Comment la couche de fibre de carbone rend les cadres de vélo rigides et conformes aux bons endroits, avec Alchemy

Pour être le matériau le plus léger/le plus rigide/le plus solide pour construire un cadre de vélo, je ne m'attendais pas à ce que les ingénieurs d'Alchemy Bikes comparent la fibre de carbone au mastic. Mais, comparée à l'acier, à l'aluminium ou au titane, la fibre de carbone ouvre un monde d'opportunités pour régler la rigidité et la qualité de conduite d'un vélo.

"Vous pouvez vraiment le sculpter", m'a dit Brad Click, le technicien en fibre de carbone d'Alchemy.

Il existe bien sûr des différences inhérentes entre la fibre de carbone et les métaux qui contribuent à la qualité de conduite et ne sont pas interchangeables, mais la fibre de carbone a tendance à être plus "réglable", de l'épaisseur des parois du tube à l'assemblage des tubes et jusqu'à la forme du tube lui-même.

Nous lisons chaque année des dizaines de communiqués de presse de marques qui parlent de conformité de construction, ou flex, à travers une partie de leurs cadres tout en renforçant d'autres parties pour plus de rigidité. Pourquoi? Certains tubes sont soumis à plus de force brute à travers les sentiers et doivent être aussi solides que possible, tandis que d'autres tubes peuvent offrir un peu de flexion pour lisser les vibrations et les bosses pour l'humain perché au sommet. Comme de nombreux composants de vélo, c'est un équilibre entre force et sensibilité, comme The Rock dans l'un de ces films où il est interprété comme le gardien improbable.

Pour avoir une meilleure idée du fonctionnement de cet équilibre, je me suis arrêté au nouveau magasin d'Alchemy à Golden, dans le Colorado, pour entendre comment les ingénieurs construisent les vélos les meilleurs/les plus légers/les plus solides possibles avec le confort du cycliste et les performances du cadre au premier plan.

Alchemy propose des vélos de route et de gravier avec une géométrie adaptée aux dimensions du corps du cycliste. Comment cela se passe-t-il avec un cadre en carbone ? Avec la construction tube à tube, les tubes supérieurs et les tubes de selle sont coupés à la bonne longueur comme un tube en acier, puis ils sont assemblés par un processus de suremballage en carbone.

Avant que cela ne se produise, Click se trouve dans la salle de drapage avec des bobines de fibre de carbone prêtes à créer le programme de drapage - l'orientation des feuilles de fibre de carbone dans le tube lui-même.

"Chaque tube ou partie du vélo a son propre programme de superposition", explique Ryan Cannizzaro, fondateur d'Alchemy. "C'est-à-dire combien de couches [de fibre de carbone] et dans quelles directions vous allez les déposer."

Pour la plupart, Alchemy utilise de la fibre de carbone unidirectionnelle au lieu de la fibre de carbone tissée. Avec unidirectionnel, la fibre s'étend dans une direction comme le grain dans un 2 × 4, bien qu'elle puisse être coupée de sorte que la fibre s'étend sous un angle différent. En déterminant le meilleur programme de superposition pour chaque tube, Alchemy affine les caractéristiques de conduite, le degré de conformité et la rigidité de chaque section du cadre.

En soi, une feuille de fibre de carbone peut facilement être déchirée en lambeaux. "Une fois qu'ils se croisent, vous avez deux fibres qui se battent l'une contre l'autre", explique Click. Lorsque les artisans du carbone d'Alchemy élaborent le programme de superposition et que les feuilles commencent à se chevaucher sous différents angles, c'est à ce moment-là que le cadre commence à se renforcer. Mettez deux feuilles avec des fibres opposées ensemble et tout à coup cela devient très difficile à déchirer.

L'alchimie superpose les feuilles de fibre de carbone ensemble dans un tube. Une feuille peut avoir les fibres s'étendant à 30° et sur une autre feuille les fibres peuvent être à 45°. Les ingénieurs déterminent le meilleur programme de superposition pour chaque tube pour la rigidité souhaitée, au lieu d'utiliser de la fibre de carbone tissée où la qualité de conduite n'est pas aussi réglable. En moyenne, il y a environ six feuilles de fibre de carbone comprenant chaque tube.

