Карбоновые велосипеды: pro et contra

Да, действительно, отношение к углепластиковым рамам очень неоднозначное даже среди самих их пользователей и профессионалов, не говоря уже о приверженцах модного тренда. И тем не менее нынче карбон не собирается сдавать позиций, даже несмотря на то, что цена его больно кусается, превращая такой байк в заветную мечту, на которую обычно неистово копят деньги.

Какие бывают велосипеды

Глядя на рекламное фото, где человек одним пальцем держит подвешенный за раму велосипед из карбона, кто-то может быть удивлен, кто-то сильно впечатлен, кого-то насторожен, а у части публики это вызовет улыбку. Но если вы думаете, что на рынке углепластиковый велосипед занял почти все позиции, а остальные используются, чтобы максимально охватить нишу, то, мягко говоря, ошибаетесь.

Тем не менее, что-то таки заставляет людей откладывать деньги на велик с карбоновыми компонентами. И если для вас это просто вопрос престижа, то далее можете не читать. Для остальных же попробуем разобраться.

Сегодня глаза разбегаются, когда видишь ассортимент велотранспорта в магазине. И чем более точно его подобрать под себя, тем более комфортными будут поездки. Поэтому в первую очередь следует разобраться с тем, какой вообще байк необходим. А типы их бывают такие:

• Для внедорожных путешествий. Сюда относятся горный, фэтбайк и велосипед двухподвес.

• Спортивный. Это — шоссейный, циклокроссовый, для фристайла и траила, трековый и разделочный (подвид шоссейного велика).

• Для асфальта. Это — городской, гибрид, туринг и складной велосипед.

• И все остальные, куда входят следующие виды: женский, детский, тандем, чоппер и круизер, а также электровелосипед, грузовой, уницикл и лигерад.

Каждый тип и вид велотранспорта предназначен для определенных условий и для каждого важны те или иные характеристики. В рамках данной статьи не будут обсуждаться тонкости конструкций и требований. Наша задача — определить, стоит ли стремиться купить именно карбоновый байк.

Велосипедные рамы из карбона: когда на них лучше не тратиться

Карбон карбону — рознь,
а иной — хоть брось. ©

Несмотря на огромное количество позитивных публикаций, преимущества углепластика как материала необходимо рассматривать с точки зрения качества. Для этого нужно опираться на ключевое значение — где сделан и как. Если производство деталей из карбона расположено в китайском подвале, где делают их на сомнительном оборудовании из не менее сомнительного сырья, у такого велосипеда преимущество будет только в цене (по сравнению с другими карбоновыми великами). Никто не скажет, сколько «проживет» такой транспорт, насколько будут хороши его аэродинамические характеристики и т. д. Нужна ли кому такая экономия?

Так что если вы твердо решили, что вам нужен байк с деталями именно из углепластика, лучше иметь представление, где, кто и как его сделал. При этом, кстати, не важно, серийное это производство или вам сделают раму на заказ — производитель должен быть в высшей степени добросовестным и профессиональным. (В общем, это должен быть Carbon Composites.)

Самые известные причины купить карбоновый велосипед

Традиционно углепластик используется тогда, когда необходимо получить деталь, идеально сочетающую прочность и малый вес. Композитный материал это полностью оправдывает, но при его производстве органические вещества подвергаются сложным технологическим процессам (в отличие от производства металлов), что накладывает отпечаток на цену, хотя и несколько объясняет ее. Рассмотрим всё более подробно.

Надежность и прочность

Параметры прочности распределяются по раме соответственно характеру нагрузок. К примеру, верхние перья испытывают нагрузку на сжатие, а нижние — нагрузку на изгиб.

И вот тут следует вспомнить о том, что прочность карбоновых нитей выше прочности металлов и сплавов, используемых для изготовления рам. А возможность менять направление композитных нитей, для того чтобы усилить уязвимые части конструкции, дает еще больше технологических возможностей.

