Углеродное волокно впервые было использовано в аэрокосмической промышленности. Со временем углеродное волокно стало широко использоваться в различных отраслях промышленности. В велосипедной промышленности углеродное волокно является основным материалом, используемым в высокопроизводительных карбоновых ободах благодаря его исключительному соотношению прочности к весу, жесткости и аэродинамическим свойствам. Ниже приведено подробное описание того, как углеродное волокно используется в карбоновых ободах:
1.Типы используемого углеродного волокна
А. Сырье
Углеродное волокно на основе ПАН: Наиболее распространенные (например, Торай T700/T800/T1000), предлагающие баланс прочности и доступности.
Углеродное волокно на основе смолы: Используется в сверхвысокомодульных приложениях (например, Мицубиси Диалид), но более дорогой.
B. Форматы волокон
Однонаправленный (УД) углерод: Волокна располагаются параллельно для максимальной жесткости в несущих нагрузку областях (например, основания спиц, тормозные пути).
Тканый карбон (2D/3D): Перекрестное переплетение (например, 3К, 12К) для ударопрочности и жесткости при кручении.
Гибридные лейапы: в сочетании с кевларом или стекловолокном для обеспечения долговечности (обычно используется в ободьях для гравия/горного велосипеда).
2. Ключевые компоненты карбонового обода
А. Структурные слои
Внешняя оболочка: Тканый углерод для ударопрочности (например, плетение 3K для косметической отделки).
Основной корпус УД: Однонаправленные волокна, соответствующие форме обода, обеспечивают оптимальную жесткость.
Высокопрочные арматуры:
Отверстия для спиц: Дополнительные слои УД или титановые вставки для предотвращения растрескивания.
Крючок для бусины (если есть): Дополнительные карбоновые покрытия для фиксации шины.
Тормозная дорожка (ободные тормозные диски): Термостойкая смола + керамические покрытия.
Б. Основные технологии
Конструкция с полым сердечником: Внутренние полости или пенопластовые сердцевины снижают вес, сохраняя прочность.
Тороидальная форма: Аэродинамические профили (например, углубления АБЛК от Зип) оптимизируют поток воздуха.
Без крючка против крючка: Обода без крючков имеют усиленные боковины вместо традиционных крючков.
3. Производственный процесс
Прокладка: Углеродные листы нарезаются и укладываются в формы с точной ориентацией волокон.
Инфузия смолы: Эпоксидная смола связывает волокна (уложенные вручную или предварительно пропитанные автоматически).
Отверждение: Высокое давление/температура в автоклаве или печи.
Постобработка: Обработка на станках с ЧПУ отверстий под спицы, тормозных дорожек и отделка поверхности.
4. Преимущества производительности
Масса: на 30–50 % легче алюминиевых ободов (например, 1200 г против 1800 г для колесной пары).
Жесткость: Более высокая боковая жесткость для лучшей передачи мощности.
Аэродинамика: Более глубокие профили (50 мм+) снижают сопротивление на высоких скоростях.
Прочность: Устойчив к усталости (отсутствие усталостных трещин, характерных для металла).
5. Ограничения
Расходы: Высококачественные карбоновые диски в 2–5 раз дороже алюминиевых.
Чувствительность к удару: Сильные удары могут вызвать расслоение (менее щадящее, чем металл).
Управление теплом: Карбоновые обода с ободным тормозом требуют осторожного спуска, чтобы избежать разрушения смолы.
