Khung được coi là trái tim và linh hồn của một chiếc xe đạp. Nó là bộ phận liên kết tất cả các thành phần lại với nhau thành một bộ máy di chuyển hoàn chỉnh. Khi nhìn vào một chiếc xe đạp, thứ đầu tiên người ta đánh giá cũng chính là bộ khung. Khung cũng là bộ phận thể hiện đặc điểm trong thiết kế của từng hãng xe, khung xe đạp cũng sẽ là nơi in hình tên các hãng. Chính vì vậy bộ khung thường được rất chú trọng trong việc chế tạo và thử nghiệm các nguyên vật liệu chế tạo.

Hiện nay trên thị trường hầu hết các khung xe đạp đều được làm bằng thép, titan, nhôm hoặc sợi carbon. Vì sợi carbon về cơ bản là một loại vật liệu cao cấp, chúng nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường xe đạp thể thao vì sự chắc chắn và mượt mà. Sợi carbon thương có đặc điểm là nhẹ hơn, cứng hơn và có khả năng chế tạo ra những thiết kế ấn tượng hơn mà kim loại bình thường không thể làm được. Thép và titan là những lựa chọn phổ biến nhất để chế tạo xe đạp nhờ sự dễ dàng tùy chỉnh và thủ công. Tuy nhiên, hầu hết các xe đạp hiện đại đều được làm từ nhôm hoặc sợi carbon.

Carbon Fiber được tạo ra như thế nào?

Sợi carbon là vật liệu tiên tiến được sử dụng để chế tạo xe đạp, bánh xe và các bộ phận xe đạp hiệu suất cao. Nó có cấu tạo từ các sợi mỏng, chắc chắn được liên kết với nhau tạo ra một loại vật liệu cực kỳ nhẹ và chắc chắn. Hãy nghĩ về nó giống như một phiên bản vải công nghệ cao, nhưng thay vì sợi, nó được làm từ các nguyên tử carbon!

Quá trình sản xuất sợi carbon bao gồm việc nung nóng vật liệu tiền thân, như polyacrylonitrile (PAN) hoặc hắc ín, đến nhiệt độ cực cao trong điều kiện không có oxy. Điều này làm cho vật liệu trải qua những thay đổi hóa học để biến nó thành sợi carbon nguyên chất. Những sợi này sau đó có thể được dệt lại với nhau hoặc xếp lớp để tạo ra vật liệu sợi carbon cuối cùng.

Khung xe đạp carbon được tạo thành từ các lớp sợi carbon (sợi dệt thành tấm) được nhúng trong một ma trận nhựa epoxy. Các sợi carbon mang lại cho nó sức bền, còn nhựa giữ nó lại với nhau. Hầu hết các khung được tạo ra bằng cách xếp nhiều lớp vật liệu sợi carbon/nhựa, được gọi là “prereg”, với các cấp độ và hướng khác nhau được sử dụng ở những vị trí khác nhau trong khung.

Khung xe đạp làm từ sợi Carbon fiber có đặc điểm gì?

Khung xe đạp bằng sợi carbon từng là sản phẩm dành riêng cho những chiếc xe đạp đua cao cấp siêu đắt tiền, nhưng với kỹ thuật sản xuất được cải tiến, những khung hình tuyệt vời này hiện đang bắt đầu trở nên phổ biến rộng rãi hơn cho những tay đua muốn tìm kiếm một mẫu xe chất lượng với giá cả phải chăng.

Được làm từ sợi carbon dệt và sau đó được đặt bên trong nhựa epoxy cứng, khung xe đạp carbon rất nhẹ, chắc chắn và có độ cứng vừa phải. Vật liệu này cũng dễ dàng chế tạo thành các hình dạng khí động học và cho phép các kỹ sư thực sự thoải mái chế tạo các bộ khung để phát huy sức mạnh hoặc độ linh hoạt thay đổi ở những khu vực quan trọng xung quanh xe đạp.

Sợi carbon đã được sử dụng trong xe đạp như một vật liệu công nghệ cao trong mười năm qua. Nói một cách chính xác, sợi carbon không phải là một nguyên tố carbon đơn giản mà là hỗn hợp của nguyên tố carbon được liên kết và gia cố bằng nhựa epoxy sau khi dệt. Trong những ngày đầu của sợi carbon, nhựa epoxy được sử dụng thậm chí sẽ bị phân hủy dưới ánh nắng mặt trời vì lý do kỹ thuật. Với sự tiến bộ của công nghệ, những khuyết điểm của loại vật liệu ưu việt này đang dần được khắc phục. Độ bền của sợi carbon này thậm chí còn vượt xa cả thép và được bảo hành trọn đời.

Nói chung, sợi carbon làm vật liệu xe đạp có các đặc điểm sau:

Trọng lượng rất nhẹ: Khung đường bằng sợi carbon nặng khoảng 1200 gram đã có mặt ở khắp mọi nơi. Vì khối lượng carbon chỉ là 1,6 g/cm3 nên việc tạo ra một khung hình nặng khoảng 1kg không còn là giấc mơ nữa.
Hiệu suất hấp thụ sốc tốt. Sợi carbon có thể hấp thụ sốc hiệu quả và duy trì độ cứng tốt. Tính năng này làm cho nó trở thành một vật liệu có mức độ cạnh tranh rất tốt.