Alchemy n'utilise que la construction tube à tube sur ses cadres de route et de gravier qui sont toujours fabriqués en interne à Golden, Colorado. Ils donnent également aux cadres une construction à chambre fermée. Par exemple, l'intérieur du tube supérieur est isolé du tube de selle. Cela donne au cadre un meilleur amortissement des vibrations. Cependant, sur leurs cadres de VTT, ils utilisent une construction monocoque à chambre ouverte. Avec une suspension et des pneus plus gros, l'amortissement des vibrations n'est pas aussi important.

Cannizzaro explique que la construction tube à tube et les horaires de pose intensifs conviennent mieux à ses vélos de route et de gravier et que le monocoque convient mieux à ses cadres de VTT à suspension intégrale.

"Sur un vélo de montagne, [tube à tube] n'est pas aussi nécessaire", dit-il. "Vous voulez que ce vélo de montagne soit aussi rigide, durable et léger que possible afin que la suspension puisse faire tout le travail, car sur un vélo de montagne, la suspension est ce dont vous obtenez les caractéristiques de conduite, tant que le cadre est suffisamment rigide et durable pour pouvoir laisser cette suspension faire toutes les capacités de ce qu'elle peut faire. "

Comme la plupart des cadres en fibre de carbone, Alchemy utilise une combinaison de moules et de vessies pour créer le cadre ou le tube du cadre. Des feuilles de fibre de carbone sont posées dans les moules et des vessies sont insérées à travers les tubes du cadre. La chaleur est augmentée, les moules ont une pression vers le bas sur le cadre et les vessies à l'intérieur des tubes sont gonflées jusqu'à 200 psi pour créer une pression de l'intérieur vers l'extérieur, prenant en sandwich les tubes du cadre et rendant la fibre de carbone plus solide et plus dense. Lorsque la résine est mélangée aux fibres de carbone au cours de ce processus, le cadre durcit.

Dans une pièce plus complexe du cadre comme le boîtier de pédalier, Alchemy utilise du silicone pour la pression appliquée au lieu d'une vessie. Une fois chauffé, le silicone se dilatera et remplira les recoins du boîtier de pédalier pour appliquer une pression vers l'extérieur dans le moule.

Alchemy nous a donné une idée générale de ce qui se passe dans leurs calendriers de mise en place pour leurs vélos de route et de gravier en fibre de carbone et de la façon dont un cadre de vélo est conçu pour équilibrer rigidité et conformité. De manière générale, un cadre de vélo sera plus rigide dans la moitié inférieure, là où les forces au sol rencontrent le vélo, et plus souple dans la moitié supérieure, où le cycliste est assis. Cela compte évidemment plus pour les cadres rigides (route, gravier, semi-rigides) que pour les vélos à suspension intégrale où des pneus et une suspension plus volumineux gèrent une grande partie des forces transmises par les roues. En ce qui concerne les cadres à suspension intégrale, Alchemy répond à la rigidité et à la durabilité.

"Vous voulez plus de résistance aux chocs dans le VTT", a déclaré Matt Maczuzak, responsable du développement de produits chez Alchemy. "Vous allez rencontrer des impacts de rochers et vous avez des forces différentes [qu'un vélo de route]. La configuration du vélo de montagne est plus orientée vers la rigidité ultime parce que vous avez votre suspension, vos pneus et les roues qui offrent le confort du vélo. Vous voulez essentiellement isoler le cadre pour le rendre aussi rigide que possible afin que la suspension puisse faire ce qu'elle est censée faire. Si votre cadre est flexible et souple, alors vous gâchez votre cinématique. "

Les tubes supérieurs sont un peu comme le pain dans un sandwich au beurre de cacahuète et à la gelée. Ce ne sont pas les éléments les plus excitants, mais ils le maintiennent ensemble. Le tube supérieur a les tâches les plus simples.

