Carbon als framemateriaal

carbon

Carbon wordt ook wel het zwarte goud genoemd. Een carbon frame wordt opgebouwd uit laagjes koolstofvezel die door middel van een epoxyhars aan elkaar worden 'gelijmd'. De vezelsoort, de weefrichting van de vezel, het aantal lagen vezels en de framevorm bepalen de uiteindelijke stijfheden en het gewicht.

Carbon is bijzonder veelzijdig. Zo is het o.a. geschikt voor zowel superstijve vliegtuigrompen, sportwagenchassis en zeilmasten, als ook voor flexibele producten, zoals vishengels, pijl en boog, stormbestendige lantaarnpalen en auto-veerelementen. De Chevrolet Corvette gebruikte jarenlang bladveren van carbon.

carbon

Twee manieren om een carbon frame te construeren.

Black Metal Design:

De eerste carbon frames ontstonden volgens het Black Metal design-principe. De naam zegt het al een beetje, bij dit principe wordt carbon toegepast alsof het een metalen constructie betreft. Aluminium buizen maakten simpelweg plaats voor carbon exemplaren en werden met aluminium of carbon koppelstukken aan elkaar gelijmd in de bekende dubbele driehoek vorm. Het framedesign werd niet aangepast aan de unieke eigenschappen en mogelijkheden van carbon. Een dergelijk 'black metal' frame is niet lichter of stijver dan een goed aluminium frame, maar vaak zelfs slapper en zwaarder! Bij frames met aluminium koppelstukken konden de carbon buizen zelfs spontaan los raken door de verschillen in uitzettingscoëfficiënt en interne frictie. Bij dit principe wordt niet optimaal gebruik gemaakt van de veelzijdige eigenschappen van carbon, maar de fabrikant spaart wel de hoge kosten van een mal uit. Black metal fietsen worden gelukkig nauwelijks nog geproduceerd.

black-metal-design-carbon

Monocoque Design

De beste manier om een sportief carbon frame te bouwen is volgens het "Monocoque" principe, oftewel een frame uit één stuk, zonder naden, met grote oppervlakken, mooie vloeiende overgangen en met meerdere vezellagen waar nodig en minder waar mogelijk. Hierbij wordt optimaal gebruik gemaakt van de veelzijdige eigenschappen van carbon. Een monocoque frame kan stijf, licht en flexibel tegelijk zijn. Bij het laagje voor laagje opbouwen van het frame worden er simpelweg meer matjes toegevoegd op plaatsen waar extra stevigheid nodig is en de wanden worden dun gehouden op plaatsen waar weinig krachten op werken. Monocoque frames worden in een mal gevormd en gebakken. Deze mallen zijn erg prijzig en het lamineren van een frame is erg arbeidsintensief. Per framemaat is er een nieuwe mal nodig en daarom beperken de meeste fabrikanten zich tot een beperkt aantal maten.

carbon-kimera

Enorm veel vormvrijheid

De framebouwer kan allerlei vormen combineren, omdat het frame laagje voor laagje in de stalen mal wordt opgebouwd. Matjes koolstofvezel worden in diverse voorgecalculeerde richtingen uitgerold en zo kan de fabrikant framevormen bouwen die in één gewenste richting een optimale sterkte hebben en in een andere richting enigszins flexibel zijn. Goede monocoque frames kennen geen piekspanningen, omdat met berekeningen volgens de eindige elementen methode alle overgangen mooi afgerond zijn en de krachten zo optimaal mogelijk in alle richtingen verdeeld worden. De verschillende fabrikanten hebben ieder hun eigen geheime recept voor een optimaal frame.

Geen corrosie

Carbon kan niet corroderen. De frames worden meestal wel gespoten ter bescherming tegen chemicaliën en krassen en voor een mooi uiterlijk.

Nauwelijks gevoelig voor materiaalmoeheid

Bij normaal gebruik zal carbon niet breken als gevolg van materiaalmoeheid. Een goed doorgerekend frame kent geen overmatige interne spanningen en als er 1 vezel breekt, dan liggen er nog honderden naast die de krachten kunnen verwerken.

Gevoelig voor puntbelasting

Carbon kan heel veel krachten aan, maar als de grens bereikt wordt door een botsing of valpartij, dan zal het niet verbuigen of indeuken, maar direct breken. Wanneer het frame op een scherpe punt terecht komt, kan het onherstelbaar beschadigd worden. En dat hoeft niet eens hard te gaan! Als de fiets in de schuur tegen een hoek van de muur valt, kan het al gedaan zijn met je frame.

De verschillen tussen 1K, 3K, en 12K carbonvezel

1K is een vezel die relatief weinig in de fietsproductie wordt ingezet. Dit is de lichtste versie van alle carbonvezels. Er komt heel wat bij kijken om met deze vezel een fiets te bouwen. Een 1K frame is aan de oppervlakte herkenbaar aan de hele fijne weefstructuur.

3K is de carbonvezel die het meest voor uitwendig gebruik bij fietsframes wordt ingezet. Hij is goed voor een soepel frame, dat tevens stijf en sterk is. Het is herkenbaar aan de weefselstructuur met lijnen van ongeveer 3mm breed.

12K is de grofste en minst flexibele vezel. In vergelijking tot de 1k en 3k carbonvezels zorgt deze toplaag voor een zeker 'strak' fietsgevoel. Hij is iets zwaarder, maar tegelijkertijd ook veel goedkoper in de productie. Je kan een 12K frame herkennen aan de ongeveer 1cm brede vezelstroken.

UD. Dit staat voor Uni Directioneel carbon. UD carbon bestaat uit vezels die niet volgens een bepaald patroon geweven zijn, maar min of meer in dezelfde richting liggen. Dit is de meest voordelige carbonsoort. Een UD frame bestaat vaak uit wat meer lagen, waardoor het een fractie zwaarder is dan bovengenoemde carbonsoorten. Het is te herkennen aan een soort van gemarmerd effect aan de oppervlakte.

Vaak worden meerdere weefselsoorten gecombineerd. UD carbon wordt meestal als basis gebruikt, waar vervolgens een 1K, 3K of 12K buitenlaag omheen gewikkeld wordt. De gewichtsverschillen zijn overigens erg klein. Zo is een UD frame ongeveer 100 tot 150 gram zwaarder dan een 3K frame met dezelfde vorm en bij gelijke stijfheid.

Beperkte toepassingsmogelijkheden

Carbon is niet goed geschikt voor trekkingfietsen die met volle bepakking door de meest onherbergzame gebieden trekken, waarbij robuustheid voorop staat en een laag gewicht minder van belang is. Het is wel perfect voor superlichte, strak sturende racepaarden voor op het asfalt of in het bos, waarvan optimale sportieve prestaties verlangd worden.

<< Terug naar framematerialen-overzicht