Apakah Serat Karbon Layak untuk Rotor Rem Cakram? Uji Coba Samuel.

Rotor cakram serat karbon menimbulkan keraguan. Reputasi material yang buruk dalam pembuangan panas sudah terbukti di dunia rem pelek, jadi wajar untuk bertanya apakah material ini cocok berada di dekat permukaan pengereman. Samuel menguji TC-160 melalui pengujian sertifikasi pihak ketiga untuk menjawab pertanyaan itu dengan data.

Argumen Rem Pelek Karbon, dan Mengapa Tidak Berlaku pada Rotor Cakram

Gambar 1: Sumber: dandyhorse.cc, gambar jalur rem pelek karbon yang rusak.

Kritiknya seperti ini: serat karbon adalah konduktor termal yang buruk, dan karenanya, di bawah pengereman yang berkelanjutan, pelek karbon gagal menghilangkan panas, meningkatkan suhu pelek dan berpotensi menyebabkan kegagalan pelek atau bahkan ban meledak.

Komposit serat karbon terdiri dari 2 material: filamen serat karbon dan resin epoksi untuk menyatukannya.

Ketahanan panas filamen serat karbon itu sendiri biasanya bukan masalah, melainkan resin epoksi, khususnya suhu transisi kacanya (Tg).

Ketika resin mencapai Tg, resin melunak, dan struktur kehilangan integritasnya.

Banyak produsen pelek menggunakan resin Tg tinggi yang dinilai 200-230°C di atas kertas, tetapi melewatkan tahap pasca-pengawetan yang penting selama produksi. Tanpa pasca-pengawetan yang tepat (biasanya 90-120 menit pada suhu tinggi), resin tidak pernah mencapai Tg yang ditentukan, dan kegagalan dapat terjadi pada suhu serendah 100°C.

Pasca-pengawetan bertentangan dengan laju produksi. Ini memakan waktu, membatasi output harian, dan menambah biaya.

Banyak merek pelek dari daratan Tiongkok mengiklankan output tinggi dan harga rendah. Dalam banyak kasus, alasannya adalah karena tahap pasca-pengawetan dilewati sepenuhnya. Tanpa itu, Anda tidak dapat menghasilkan pelek dengan ketahanan suhu tinggi. Ini adalah alasan lain industri bergeser dari rem pelek ke rem cakram, karena pencarian set roda yang dioptimalkan secara aerodinamis berarti mengorbankan keselamatan pengereman.

Gambar 2: Rotor Samuel Aero dengan sirip karbon.

Namun, dengan rem cakram, beban panas pada struktur karbon berubah total. Permukaan pengereman adalah material terpisah, biasanya baja tahan karat atau baja+aluminium+baja, seperti yang dilakukan oleh Shimano. Karbon di roda tidak lagi berada dalam loop termal.

Jadi sekarang, pertanyaannya adalah: bagaimana kinerja rotor bersirip serat karbon di bawah beban termal?

Tapi pertama, mari kita jelajahi bagaimana rotor bersirip serat karbon TC-160 berbeda.

Apa Perbedaan TC-160?

TC-160 menggunakan resin kelas kedirgantaraan, lengkap dengan pasca-pengawetan, memungkinkan sirip karbon mempertahankan integritas struktural hingga 350°C.

Sebagai perbandingan, paduan aluminium hanya memiliki rentang operasi aman sekitar 110-120°C.

Dikombinasikan dengan laminasi serat karbon modulus menengah hingga tinggi, rotor ini secara struktural lebih kaku daripada yang setara dengan aluminium, mengurangi risiko lengkungan rotor di bawah panas, yang menyebabkan gesekan rem.

Proses pasca-pengawetan berlangsung selama 8-9 jam per batch. Bagian-bagian mendingin secara alami di dalam oven untuk menghindari tegangan internal dari perubahan suhu yang cepat, yang membatasi output hingga satu siklus oven per hari dan hanya dua hingga tiga siklus per minggu.

Anda dapat melihat mengapa banyak perusahaan tergoda untuk melewatkan proses pasca-pengawetan untuk memenuhi permintaan. Samuel, bagaimanapun, tidak mengambil jalan pintas dan memilih untuk melakukan hal-hal dengan cara yang benar, dengan mengorbankan kapasitas produksi mereka.

Poin lain yang banyak orang tidak familiar adalah bahwa serat karbon memiliki frekuensi getaran alami yang lebih tinggi dibandingkan dengan logam. Ini berarti TC-160 secara inheren kurang rentan terhadap decitan rem yang disebabkan oleh gesekan selama pengereman, daripada rotor biasa dengan sirip aluminium.

Bagaimana TC-160 Dibandingkan dengan Shimano?

Samuel melakukan pengujian dengan kamera pencitraan termal. Warna yang ditampilkan adalah suhu relatif, bukan suhu absolut.