"Chaque pièce est construite un peu différemment selon ce qu'elle fait", explique Brad. "Le niveau de base le plus simple est probablement le tube supérieur. C'est un tube, coupé pour s'adapter. C'est très simple." Le tube supérieur, luttant principalement contre la déviation et ne subissant pas autant de contraintes que les autres tubes, s'allonge avec les fibres dans une direction plus droite.

Étant donné que les haubans se connectent au tube de selle où le pilote est assis, les haubans peuvent être construits avec une certaine flexibilité. L'alchimie intègre une certaine résistance à la torsion pour lutter contre les forces de torsion dans le hauban, mais la conformité est le nom du jeu ici. Ils peuvent être plus légers sur le carbone ou même construire un arc ou plier le tube pour lui donner plus de flexion verticale.

Les haubans peuvent être plus légers et plus flexibles ou plus fins que les autres tubes, mais cela ne signifie pas qu'il s'agit nécessairement du maillon faible d'un cadre. Cannizzaro dit "Cette pièce est aussi forte qu'elle doit l'être pour ce qu'elle fait."

Les tubes de selle sont généralement construits avec des plis droits. Comme le tube supérieur, le tube de selle est destiné à lutter contre la déviation, mais il est également conçu pour avoir une certaine conformité pour plus de confort.

En termes de qualité de conduite, le tube diagonal consiste à résister à la torsion. Traversant un sentier, le tube diagonal peut dévier les coups de roche, résister aux forces de torsion du pédalage du vélo, et mis à part le boîtier de pédalier ou les décrocheurs, il est chargé d'absorber une grande partie des impacts des chutes et des sauts.

Les haubans sont plus lourds et utilisent plus de feuilles de fibre de carbone à 0 ° ajoutées pour plus de rigidité et de durabilité. Maczuzak dit que les bases sont généralement plus lourdes que le tube supérieur car elles sont conçues pour supporter beaucoup plus de force.

Sur ces pièces, où la fourche se monte ou la roue arrière se monte, les pièces peuvent être un solide quart de pouce de fibre de carbone. Non seulement ils doivent être rigides, mais ils doivent être durables.

Le boîtier de pédalier résiste aux forces d'impact lors des atterrissages et de la torsion du pédalage du cycliste. Monter et sur des rochers sommaires ? Le BB devrait être capable de prendre un coup d'un aileron de requin sournois. Même si certaines fibres sont creusées, il devrait y avoir suffisamment de matériau pour compenser, bien que cela mérite toujours une inspection approfondie.

Les pattes des cadres en carbone d'Alchemy ont également une épaisseur d'un quart de pouce pour la même raison. Ces points sur le cadre, avec tant de variables, sont faits pour durer dans le cas où un essieu se dérègle ou si la cassette entre d'une manière ou d'une autre en contact avec l'intérieur du cadre. Alchemy utilise de la fibre de carbone tissée à deux endroits sur leurs cadres : les bossages de la bouteille d'eau et les bases pour une résistance pure.

Enfin, Alchemy note que les supports d'amortisseur doivent être aussi rigides que les composants ci-dessus, car la dernière chose que l'on souhaite, c'est de l'énergie qui devrait être exclusivement destinée à l'amortisseur envoyé ailleurs. Cela pourrait provoquer une sensation de suspension ou interférer avec les performances du cadre.

Il devrait être évident maintenant qu'Alchemy est fier de son travail sur la fibre de carbone. En raison de leur travail pratique dans le processus de drapage, le cadre sort du moule avec des rainures visibles ou des parties non lisses sur le cadre où certaines bandes de fibres sont surélevées par rapport à d'autres.

Cannizzaro dit que certaines marques ajouteront de la fibre de carbone supplémentaire, sachant qu'elles la ponceront avant de peindre. Au lieu de poncer le carbone pour le lisser ou diminuer l'esthétique de la fibre, Alchemy ajoute une épaisse couche de peinture transparente sur le cadre, puis le ponce afin que la couche soit toujours visible sous la peinture.

La plupart des gens choisissent une peinture brillante au lieu d'une peinture mate parce qu'ils veulent voir le savoir-faire sous la couleur. Avec jusqu'à 40 heures de travail sur chaque cadre, cela semble être le bon choix.