도로 자전거의 탄소 수지 큰 연구
카본 로드 오토바이에 사용되고 있는 「카본」, 이미지에서는 알고 있어도, 왜 경량인가, 왜 고가인가, 등 모르는 것이 너무 많다고 생각하지 않습니까?여기에서는, 카본의 세계를 조금 풀어보고 싶습니다. 가능한 한 학술적인 설명은 피해, 알기 쉽게 설명해 갑니다. 끝까지 보시면 기쁩니다.
카본이란? 카본 수지란?
① 재질
우리가 "카본"이라고 말할 때, 그것은 "카본 섬유를 수지로 굳힌 것" 정도의 인식이 되는 것이 아닐까요. 사실, 간단히 말하면 그대로, 이하의 스텝을 밟아 카본의 소재는 만들어집니다.
1) 1000도의 고온에서 아크릴 섬유를 구워 탄화시킨 섬유 를 만든다
2) 이 극히 얇은 섬유를 짜넣어 천상의 카본 크로스 를 만든다
3) 카본 크로스에 수지를 스며들어 프리프레그 시트 를 만든다
TORAY로부터 자전거 메이커인 ICAN에 납입되는 것은 이 상태의 것입니다. 아직 유연한 소재입니다. 직물에는 학년이 있고, 짜는 방법에도 평직, 아야오리 등의 차이가 있습니다. 유리 섬유의 5~25배라는 비싼 것입니다.
② 제법
ICAN에 닿은 탄소 소재의 프리프레그 시트 는 당사 엔지니어의 설계대로 컴퓨터 제어로 절단되어 거기에서 사람의 손으로 형을 따라 붙여 갑니다. 부위에 따라 겹치는 매수도 바꾸고 있습니다. 섬유의 방향은 강도에 관여하므로 중요합니다. 파이프 모양의 부위는 깨끗한 공동 부분을 확보하기 위해 내부에 풍선과 성형 재료를 넣습니다. 모든 것은 면밀히 계산되며 제품 품질에 편차가 거의 없습니다. 또, 기포의 발생을 최대한 억제하는 독자적인 기술도 구사하고 있습니다.
그 후 드디어 오토클레이브라는 압력솥으로 구워내는 것입니다. 완성 된 것은 완전히 경화되어 있으며 이미 제품의 원형을 볼 수 있습니다. 그 후, 연마, 드릴링, 도장 등의 마무리를 거쳐 제품 검사 후 완성으로 이어집니다. 탄소의 완성품은 설계에 따라 강성을 어느 정도 조정할 수 있습니다. 그러나 강성을 너무 높이면 인장 강도가 낮아집니다. 각각의 부재로서 최적의 특성을 찾는 것도 엔지니어의 팔의 볼거리입니다.
덧붙여 이들은, 드라이 카본 이라고 하는 강성이 높고 경량인 최고의 방법입니다만, 그 밖에 웨트 카본 이라고 하는, 압력솥을 사용하지 않고 경화 수지를 스며들게 해, 자연 건조시키는 방법도 있습니다. 자동차 등에는 자주 사용되는 방법입니다만, 당사에서는 이 방법은 채용하고 있지 않습니다.
③ 용도
탄소 섬유는 자전거에서는 주로 프레임, 휠에 사용됩니다만, 세세하게 보면, 핸들, 스템, 시트 포스트, 컴퍼넌트 파트 등 여러가지 장소에 사용되고 있는 것을 눈치챌 것입니다.
④ 장점
・고강도 ・고강성인 강의 인장 강도의 7~9배라고 하는 높이입니다.
・경량 인 같은 강도의 알루미늄재의 2/3의 가벼움입니다.
・설계 자유도가 높은 파이버의 조합에 의해 자유롭게 구조・강도를 설계할 수 있습니다.
⑤ 단점
・비용이 높은 제품화에는 엄청난 수의 공정을 거쳐야 합니다.
・자외선에 약한 옥외 에서는, 변색, 품질 열화의 우려가 있습니다.
・충격에 약한 예상외의 부분의 충격・굽힘에 약합니다.
・재활용이 어려운 복합소재인 CFRP를 회수하는 기술의 개발은 아직입니다.
・도전성이 있는 절연성이 없다고 하는 것으로, 장점이기도 하고 단점이기도 합니다.
탄소 도로 자전거 프레임
프레임은 메인 삼각 부분과 다른 부분을 별도로 만듭니다. 가능한 한 작은 파트가 정밀도를 높게 만들 수 있습니다만, 전체의 강성을 생각하면, 크게 일체가 좋고, 그 최적해를 계산한 결과입니다. 연마에 걸리는 수고도 상당한 것으로, 이 부분은 사람의 손에 의지할 수 밖에 방법이 없습니다. 각부의 드릴링은 컴퓨터 제어로 기계가 정확하게 실시합니다. 탄소의 도장은 사실 어렵고, 이것에도 특별한 기술이 필요합니다. 체크 공정도 엄밀하게 실시합니다.
ICAN의 프레임 제조 공정을 동영상으로 볼 수 있습니다.
탄소 도로 자전거 휠
휠의 제작은 각별히 신경을 사용하는 것입니다. 제작의 완성은 완성 후의 체크로 모두 드러납니다. 그럼에도 불구하고 재료 절단은 컴퓨터 제어 기계가 정확하게 수행합니다. 조립은 사람의 손에 의지할 수 없지만, 훌륭하게 매뉴얼화된 제조 공정으로 오차를 적게 유지하고 있습니다. 정밀도・강성은 물론, 그 마무리의 아름다움도, ICAN의 자랑으로 하는 곳입니다.
이쪽은 ICAN의 휠 제조 공정의 동영상입니다.
요약
탄소 섬유라고 하는 기술, 태어나는 일본이라고 하는 것은 알고 계셨습니까? 이 때문에, 대부분의 탄소 소재는 TORAY를 비롯한 일본 기업이 공급하고 있습니다. 현재로서는, 경량・고강성의 소재로서, 카본 파이버 이상의 소재는 없습니다. 추가 기술 개발의 여지도 있고, 그로 인한 양산화, 저가격화의 가능성도 숨기고 있어, 카본 파이버의 미래는 밝은 것이라고 말할 수 있을 것입니다. 이 미래로 이어지는 재질을 우리 ICAN은 소중히 진화시키고 더욱 훌륭한 제품을 만드는 데 불타고 있습니다. 물론, 현재의 제품 라인업의 완성도에도, 우리는 자부심을 가지고 있습니다. 어떤 제품을 주문하든 결코 당신의 기대를 배반하지 않을 것을 약속드립니다.
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ICAN AERO40 카본 휠 Jonny Pink의 뜨거운 임프레!
