S dôvernými znalosťami uhlíkových vlákien zohral hlavný inžinier kompozitov spoločnosti Trek veľkú úlohu pri vytváraní bicyklov tým, čím sú dnes
Cyklista: Ako ste začali na Treku?
Jim Colegrove: V roku 1990 si Trek chcel vyrobiť kompozitné diely vo vlastnej réžii po katastrofálnom začiatku s použitím samostatnej spoločnosti na výrobu rámu 5000. To bolo vyrobené v jednom kuse v rokoch 1988 a 1989. Hrozné zlyhanie – prakticky každého sme dostali späť. Kľúčoví ľudia si uvedomili, že uhlíkové vlákna sú budúcnosťou, a ja som bol najatý, aby som pomohol preniesť výrobu do tohto zariadenia. Prišiel som z malej strojárskej firmy v S alt Lake City, ktorá pracovala s klientmi z oblasti letectva – Boeing, Lockheed, Northrop, s takýmito spoločnosťami. Jackson Street bola miestom, kde začal Trek, čo bola červená stodola v centre Waterloo [Wisconsin]. Trek tam začal spájkovať rámy v roku 1976. Teraz sa v ňom nachádza CNC obrábacie zariadenie na rezanie všetkých foriem, ktoré používame na výrobu našich dielov.
Cyc: Používa letecký a vojenský priemysel oveľa kvalitnejší uhlík, než aký sa používa v bicykloch?
JC: Materiál, ktorý používa letecký a obranný priemysel, je takmer identický s materiálom, ktorý používa rekreačný priemysel. Vo všeobecnosti chýba certifikácia a tiež overenie výroby. Používame veľa rôznych vlákien, z ktorých niektoré sú rovnaké ako tie, ktoré sa používajú na špičkové vojenské a letecké účely. M60J je napríklad vlákno Toray s ultra vysokým modulom. Keď som sa pozeral naposledy, bolo to niečo severne od 900 dolárov za libru [približne 1 £ 270 za kilo]. Niektoré z týchto materiálov s vysokým a ultravysokým modulom sú klasifikované ako strategické materiály, čo znamená, že sú dostupné iba v niektorých krajinách NATO, pretože z nich môžete vyrábať zbrane. Používame takmer všetky vlákna, či už je to Toray, Mitsubishi, Hexcel, Cytec. Na čo si spomeniete, my to používame.
Cyc: Čo je zvláštne na spôsobe, akým Trek robí veci?
JC: Jednou z kľúčových vecí je, akým spôsobom dokážeme zabezpečiť chyby v procese. Kedykoľvek do mixu vložíte človeka, existuje možnosť chýb. Všetky naše produkty za posledných päť alebo šesť rokov prešli našim validačným laboratóriom, ktoré je akousi falošnou továrňou. Prizývame našich špecialistov na dokumentáciu, ktorí našim operátorom povedia, čo budú robiť. Týchto operátorov privedieme do validačného laboratória a vyškolíme ich, aby sme mali bezproblémový prechod. Snažíme sa veci vyvíjať spôsobom, ktorý dobre prejde do výroby. Pretože keď vezmete veci z prostredia laboratória do výroby, vždy sa vyskytnú malé chyby – veci, na ktoré ste nepomysleli.
Cyc: Ako sa vám darí zvládať požiadavky dizajnu a výskumu v Spojených štátoch, pričom veľkú časť svojej produkcie robíte na Ďalekom východe?
JC: To, čo považujem za skutočne kľúčové, je to, že to, čo sa tu naučíme, rozšírime medzi našich ázijských partnerov. Jednou z vecí, ktoré nás odlišujú, je skutočnosť, že sme hlboko zakorenení vo výrobe. Všetky špičkové bicykle Project One vyrábame vo Wisconsine a vieme, že továreň je drahá, ale ak to neurobíme tu, stratíme priame spojenie s výrobou produktu. Môžeme navrhnúť krásny rám a poslať ho niekomu, ale nemáme tušenie, či to, čo sme navrhli, je zostaviteľné a či je to zostaviteľné dobrým, jedinečným spôsobom.
Cyc: Ako kompozitný charakter uhlíkových vlákien ovplyvňuje dizajn rámu?
