Карбон

Десь 16 років тому в одному автомобільному журналі написали, що карбон через 10 років стане настільки дешевим, що деталі машин і механізмів будуть доступні кожному. Прийшовши з аерокосмічної галузі, на початку нульових, майже 25 років після винайдення, карбон ще коштував неймовірних грошей. Капот для автомобіля міг коштувати 1/2 ціни самого автомобіля, але переваги, які цей дивовижний матеріал пропонував користувачеві, поступово становились бажаними для простих смертних. Так, є легенда про тюнера, який встановив на своє авто кришку капота з карбонового волокна і потрапив в аварію. Капот від зіткнення зірвало з петель і викинуло, авто розбилось вщент, але кришка залишилась майже нетронутою.

Все це гарно, але є "але". Як і 16 років тому, вироби з карбонового волокна сьогодні коштують неймовірно дорого. Для багатьох єдиною можливістю спробувати карбоновий велосипед є покупка на вторинному ринку, що буває проблемою через те, як старіє цей матеріал. В металічних рамах тріщини від втоми матеріалу в критичних вузлах і з'єднаннях очевидні. Нечесний продавець не може їх приховати. Тріщини в карбоні під шаром фарби помітити неможливо. Щоб перевірити раму на цілісність, потрібна ультразвукова інспекція, недоступна ні для дилерів, ні для магазинів, ні для майстерень, ні для простих велосипедистів, як ми з вами. Простукування може не виявити тріщини під час покупки. Деламінацію помітити неможливо взагалі. Якщо рама зламається, наслідки можуть бути жахливими. Покупка карбонового велосипеда на вторинному ринку є потрійним ризиком. Нові зазвичай далекі від доступності для небагатих споживачів, тому зухвалий проект від трикратного переможця Тур де Франс Грега Лемонда націлений на те, щоб змінити звичний уклад речей раз і назавжди.

Плани Лемонда грандіозні. Він не збирається стати ще одним виробником велосипедів, він збирається змінити цілу індустрію. Торговельна марка Lemond існує давно, але до цього часу це були велосипеди, виготовлені сторонніми виробниками по масовим замовленням. З 1991 року велосипеди Lemond виготовлялись компанією Carbonframes Inc. (нині називається Calfee), з 1995 по 2000 роки цю роботу виконував Trek, в 2013 французька компанія Time випустила лімітовану партію з 300 велосипедів, щоб ознаменувати три перемоги на Турі в 1986, 1989 та 1990 роках.

На цей раз Лемонд підійшов до справи глобально. Він зкооперувався із Oak Ridge National Laboratory, та їх фабрикою Carbon Fiber Technology Facility, під керівництвом Конні Джексона, нині президента LeMond Composites. Після того, як лабораторія розробила унікальну технологію виробництва карбонового волокна, технологія була ліцензована компанії LeMond Composites.

Хоча LeMond Composites обіцяють значне здешевлення матеріалу, вони не обіцяють самостійно виробляти рами та вилки, вони збираються виробляти окремі нитки, які складають карбонове волокно, та постачати сировину виробникам велосипедів.

Конні Джексон і шпуля з карбоновим волокном.

Карбон виробляють із матеріалу, який називається поліакрілнітрилове волокно (PAN). PAN спікається при дуже високих температурах, при яких вигорають всі надлишкові матеріали окрім карбону, після чого залишаються довгі пучки тонких волокон. Чим довше йде процес спікання, тим жорсткіше волокна стають і тим вище міцність на розрив. Це складний наукомісткий процес. Може звучати дивно, але в світі є лише 8 компаній, які виробляють цей матеріал: Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Rayon, Zoltek, Hexcel, Cytec, SGL Group,Nippon Graphite Fiber Corporation. Спечене волокно постачається у пласких листах, намотаних на великі шпулі, та мотках (обидва види нерозривні, можуть бути любої довжини), також у вигляді коротких клубків, схожих на ті, з яких ваша бабуся в'яже светр, а також у вигляді брильок рубаних коротких волокон. Останні використовуються для виробництва блокових деталей, наприклад, корпусів педалей. З листового карбону роблять рами, ободи, сідла, тощо. Сирі волокна використовуються рідко, бо компаній, які мають ресурси для того, щоб обробляти їх, мало. Це, наприклад, тайванці Giant і французи Time.

Ми кажемо "карбон", але сам по собі карбон дуже крихкий. Готовий виріб не може існувати без в'яжучого матеріалу, який на пару з карбоновим волокном складає композит. Це — епоксидна смола. В ній матерія витримується перед формуванням та спіканням в автоклаві. В такому вигляді композит називається "препрег". Епоксидка виконує дві функції: вона склеює матерію разом та укріпляє її. Окремі волокна всередині сітки після затвердіння смоли тримають орієнтацію двох шарів, перехрещених один з одним. Смола пластична, вона пружно деформується під час ударів, абсорбуючи вібрації і не приводячи до розриву волокон.

В каталогах і рекламних блоках кожен виробник хизується характеристиками "high modulus" та навіть "ultra high modulus", але ці терміни задаються не виробниками велосипедів, а індустріальними стандартами. Стандарти задає організація Japan Carbon Fibers Association. Як і у випадку з алюмінієвими сплавами, сталлю, титановими сплавами, у карбона є свої характеристики, які відрізняються за параметрами межа плинності, межа міцності на розрив, твердість, тощо. Як правило, виробники велоінвентарю, які поважають свого користувача, відкрито кажуть з якої сировини було виготовлено вашу раму. Наприклад маркування на рамі T300 означає, що матерією для вашого ровера слугує композит фірми Toray T300. Проте хороша рама — це майже завжди суміш різних сортів матерій. Оскільки карбон з високим модулем пружності коштує дорого, клаптики такої матерії використовують в критичних вузлах, а не у всій конструкції загалом, наприклад, в нижній трубі та навкруги кареточного вузла. У форму таким чином викладається і дорога, і дешева матерія.

1 кг карбонового волокна коштує від 20 до 40 $, епоксидна смола коштує більше. З усіх промислових видів смол епоксидка найдорожча. Епоксидна смола добре адгезується до карбонового волокна, скловолокна та араміду (кевлару).

На сьогоднішній день Toray, Toho Tenax та Mitsubishi Rayon тримають 2/3 ринку, американські Zoltek, Hexcel та Cytec займають останню третину. Як у Лемонда вийде відгризти свій шматок покаже час. Зараз головний офіс LeMond Composites розташований поряд з лабораторіями ORNL Carbon Fiber Technology Facility, але будування фабрики, де буде вироблятись дешевий карбон, тільки планується. Лемонд хоче збудувати фабрику в безпосередній близькості до головного офісу та вже набирає співробітників. Якщо ви плануєте еміграцію до США, майте це на увазі. Відкрито 242 високооплачувані вакансії.

Основними клієнтами будуть виробники автозапчастин та гоночні команди, також виробники велосипедних рам, вилок, коліс, тощо. Коли велосипеди з дешевого карбону попадуть до перших покупців поки що невідомо. Постачання передбачається на 2017 рік.