Resin은 카본 프레임을 함께 잡아주는 알려지지 않은 영웅이며 성능만큼이나 중요합니다
대부분의 로디에게 자전거 프레임이 무엇으로 만들어졌는지 물어보면 답은 '카본'일 것입니다. 자전거 프레임(또는 이 경이로운 소재로 만든 다른 제품) 제작에 관련된 사람에게 물어보면 더 복잡한 대답을 얻을 수 있습니다.
'자전거 산업에서 우리는 일반적으로 탄소에 대한 이야기를 듣지만 실제로는 너무 단순합니다. 일반화입니다.'라고 독일 휠 제조업체 Lightweight의 엔지니어링 책임자인 Thomas Leschik은 말합니다. '실제로 탄소 섬유와 에폭시 수지의 매트릭스입니다. 더 정확한 용어는 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱)입니다.'
그래서 우리의 탐나는 말은 강화 플라스틱 자전거에 불과합니다. 이것은 간단한 약어이며 CFRP의 플라스틱(또는 폴리머) 부분인 수지의 중요성을 설명하는 데 많은 도움이 됩니다. 기본적으로 수지는 복합 재료에 강성을 부여합니다. 탄소 섬유 자전거 전문 회사 Aprire의 Phil Dempsey는 '탄소 섬유는 순수한 직물입니다. 혼자는 그냥 천 조각입니다.'
제품 설명 및 수반되는 마케팅 말과 관련하여 탄소 섬유 브랜드 또는 유형(예: Toray, T800, 65HM1K, 초고탄성률)은 완제품 특성의 근본적인 특징으로 일상적으로 강조됩니다. 다른 것은 아무 것도 없는 것처럼 보이지만 실제로는 섬유가 프레임 재료의 절반 이상을 차지합니다. 나머지는 현대 자전거의 성능에 중요한 역할을 해야 하는 에폭시 수지입니다.그렇다면 왜 마케팅 광고에는 거의 언급되지 않습니까?
CFRP의 ABC
| CFRP |
탄소섬유강화플라스틱(또는 폴리머). 참고 복합 재료 탄소 또는 탄소 섬유로. |
| 큐어 |
CFRP 구조에 열과 압력을 가하여 '설정'하는 과정 수지 및 완제품에 강성을 제공합니다. |
| 섬유 | CFRP 구조의 보강 요소를 만들기 위해 함께 짜거나 편직된 탄소 가닥. 흔히 '필라멘트'라고 합니다. |
| 금형 | 프레임을 만들기 위해 탄소 섬유 시트를 깔아놓는 물리적 구성 요소입니다. |
| 플라이북 | 본질적으로 미화한 봉제 패턴의 책. 탄소 섬유의 각 개별 조각을 자르고 조립하는 방법을 자세히 설명하고 가장 가까운 비밀입니다. |
| 프리프레그 | 미경화 수지를 함침시킨 탄소 섬유 실 시트. |
| 수지 | CFRP 구조 내에서 섬유를 결합하는 데 사용되는 액체 폴리머입니다. |
내부자 지식
완성된 탄소 섬유 자전거에서 수지의 역할을 이해하려면 제조 공정과 수지가 자전거에 통합되는 방식을 이해해야 합니다.
기본적으로 탄소 섬유 구조에는 습식과 건식의 두 가지 유형이 있습니다. 습식 제조를 위해 회사는 이미 수지가 함침된 탄소 섬유 천(프리프레그)을 구입합니다.이 점착성 시트는 몰드 내부 또는 주변에 쌓인 다음 열과 압력을 사용하여 경화되어 강성을 부여합니다. 건식 수지 주입 제조 기술은 두 가지 다른 형태를 취할 수 있습니다. 첫 번째는 프리프레그 제조 방식과 유사하며, 절단된 형태의 마른 천을 금형 위에 놓고 경화 과정의 일부로 수지를 추가합니다. Time 및 BMC(Impec 자전거 포함)와 같은 회사에서 사용하는 두 번째 기술은 단일 길이의 몰드 위에 연속 관 모양의 양말 같은 구조를 늘리는 것입니다. 여기에서 이미 형성된 모양에 압력을 가하여 수지를 추가합니다.
Giant는 '스풀부터 마감까지' 자체 탄소 프리프레그 제품을 모두 제조하는 유일한 브랜드입니다. 프레임, 바, 스템 및 액세서리를 제조합니다. 그렇다면 자이언트가 수지의 중요성에 대해 질문하기에 좋은 회사인 것 같습니다.
영국 제품 및 교육 관리자인 David Ward는 '우리의 탄소 섬유 필라멘트는 Toray[세계 최대 탄소 섬유 생산업체]에서 스풀룸으로 직접 배송됩니다. 거기에서 베틀에 실을 꿰고 거대한 탄소 천 시트로 짜여집니다. 레진이 첨가된 직조 후입니다. 수지는 롤러 어셈블리 위의 여물통에 앉아 롤러를 통해 필라멘트에 적용되는 움직이는 천으로 전달됩니다.' 프로세스는 간단하며 Giant가 사용하는 기술은 모든 제조업체에서 사용하는 것과 거의 동일합니다. 프리프레그 탄소 섬유. 그러나 역학에서는 단순할 수 있지만 정확성, 반복성 및 제어는 완제품의 무결성에 매우 중요합니다.