JC: Existuje akási teória „čierneho hliníka“, kde dizajnéri zaobchádzajú s uhlíkom, ako keby to bol obyčajný izotropný kov. Takže niektoré z FEA [analýzy konečných prvkov], ktoré sa používajú pri navrhovaní bicyklov, sa vykonávajú vložením hliníka ako materiálu a navrhovaním rúrok výlučne na základe účinku určitej hrúbky steny. To nie je skutočný kompozitný FEA. To je v poriadku na získanie prijateľného produktu, ale ak chceme vytočiť typ jazdného výkonu, o ktorý sa usilujeme na vrchole, musíme robiť veci poriadne. V našom návrhu môžete vidieť počet vrstiev a miesto, kde sme ich umiestnili, a to všetko je riadené našou analýzou.
Cyc: Ako ovplyvnil trend lepšej aerodynamiky spôsob, akým pristupujete k dizajnu?
JC: Aerodynamika nám skutočne spôsobila dilemu. Tvary aero trubíc majú tendenciu vyžadovať väčšie plochy a vždy, keď pridáte väčšiu plochu ktorejkoľvek časti, bude mať väčšiu váhu, však? Tiež je to tak drsné pre jazdca, pretože je to taká vysoká časť, alebo je to také úzke, že bicykel je všade naokolo [kvôli bočnému ohybu]. Tu skutočne vstupuje do hry naša analýza. Najprv analyzujeme tvar z aerodynamického hľadiska a potom, keď vieme, že máme určitý aerodynamický tvar, začneme ho zapájať do FEA. Ak sa títo dvaja spolu nebudú hrať, musíme pridať materiál, aby vyhovoval aerodynamike, ale potom bude motorka príliš ťažká – to nebude prijateľné. Preto sa neustále približujeme k najlepšiemu riešeniu.
Cyc: Bicykle z uhlíkových vlákien sú napoly uhlíkové vlákna a napoly živice. Aká dôležitá je živica?
JC: Veľmi. Veľa o tom nehovoríme, ale neustále pracujeme s rôznymi živicami. Je to kompozitný materiál – uhlíkové vlákno robí prácu a epoxidová živica drží vlákna na svojom mieste. Takže ak živica neplní svoju úlohu a drží vlákna na mieste, z vlákien nedosiahnete žiadny skutočný výkon. Vytvorili sme užší vzťah s [výrobcom uhlíkových vlákien] Hexcel, pretože má širokú škálu živíc, ktoré majú jedinečné a špeciálne vlastnosti. Problém je, že to ďalej komplikuje už aj tak komplikovaný koncept. Okolo je toľko žargónu – je to T700 alebo T800 alebo IM7 alebo IM8, aké sú moduly, pevnosť a predĺženie? Je to dosť mätúce bez toho, aby ste sa dostali do živíc.
Cyc: Uhlík má niekedy zlú povesť, pretože má obmedzený život. Je to pravda?
JC: Zdá sa, že ľudia sa obávajú uhlíkových vlákien, pretože sú neznáme. Ľudia vyrástli s oceľou a hliníkom. Každý materiál má únavovú životnosť. Vezmite oceľovú sponku a stokrát ju ohnite, pravdepodobne sa zlomí. Urobte to isté s hliníkom a pravdepodobne sa zlomí za polovicu času, pretože hliník nie je taký dobrý na únavu ako oceľ. Kompozity majú vo všeobecnosti nekonečnú únavovú životnosť. Ale to závisí od použitia uhlíkových vlákien, použitia živice a od toho, ako dobre bola spracovaná. Inými slovami, je v lamináte veľa dutín? Pretože dutiny zabijú kompozit veľmi rýchlo. To bolo bežné pred rokmi, ale už nie. Tu opäť zohráva dôležitú úlohu úplná kontrola materiálov, procesov a inžinierstva. Ak to všetko prevezmete pod kontrolu, môžeme s konečnou platnosťou povedať, že na bicykli, ktorý si kúpite dnes, môžete jazdiť celý život a za ten život sa neznehodnotí.
Cyc: Hľadáte nové a výnimočné materiály?
JC: Stále hľadáme nové materiálne formy. Grafén je jedným z nich, ale stále sa vyvíja. Existujú výrobcovia nano-grafénových doštičiek, takže ich už môžete dostať, ale je to veľmi drahé. Najväčšou vecou pre nás je, že pokiaľ nevidíme výhody v zložení, nie sme úplne predané. Ak dokážeme prísť na nejaký spôsob, ako získať grafénové alebo uhlíkové nanorúrky na vytvorenie dlhých strún, aké máme pre súčasné uhlíkové vlákna, bože môj, tuhosť, sila, hmotnosť by bola neuveriteľná.
Trek.com