Так вот, если, например, верхние перья испытывают нагрузки на сжатие, то карбоновые волокна укладывают вдоль, что позволяет получить прочность рамы, превосходящую аналогичную из алюминиевого сплава. В подобных случаях снижено будет также сопротивление к поперечным нагрузкам, что вполне приемлемо, поскольку при езде на велосипеде воздействие нагрузки на верхнюю трубку будет намного меньше.

Также, используя разные комбинации слоев из разнонаправленных углепластиковых волокон, можно усиливать отдельные участки — в этом заключается одно из главных преимуществ рам из карбона. Рамы же из алюминиевых сплавов, несмотря на прочность, в силу регулярной молекулярной структуры не позволяют получить нечто подобное (правда, в производстве существуют исключения в виде сложных сплавов, но их всё равно не применяют для изготовления рам).

Жесткость и гашение вибрации

Под жесткостью понимается способность материала к сохранению физических размеров при воздействии силы. Соответственно, чем жесткость меньше, тем выше пружинистость и гибкость.

Именно характеристиками жесткости руководствовались производители велосипедных алюминиевых рам, когда решили отказываться от стали. Вес в этом случае не играл главную роль, поскольку по весу стальные и алюминиевые были приблизительно одинаковые, так как для рам из стали использовалась тонкостенная труба. Тем не менее, от стальных рам полностью не отказались. К примеру, бренд Colnago по сей день выпускает вполне конкурентоспособные по весу стальные рамы для шоссейных байков.

Но, в отличие от алюминиевой, стальная рама пружинит на дороге, передавая все непогашенные покрышками удары на велосипедиста.

Что же касается рамы из углепластика, ей всё удается лучше всех. Причина — в тканевой структуре и вязкой смоле, что в совокупности позволяет при деформациях рассеивать энергию по всей конструкции. Большую роль играет и правильное расположение композитных нитей — это позволяет получить показатели, оставляющие далеко позади алюминиевые и стальные рамы. Так, карбон способен выдержать без разрушения и деформации огромное количество циклов работы под нагрузкой.

Хотя вообще для гашения вибраций сегодня используют и дополнительные способы.

• Например, тормозной каллипер смещают на нижнее перо, для того чтобы верхние перья сделать по размерам равными.

• А верхние перья делают слегка изогнутыми, чтобы они работали еще и как рессоры.

Почему так важен показатель гашения вибраций?

Прежде всего, это — здоровье вашего позвоночника и состояние мышц спины. Перенапряжение вызывает дискомфорт, быструю усталость и увеличивает время восстановления. А невнимание к межпозвоночным дискам чревато большими проблемами.

Практичность и ремонтопригодность

Как только мода на рамы из композитов укрепилась в обществе, со всех сторон посыпалась негативная критика. Из частных случаев раздували большой скандал, чтобы подорвать доверие к углепластиковым рамам.

Но подойдем ко всему разумно. С точки зрения теории, трещина в карбоновой раме может образоваться только в смоле. И тут не стоит забывать, что развитие химической промышленности, работая в данном направлении, предлагает сегодня связующие смолы увеличенной вязкости, что вообще исключает образование трещин. Так что поломать раму из карбона сложно. Но возможно… Однако происходит это только в тех случаях, когда она подвергается слишком высоким нагрузкам, на которые абсолютно не рассчитана. Но и в этом случае она поломается не в одночасье!

Тут, кстати, надо отметить, что рамы из алюминиевого сплава с весом от 2 кг ломают гораздо реже просто за счет большой толщины трубок. А если говорить об облегченных алюминиевых рамах, то статистика тут не в их пользу. При этом трещина на алюминиевой раме распространяется от края до края по сварному шву, что снижает ее целостность.

Еще один плюс рамы из углепластика — в большей надежности при циклических нагрузках. Иными словами, невозможно даже приблизительно спрогнозировать время возможной поломки алюминиевой рамы, и случиться это может внезапно и неожиданно. А вот какое-то время ездить на карбоновой раме с незначительными трещинами вполне возможно.

Ошибочно многие считают также, что углепластиковые рамы сложно (а то и вовсе невозможно) качественно отремонтировать. На самом деле трещины без особых трат, усилий и условий можно заклеить, что многие успешно делают даже у себя дома — ремонт требует эпоксидной смолы и стеклоткани. Но если нет уверенности в надежности результата, всегда можно (и лучше) обратиться в Carbon Composites.

