Большая часть карбоновых компонентов родом из Азии. Некоторые рамы изготавливаются в США (Трек, Zipp) и Франции — Look, Time.
Но, благодаря тому, что карбон крайне технологичный материал и позволяет работать с полуфабрикатами типа труб и узлов, многие частные фреймбилдеры и бутиковые марки делают свои рамы с помощью этих полуфабрикатов без подготовки дорогой оснастки.

cyclingtips.com
 

cyclingtips.com

Тем не менее, карбон, как материал велокомпонентов, весь родом из Азии. Это связано с технологией получения волокна: пиролитическое окисление полиакрилонитрила со стабилизацией в инертном газе. Проблема в том, что это очень грязный процесс и развитые страны предпочитают не иметь у себя на территории таких мощностей.
Сейчас 90% волокна производится шестью компаниями: Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Rayon, Hexcel, Zoltek, и Cytec. 2/3 этого количества производится на первых трёх предприятиях, расположенных в Азии. Оставшаяся часть волокна производится в том числе и в США, но расходуется на стратегические нужды, например, для космоса и авиации.
Карбоновое волокно выпускается в различном виде: короткое или длинное в виде обрезков нитей (как правило используется в качестве наполнителя в композитных пластиках, в виде жгутов, тканных и нетканных листовых материалов, пряжи).

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №2
 

Базовые материалы довольно сложны в переработке и только крупные производители типа Giant имеют необходимое для этого оборудование.
Большинство же используют в своей работе предварительно пропитанный смолой полуфабрикат — препрег.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №3
 

Смола — это второй важный компонент карбонового изделия. Сами по себе волокна карбона хрупкие и не выдерживают нагрузку на сжатие, смола помогает удерживать волокна вместе и перераспределять нагрузку между многими волокнами в конструкции.

При продвижении карбоновых продуктов производители любят упоминать о том, что использованы самые очень сильно высокомодульные марки волокна. Вот, по факту, волокно, подходящее для изготовления рам является стандартным или средним по модулю упругости, но мало кто захочет купить изделие из средненького карбона. На изделиях же из высокомодульного волокна мало кто захочет кататься — оно будет хрупким и некомфортным. Некоторые производители придумывают собственные обозначения для марок углепластика, такие как FACT или Advanced Grade, но производители карбона не в курсе, что умеют делать такие марки материала.

Часто рама сделана из нескольких марок углеволокна — в местах и направлениях, где требуется большая жесткость, используется более высокомодульное волокно, в местах, где требуется эластичность, используется волокно помягче.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №4
 

Именно в укладке волокна кроется главный секрет производства рам. Основной материал при изготовлении рамы — это однонаправленный препрег, в нем все волокна уложены в одном направлении и именно по этому направлению достигается максимальная прочность материала на разрыв. Листы препрега выкраиваются на специальном ЧПУ плоттере и вручную укладываются в форму, согласно карте слоев, которую предварительно рассчитывают с помощью программ физического моделирования.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №5
 

Одна рама может содержать до 400 фрагментов препрега, которые необходимо уложить вручную по сложному контуру. Трудоемкость этого процесса — одна из причин того, почему большинство производств находится в Китае и Тайване.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №6
 

Процесс раскладки выкройки является максимальным концентратором ошибок и брака при производстве рам. Дешёвая карбоновая рама от дорогой отличается прежде всего раскладкой материала. Чем более тонкие и чем больше слоев используется, тем лучше соотношение прочность/вес. Но и тем больше возможностей «запереть» пузырек воздуха между слоями, который, в последствии, послужит катализатором разрушения рамы.
Высокая технологичность и простота технологии изготовления рам позволяет с лёгкостью копировать внешние атрибуты дорогих изделий и выпускать сколько угодные точные копии. Раскладку же слоев скопировать очень сложно и дорого, проще сделать самостоятельно с нуля, но тогда теряется экономический смысл подделки.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №7
 

Поэтому недорогие рамы массовых брендов и «ОЕМ» китайские копии, как правило, состоят из меньшего числа более толстых слоев карбона. И второй важный момент экономии — это контроль качества. Так, Каньён проводит компьютерную томографию каждой выпускаемой карбоновой вилки. Но на момент написания статьи ни один производитель рам не исследовал каждую выпускаемую раму на предмет брака. Тем не менее надёжность производства, где проверяют каждую десятую раму на рентгене, не сравнимо выше того, на котором вообще нет возможности делать такой анализ.
Ещё одно слабое место карбоновых рам — точечные удары. Это связано с направленными свойствами волокна — нагрузка, отличная от расчетной по направлению, может привести к расслоению ламината или даже к полному его разрушению. К счастью, наблюдаемые в завалах Про-тура взрывоподобные разрушения велосипедов, характерны только для очень дорогих и лёгких моделей. Часто повреждение карбонового узла не приводит к полной потере целостности из-за того, что не все слои разрушаются одновременно.
Ещё один вопрос, волнующий велосипедистов — усталость карбона. Что устает раньше алюминий или карбон? Или карбон может конкурировать со сталью и титаном? При рассмотрении этого вопроса стоит понимать, что карбон устает не так как металл. Само по себе волокно в рамках термина усталость — вечно. Но так как карбон — это композиционный материал, то процессы усталостного разрушения затрагивают прежде всего границу раздела фаз. Ослабевает связь между волокном и смолой, что приводит к деламинаци, но на современных смолах этот процесс происходит настолько медленно, что нет никакой возможности это заметить без инструментальных методов контроля.
Самое же непрочное место у карбоновых рам — это всевозможные вклейки алюминиевых узлов: кареточных стаканов, рулевых, дропаутов. Кроме разных упругих свойств алюминия и карбона, в месте контакта этих материалов происходит электрохимическая коррозия, что приводит к отслоению вклеенных элементов.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №8
 

Полезным же свойством карбона является возможность его починки. И, как бы не надували щеки именитые мастерские, но починить карбон может любая домохозяйка. От входных данных будет зависеть лишь вес и внешний вид элемента после починки. Оборудование для вакуумной инфузии, стапели, ИК нагреватели помогают провести ремонт карбона профессионально, но прочность изделия будет определяться прежде всего правильностью укладки материала в зоне ремонта.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №9
 

В конце хотелось бы остановится на карбоновых колесах. В отличие от рам, колеса полностью симметричны, благодаря чему укладка слоев очень простая. Основная сложность производства — это интегрирование тормозной поверхности для ободных тормозов и втулок в колеса типа лопасти или диск. Если же у вас дисковые тормоза, то карбоновые ободья будут лучшим выбором чем топовые алюминиевые. Единственное ограничение на которое придется обратить внимание — это стоимость. К сожалению, пока даже китайские ободья стоят дороже лучших алюминиевых вариантов, но разница в цене постоянно сокращается.