پتانسیلی بیشتر به هنگام ضربه بودند.
با این وجود، احساس فلز برای استفاده کننده گان دلچسب نبود و تعدادی از ضربه ناگهانی این راکتها به دست و بازویشان انتقال میداد ناراحتی بودند.
4- راکت های کامپیوزیتی در اواخر دهه 70 به بازار آمد و همه چیز را نتیجه داد. این راکت ها دارای حالت ارتجاعی، و جذب شوک مثل چوب و مصونیت آب و هوایی بودند و البته سبک، ظرف فاسال، راکت های کامپیوزیتی در همه چا در دسترس قرار گرفتند که دارای قیمتها پایینی بودن دو چوب به طور کامل بلااستفاده شد هم اکنون %95 راکت های تنیش ساختاری کامپوزیتی دارند.
5- فریم دوچرخه کامپوزیتی تبدیل به یک پدیده آمریکایی شده است، چون تکنولوژی از صنایع هواپیماسازی و قایق سازی پدیدار گشت. ساخت و تولید کامپوزیت ها نیازمند کارشناسی فنی و سرمایه برای توسعه محصول این محصولات معمولا باید با آخرین تکنولوژی وارد بازار شوند. از این رو تعداد کمی کمپانی دوچرخه سازی توسعه یافته راغب به دست یابی تکنولوژی برای توسعه ابتکاری فریم های کامپوزیتی وجود دارند.
6- بسیاری از مهندسین دوچرخه ساز رواپرداز در کامپوزیت ها از حالتی مناسب برای خلق محصول های قابل فروش در بازار بی بهره بودند. با متقاعد شدن افرادی بیشتر که کامپوزیت ها حتی می توانند عملکرد دوچرخه را افزایش دهند، این طرح ها بالاخره به عنوان انتخابی ممتاز شناخته شد.