Здесь, конечно, хочется упомянуть ремонтопригодность алюминиевых рам. Их, в принципе, можно сваривать, но для этого необходимы и условия, и навыки. А если речь идет о баттированных тонкостенных трубках, процесс сварки обрастает дополнительными сложностями.

Вес карбоновой рамы

Чем ниже вес, тем легче вождение, выше скорость и завиднее маневренность — и это важно там… где это важно и дорогá каждая секунда. А особенно вес ощущается, когда в ряде ситуаций его приходится тянуть на себе…

Безусловно, с композитным материалом в этом плане не может сравниться ни сталь, ни алюминий — в лучшую для него сторону.

Тем не менее, именно вес не всегда бывает ключевой характеристикой, да и понижать его до абсурда тоже не имеет смысла, поскольку потеряется прочность. И вообще: недостаточно просто снизить вес. Главное при этом — сохранить жесткость.

К тому же, не для всех типов велосипедов так важен вес. Например, для эндуро или даунхилла масса не критична. Но в кросс-кантри каждый грамм на учете. И хотя 200–700 г разницы в весе рамы не сделают погоду, но если из карбона будет выполнена не только рама, это будет приятно чувствоваться.

Устойчивость к коррозии

По этому параметру к композитной раме может приблизиться только титановая. Но именно состав карбона полностью исключает появление ржавчины.

Нюансы технологии

Анизотропия свойств углепластика дает большие возможности, в том числе и для производства велосипедных рам. Этим пользуются производители, меняя свойства ее узлов. Так, изменяя количество слоев (в нашем случае это толщина стенок рамы) и тип смолы, а также проводя некоторые технологические манипуляциями, можно получать нужные параметры амортизации, добиваться требуемой гибкости, прочности или мягкости, а также торсионной жесткости. Другими словами, можно менять характеристики узлов велотранспорта.

В алюминиевых рамах подобный эффект достигается главным образом за счет баттинга (butting) и гидроформинга (hydroforming). Эти же технологические приемы используются и для карбоновых рам, только опираются они именно на анизотропию свойств карбона. Для справки:

1. Баттинг — способ получения алюминиевых рам с варьирующейся толщиной стенок в различных точках или узлах. Что касается углепластика, этот же эффект достигается при использовании разного количества слоев карбонового волокна.

2. Гидроформинг позволяет придать велосипедной раме сложную форму. Композитное волокно для этого имеет все возможности. Ведь до процесса отверждения оно представляет собой очень гибкий материал, поэтому без дополнительной формовки из него можно делать рамы с точно рассчитанными размерами и формами.

Виды углепластикового волокна для производства велосипедных рам

HMF

Применяется, чтобы максимально увеличить прочность и снизить вес рамы. Материал отличается оптимальным соотношением жесткость / прочность, чтобы получить лучшую функциональность. Модуль растяжения — 125 GPa. Предел прочности — 2450 MPa.

HMX

Данное высокомодульное карбоновое волокно стандартно используется в производстве байков. HMX — волокно, жесткость которого выше на 20 % при одинаковом весе, когда речь идет о других типах композитного волокна. Однако оно практически в 3 раза дороже, чем HMF. Модуль растяжения — 154 GPa. Предел прочности — 2950 Mpa.

Карбоновые нити HMX имеют меньший диаметр и при этом они более жесткие по сравнению с HMF. Этим объясняется тот факт, что рама с применением волокна HMX на 14 % легче, чем HMF, при условии одинаковой жесткости.

HMX-SL

Его получают с применением нанотехнологии. Представляет собой углепластиковые нанотрубы, усиленные эпоксидной смолой в комбинации с самым прочным на растяжение волокном T1000G, которое традиционно использует аэрокосмическая отрасль. В результате получается суперлегкая рама без компромиссов по жесткости.