'수지는 모든 단일 필라멘트 사이를 흐르고 완벽하게 코팅해야 합니다.'라고 Ward는 말합니다. '좋은 수지 분포는 생산 라인의 끝에서 좋은 프리프레그를 얻는 데 매우 중요합니다.' Aprire의 Dempsey는 다음과 같이 덧붙입니다. '수지가 레이어를 통과하는 것이 매우 중요합니다.레진을 잘못 끼우면 프레임에 금이 갑니다. 정말 중요합니다.'
두꺼운
'수지는 경화 후 Giant 프레임의 40%를 차지하기 때문에 수지는 매우 중요한 부분입니다.'라고 Ward는 말합니다. '열경화 [경화]되면 구조에 강성을 부여하는 것이 수지입니다.'수지는 기본적인 구조적 특성 외에도 또 다른 중요한 역할을합니다. Dempsey는 '한 부분에서 다른 부분으로 응력을 전달해야 합니다. 섬유층 사이에 하중을 전달할 수 있는 수지입니다.'
다른 수지는 최종 제품의 성능에 영향을 미칩니다. Dempsey는 '수지가 너무 점성이 있으면 탄소를 통과하지 못하고 결국 섬유가 서로 닿게 됩니다. 이상적으로는 미세하게 분리하는 것이 좋습니다.'
그런 다음 탄소 구조의 두께에 영향을 미치는 압축성 문제가 있습니다. Dempsey는 '수지의 다른 첨가제가 압축성에 영향을 줄 것입니다.'수지의 특성에 따라 다른 층 두께를 얻을 수 있습니다. 일반적으로 저렴한 수지는 더 두껍습니다. 좋은 수지를 사용하면 탄소 섬유가 미크론 단위로 분리될 수 있습니다. 이는 동일한 강도 품질에 대해 더 얇은 벽을 제공하여 더 가벼운 프레임을 의미합니다. 더 싼 수지는 섬유와 층 사이에 더 많은 재료를 남깁니다.'
자이언트가 완전히 자체적으로 제조하기 때문에 자체 수지를 개발할 수 있었습니다. Ward는 '현재 3세대 수지 개발을 진행하고 있습니다. 성형 및 경화 과정의 작은 세부 사항은 모두 수지 특성에 달려 있습니다. 즉, 꺼지는 온도와 경화 시간입니다.' 탄소 제품의 가격 범위가 넓기 때문에 Giant는 두 가지 유형의 수지를 사용합니다. '우리의 표준 수지는 Advanced SL 제품을 제외한 모든 제품 라인에 사용됩니다.'라고 Ward는 말합니다. '어드밴스드 SL의 경우 나노기술 첨가제를 사용합니다. 나노 입자는 강성이나 무게에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 프레임의 충격 저항을 18% 증가시킵니다.가격이 훨씬 비싸요.'
입자의 추가 부산물은 경화 중 벽 압축이 향상됩니다. '나노 입자는 수지가 레이업의 미세 공극을 채울 수 있도록 합니다. 수지는 실제로 더 잘 흐르기 때문에 보이드 가능성을 줄이고 벽 두께를 줄입니다. ' Ward는 덧붙입니다.
공극 감소에서 수지의 역할은 Dempsey가 설명하는 것처럼 프레임의 구조적 무결성에서 핵심 포인트입니다. '수지의 공극은 응력을 모으는 구멍입니다.'라고 그는 말합니다. '이것은 잠재적인 실패 지점이며 층이 박리되면서 보이드가 날아가서 실패합니다. 보이드 없이 박리를 얻을 수 있지만 합성물에서 최소한의 에어 포켓을 목표로 하고 싶습니다.'
하중 전달, 벽 두께 및 견고성 외에도 수지는 자전거의 승차감에 영향을 줄 수 있습니다. Dempsey는 '단순한 관점에서 레진을 레진과 경화제가 포함된 2액형 Araldite 스타일 제품으로 생각할 수 있습니다. 주어진 수지와 함께 사용되는 경화제의 양은 승차감에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.좋은 자전거 프레임의 경우 탄소 섬유 층 간에 응력을 전달할 수 있도록 경화된 수지 내에서 약간의 유연성이 필요합니다. 더 적은 경화제로 더 강한 수지를 사용하면 이것을 얻을 수 있습니다. 영리한 디자이너는 주어진 무게에 대해 더 단단하거나 더 적합한 구조를 얻을 수 있습니다. 강성을 위해 수지에 의존할 수는 없지만 엔지니어로서 수지가 완성된 구조에 추가할 수 있는 잠재적 특성을 인식해야 합니다.'
수지는 완성된 프레임의 품질에 분명히 중요하므로 우리는 왜 그것에 대해 거의 들리지 않는지에 대한 질문으로 돌아갑니다.