Lợi ích của việc sử dụng Carbon Fiber để chế tạo khung xe đạp

Nhẹ

Điều đầu tiên mọi người nghĩ đến là trọng lượng, và đúng vậy, carbon là loại vật liệu nhẹ nhất để chế tạo nên khung xe đạp. Sợi carbon là một trong những vật liệu nhẹ nhất hiện có cho khung xe đạp, khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho những tay đua muốn giảm thiểu trọng lượng. Bản chất dạng sợi của vật liệu cho phép người chế tạo khung điều chỉnh độ cứng và độ tuân thủ bằng cách căn chỉnh các lớp carbon theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ: khung xe đạp bằng sợi carbon sẽ có độ cứng ở khu vực giá đỡ phía dưới và ống đầu để cung cấp và kiểm soát lực, đồng thời tuân thủ ống yên và dây an toàn để mang lại sự thoải mái cho người lái.

Giúp chuyến đi êm ái hơn, thoải mái hơn

Lợi ích chính dành cho những tay đua đam mê khám phá và tốc độ là sự thoải mái đến từ khung xe đạp carbon. Trong khi vật liệu nhôm truyền độ rung và chấn động qua xe đạp thì phuộc xe đạp carbon được hưởng lợi từ chất lượng giảm rung giúp mang lại cảm giác lái êm ái hơn. Khung bằng sợi carbon có thể được thiết kế để giảm rung động trên đường, mang lại cảm giác lái êm ái hơn.

Nó mạnh hơn và bền hơn

Những cải tiến kỹ thuật về dệt và epoxy, cũng như khả năng của các nhà thiết kế để tạo ra sức mạnh ở những khu vực khung cần thiết nhất, có nghĩa là carbon hiện có thể được sử dụng để chế tạo khung xe đạp rất bền. Trên thực tế, khung xe đạp đường trường bằng carbon đã được chứng minh là hoạt động tốt hơn hợp kim trong thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và giờ đây bạn thậm chí có thể mua một chiếc xe đạp leo núi bằng carbon có khả năng chống va đập tốt.

Hầu hết nguyên nhân lớn nhất gây hư hỏng khung xe đạp là do va đập khung xe vào những vật cản, cũng có trường hợp gãy khi quá tải nhưng chúng không xảy ra nhiều. Các vấn đề phổ biến khác là không có đủ cọc an toàn trong khung (mua khung có kích thước chính xác và chú ý đến dòng MIN/MAX trên trụ yên của bạn). Những vấn đề như gãy khung hay hỏng hóc nặng sẽ ít xảy ra hơn với những chiếc xe đạp có sử dụng CARBON FIBER là vật liệu chính vì sợi carbon có thể được thiết kế để cực kỳ cứng, mang lại khả năng truyền lực tuyệt vời khi đạp.

Đây là vật liệu cực kỳ ổn định

Khung xe đạp đường bộ bằng sợi carbon trước đây dễ bị tổn hại bởi tia cực tím, nhưng điều này không còn là vấn đề vì khung chất lượng được sản xuất ngày nay có chứa chất ổn định tia cực tím. Ngoài ra, đừng lo lắng khi sử dụng nước rửa xe đạp trên khung carbon fiber vì – so với thép hoặc nhôm, carbon là vật liệu trơ và không dễ bị ăn mòn hóa học hoặc hư hỏng do muối.

Được chứng minh qua nhiều lần thử nghiệm

Khi chế tạo một chiếc xe đạp sử dụng Carbon fiber làm vật liệu chính, các chuyên gia đã tính toán và thử nghiệm rất nhiều lần để có thể phát huy tính chất của vật liệu này vào thiết kế như:

Thiết kế khí động học: Sợi carbon cho phép tạo ra các hình dạng và thiết kế phức tạp, có thể tạo ra các khung khí động học hơn.
Khả năng tùy chỉnh: Sợi carbon có thể được đúc thành nhiều hình dạng và cấu hình khác nhau, cho phép đạt được mức độ tùy biến cao trong thiết kế khung

Nhược điểm của việc sử dụng sợi Carbon Fiber làm vật liệu chế tạo khung xe đạp

Các vấn đề hiện tại với tài liệu này chủ yếu là đến từ các vấn đề như:

Kỹ thuật chế tạo phức tạp. Khung sợi carbon bao gồm sợi carbon, được đặc trưng bởi độ bền kéo mạnh nhưng độ bền cắt yếu. Cần phải tính toán ứng suất phức tạp (độ cứng dọc và độ cứng ngang) trong quá trình xử lý và các tấm sợi carbon được chồng lên nhau và hình thành theo tính toán. Nói chung, sợi carbon có khả năng chống va đập bề mặt khá tốt, nhưng khả năng chống đâm thủng của nó rất kém. Nghĩa là, khi xảy ra các tình huống va đập theo chiều ngang và chiều dọc bộ khung này cũng vấn hoàn toàn không vấn đề gì. Nhưng nếu bị va đập mạnh vào các vật nhọn chúng có khả năng tổn hại nặng hơn.

Một trong những nguyên nhân khiến vật liệu carbon chưa được sử dụng trên hầu hết các loại xe đạp là vì giá thành đắt. So với hợp kim titan, giá khung sợi carbon thậm chí còn cao hơn. Giá của khung sợi carbon hàng đầu rất cao. Điều này chủ yếu là do quy trình sản xuất khung sợi carbon đòi hỏi nhiều công việc thủ công và tỷ lệ phế liệu rất cao, dẫn đến chi phí tăng cao.