Современное производство

Как говорится, цену не обманешь, и стоимость даже в несколько десятков тысяч рублей себя оправдывает, когда речь идет об известном бренде и/или качественном изделии. Как же оно изготавливается?

Прежде всего, современное производство начинается с цифрового дизайна пресс-формы для рамы. Ее не просто рисуют и рассчитывают, но и виртуально тестируют. Современные компьютеры позволяют делать это со 100%-ной достоверностью, не говоря уже о построении моделей в 3D. Иными словами, еще задолго до появления первого образца инженеры уже знают его вес, габариты, индексы жесткости, направления распределения и силу нагрузок, а также все аэродинамические параметры, кинематику подвески и поведение слоев карбона рамы.

Только после этого создают пресс-форму и получают прототип, который проходит длинный путь тестов и анализа всех параметров, чтобы добиться проектной цели.

Кроме того, помимо виртуальных испытаний и расчетов, пилотный проект всегда тестируется профессиональными гонщиками. И только после всех доработок его запускаются в массовое производство.

Немного о мифах

Что бы ни говорили скептики, а еще с 90-х, когда впервые на рынке массово появились велосипеды с карбоновой рамой, можно найти экземпляры, которые отлично ездят до сих пор. Правда, алюминиевые рамы, на которых ездили задолго до появления углепластиковых и которым обычно пророчили лет 5, тоже ездят до сей поры. И сколько бы ни говорили об усталостном разрушении стали, экземпляров, которым больше полувека, тоже немало в отличном рабочем состоянии. Так чему же верить, а чему нет?

Карбон теряет жесткость

Жесткость карбоновой рамы зависит не только от самих волокон, но и от смолы. Микротрещины в ней накапливаются во время циклически повторяющихся изгибах материала. Его ресурс в несколько раз выше, чем у смолы, поэтому трещины могут накапливаться, но при этом рама не будет ломаться, хотя жесткость должна будет снижаться.

Так оно и есть, но, согласно практическим исследованиям компании Specialized, жесткость после 100 000 циклов деформации снизилась на величину столь незначительную, что ею, как говорят математики, можно пренебречь.

Углепластик разрушается / плавится на солнце

Сегодня уже такого карбона не найдешь, поскольку всё, что теоретически может эксплуатироваться под солнцем, имеет защитное покрытие. А температура его плавления намного выше, чем в наших широтах.

Кстати, низкие температуры для углепластика тоже не критичны, иначе из него бы не производили лыжи.

Основная уязвимость карбоновых деталей

К таким относят точечные удары и предрасположенность к сколам и царапинам. В этом есть доля истины, однако сегодня от этого можно защитить раму сразу после покупки велика, обклеив специальной пленкой, что убережет ее на долгие годы.

Многие «обвиняют» карбоновые велосипеды еще и в невозможности установки багажника, хотя многие умельцы вполне успешно «колхозят» и отправляются в длительные велосипедные походы.

Небольшие нюансы

Нарезка резьбы на композите — дело из области фантастики, поэтому в карбоновом велотранспорте часто используют стальные, титановые или алюминиевые втулки с резьбой, где это необходимо. Однако эти материалы имеют разные коэффициенты расширения, когда на них воздействует температуры. Это может быть причиной поломок — как и то, что подобные вставки тоже несут нагрузку. Об этом нужно помнить, если на улице экстремальная жара или мороз. Тут качество зависит только от производителя.

Также углепластиковые детали не терпят перетянутого болтового соединения, поэтому затяжка болтов должна проводиться очень осторожно, иначе можно довольно легко получить трещины.

Выводы

Невозможно дать один универсальный и однозначный ответ о том, что лучше. Есть качественные экземпляры байков со стальными рамами, выполненные под заказ, цена которых не меньше, чем современных карбоновых, хотя в массе последние дороже.

Так что, выбирая для себя велик, необходимо учитывать много параметров: от собственного веса до характера ваших путешествий. Также, как для любой другой вещи или спортинвентаря, тут важен производитель. Не стоит забывать и о том, что современные велосипеды значительно отличаются по качеству от первых экземпляров из углепластика, поэтому многие претензии уже превратились в мифы.