'수지는 기능 드라이버가 아니라 허용자입니다.'라고 Dempsey는 말합니다. '수지는 T700에서 T800과 같이 탄소 섬유의 여러 층을 함께 결합하여 우리에게 존재하는 섬유의 다양한 특성을 사용할 수 있도록 합니다. 판매가 어렵고 회전하기가 매우 어렵지만 그들이 수행하는 역할을 과소 평가해서는 안됩니다.'
Giant의 David Ward는 이를 보다 간결하게 표현합니다. '수지는 접착제일 뿐입니다. 그냥 섹시하지 않아요.'
순간의 열기
대부분의 자전거 제조업체가 프리프레그 카본을 사용하기 때문에 프레임의 성능에 영향을 주는 레진을 사용한다는 점에서 선택의 폭이 제한됩니다. 하지만 그렇다고 해서 사람들이 새로운 방향을 모색하거나 레진 및 프리프레그 회사에 다른 제품을 생산하도록 강요하는 것은 아닙니다.
Dempsey는 '상온에서 떨어지지 않는 수지를 생산하기 위해 파트너를 확보하기 위해 노력하고 있습니다. 디자인의 한 가지 제한 요소는 프리프레그를 냉장 보관에서 꺼내자마자 공기 경화를 시작한다는 것입니다. 경화 오븐 외부에서 완전히 단단해지지는 않지만 "꺼질" 것입니다. 더 복잡한 레이업 프로세스를 사용하고 플라이 북[왼쪽 용어집 참조]을 원하는 수준으로 개발할 수 있게 해주는 프리프레그는 최종 결과에서 훨씬 더 많은 것을 얻을 수 있게 해줍니다. 그것은 우리에게 훌륭할 것입니다.'
수지가 큰 역할을 하는 분야 중 하나는 카본 휠 제조입니다. 여기서 수지는 휠의 구조적 무결성과 강성뿐만 아니라 제동 성능의 핵심입니다.
Lightweight의 Leschik은 '수지의 가장 약한 부분은 온도 거동입니다. 대부분의 수지는 150°C 이상에서 문제가 있습니다. 지난 10년 동안 우리는 수지의 온도 저항을 3배로 높였습니다.'
거의 모든 사이클리스트는 열 축적으로 인해 긴 하강에서 카본 휠이 고장난다는 무서운 이야기를 들었을 것입니다. 하지만 브레이크 패드가 림과 만나면 실제로 어떻게 됩니까? Leschik은 '마찰학은 상대 운동에서 상호 작용하는 표면의 과학 및 공학입니다. 여기에는 마찰, 윤활 및 마모의 원리에 대한 연구 및 적용이 포함됩니다. 습하거나 건조한 조건에서 고무 브레이크 패드가 있는 CFRP 림에서 제동하는 것이 그러한 마찰 시스템 중 하나입니다. 우수한 브레이크 성능을 위한 이 시스템의 최적화는 고온 내성 수지 없이는 불가능합니다.'
프레임 성능과 마찬가지로 내열성과 가격을 높이는 것은 수지의 첨가제입니다.그러한 첨가제 중 하나는 세라믹-실리카입니다. Aprire는 바퀴를 만들지 않지만 Dempsey는 프로세스를 이해합니다. '수지는 탄소 림 구조에서 엄청난 차이를 만듭니다. 예를 들어, 실리카를 추가하면 구조 본체에서 상당한 양의 열을 빼앗아 표준 CFRP 림보다 공기 흐름이 림을 훨씬 더 잘 냉각할 수 있습니다. 구리는 엄청난 양의 열을 끌어낼 수 있는 능력이 있기 때문에 훌륭한 첨가제가 될 수 있지만, 미세한 균열을 통해 습기가 들어가면 황이 수지로 침출될 가능성이 있습니다. 이것은 거의 확실한 박리로 이어질 것입니다. 방열판(수지 내부의 메쉬)은 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이 기술이 올 수도 있습니다.'
Lightweight의 Leschik은 또한 수지 개발에 대한 큰 믿음을 가지고 있습니다. '우리는 림 제동 림의 최적화를 찾고 있습니다. 우리는 스마트 수지를 사용하여 1g의 추가 무게 없이 라이더에게 디스크와 동일한 브레이크 성능을 제공할 수 있다고 확신합니다.'
어려운 진실
수지는 자전거 제작 과정에서 알려지지 않은 영웅임이 분명합니다.탄소 섬유 제품의 강성, 견고성, 무게, 안전성 및 가격에 영향을 줄 수 있으므로 제조업체가 끈적 끈적한 제품의 경이로움에 대해 서정적으로 왁스 칠을 시작할 것으로 기대할 수 있습니까? 아직 복잡한 시스템의 한 부분일 뿐이기 때문에 그렇지 않을 수도 있습니다. 우수한 품질의 수지는 품질이 좋지 않은 탄소 섬유 또는 영감을 받지 못한 건축 기술을 보상하지 않습니다. Lightweight의 Leschik이 말했듯이 '매번 똑같습니다. 좋은 케이크를 요리하려면 올바른 재료와 적절한 비율, 잘 만든 재료가 필요합니다.'
탄소 전문용어: 이게 무슨 뜻인가요?