Untuk suhu absolut, parameter harus disesuaikan agar sesuai dengan emisivitas setiap material untuk mendapatkan suhu sebenarnya di setiap lokasi. Oleh karena itu, blok warna saat ini hanya untuk tujuan identifikasi visual.

Rotor dua bagian dengan desain sirip aluminium (Shimano Dura-Ace sebagai referensi) menghantarkan panas dengan baik, menariknya menjauh dari jalur pengereman baja tahan karat secara efisien.

Gambar 3: Pencitraan termal rotor Dura-Ace

Gambar 3 memang menunjukkan konduktivitas termal yang kuat. Panas ditarik dari jalur rem ke sirip aluminium, seperti yang ditunjukkan oleh sorotan merah.

Gambar 4: Pencitraan termal rotor TC-160.

Sirip karbon TC-160 memang memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan dengan rotor Dura-Ace, namun:

1. Paku keling baja tahan karat pada sambungan antara sirip karbon dan jalur pengereman bertindak sebagai penghalang termal, membatasi perpindahan panas ke struktur karbon.
2. Komposit karbon itu sendiri memiliki konduktivitas termal rendah dan ketahanan panas tinggi.

Singkatnya, sirip aluminium memiliki konduktivitas termal yang baik tetapi kurang kaku dibandingkan dengan serat karbon.

TC-160 tidak menghilangkan panas seefisien itu, tetapi desain strukturalnya dibangun di sekitar ketahanan panas tinggi daripada konduksi panas, mengurangi risiko lengkungan rotor dengan mempertahankan kekakuan yang sangat baik melalui sirip.

Bagaimana Kinerja Sirip Karbon di Bawah Beban Termal?

Gambar 5: Data suhu yang dikumpulkan setelah turunan 15% yang curam dan pengereman berat.

Gambar 6: Data suhu yang dikumpulkan 10 detik setelah turunan 15%.

Gambar 5 menunjukkan suhu tinggi pada jalur rem baja tahan karat, sementara area sekitarnya masih tetap dingin, seperti yang ditunjukkan pada zona biru/hijau muda yang dingin setelah pengereman berat menuruni lereng 15%.

Gambar 6 menunjukkan bahwa suhu jalur rem baja tahan karat secara bertahap menurun. Sementara itu, panas pada rusuk baja tahan karat perlahan berpindah ke titik paku keling dan menyebar ke bagian atas sirip serat karbon.

Ini menunjukkan bahwa panas tinggi pada pelat gesekan baja tahan karat secara bertahap menyebar melalui rusuk ke titik paku keling. Oleh karena itu, patch hangat kehijauan dapat terlihat di sekitar titik paku keling.

Meskipun resin adalah media penyimpanan panas, nilai-k konduktivitas termal aksial serat karbon masih sangat tinggi, sehingga patch warna masih diamati di mana panas ditarik oleh serat karbon.

Validasi Pihak Ketiga: Laporan Pengujian CHC

Samuel menyerahkan TC-160 untuk pengujian independen melalui CHC (Cycling and Health Tech Industry R&D Center), sebuah badan pengujian Taiwan dengan akreditasi TAF (Taiwan Accreditation Foundation). Akreditasi TAF berarti hasilnya memiliki pengakuan internasional.

Laporan CHC mengkonfirmasi bahwa TC-160 memenuhi standar kinerja termal untuk rotor rem cakram.

Dalam pengujian dunia nyata pada mesin uji, permukaan pengereman baja tahan karat melebihi 600°C, sementara bagian sirip karbon diukur sedikit di atas 100°C di bawah kondisi yang sama, jauh di bawah batas 350°C.

Pada kenyataannya, sepeda jalan raya tidak dapat menghasilkan suhu gesekan rem cakram yang melebihi 600°C, memvalidasi ketahanan rotor ini.

Varian Aero

Versi Aero TC-160/140 menggunakan profil sirip yang dimodifikasi untuk meminimalkan gangguan aliran udara tangensial aksial. Kekurangannya adalah sensitivitas angin silang yang sedikit meningkat dibandingkan dengan TC-160 standar. Ini cocok untuk sepeda jalan raya aero khusus dan pengaturan triatlon di mana pertukaran itu masuk akal.

Ringkasan

Rotor cakram karbon bukanlah rem pelek karbon. Rotor cakram karbon tidak rentan terhadap kegagalan rem pelek karbon karena perbedaan dalam rekayasa.

Pasca-pengawetan komposit serat karbon yang tepat sangat penting dan menambah ketahanan rotor ini, sehingga dalam kondisi dunia nyata, kegagalan rotor TC-160 karena epoksi yang melunak tidak mungkin terjadi, memungkinkannya melewati sertifikasi CHC, yang diakreditasi oleh Taiwan Accreditation Foundation.