Phanh Đĩa Sợi Carbon Có Khả Thi Không? Samuel Kiểm Tra.

Đĩa phanh carbon gây nhiều ngạc nhiên. Danh tiếng của vật liệu này về khả năng tản nhiệt kém đã được khẳng định trong thế giới phanh vành, vì vậy việc đặt câu hỏi liệu nó có thuộc về gần bề mặt phanh hay không là một điều hợp lý. Samuel đã đưa TC-160 qua thử nghiệm chứng nhận của bên thứ ba để trả lời câu hỏi đó bằng dữ liệu.

Lập luận về phanh vành carbon, và tại sao nó không áp dụng với đĩa phanh

Hình 1: Nguồn: dandyhorse.cc, hình ảnh một đường phanh vành carbon bị hỏng.

Sự chỉ trích diễn ra như sau: sợi carbon là chất dẫn nhiệt kém, và do đó, dưới tác động phanh liên tục, vành carbon không thể tản nhiệt, làm tăng nhiệt độ vành và có khả năng dẫn đến hỏng vành hoặc thậm chí nổ lốp.

Vật liệu composite sợi carbon bao gồm 2 vật liệu: sợi carbon và nhựa epoxy để giữ chúng lại với nhau.

Khả năng chịu nhiệt của bản thân sợi carbon thường không phải là vấn đề, mà là nhựa epoxy, cụ thể là nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg) của nó.

Khi nhựa đạt đến Tg, nó mềm ra và cấu trúc mất đi tính toàn vẹn.

Nhiều nhà sản xuất vành sử dụng nhựa Tg cao được đánh giá là 200-230°C trên giấy tờ, nhưng bỏ qua giai đoạn hậu xử lý quan trọng trong quá trình sản xuất. Nếu không có hậu xử lý đúng cách (thường là 90-120 phút ở nhiệt độ cao), nhựa sẽ không bao giờ đạt được Tg đã đánh giá của nó, và hỏng hóc có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp nhất là 100°C.

Hậu xử lý mâu thuẫn với năng suất sản xuất. Nó tốn thời gian, giới hạn sản lượng hàng ngày và tăng chi phí.

Nhiều thương hiệu vành Trung Quốc quảng cáo sản lượng cao và giá thấp. Trong nhiều trường hợp, lý do đơn giản là giai đoạn hậu xử lý bị bỏ qua hoàn toàn. Nếu không có nó, bạn không thể sản xuất một vành có khả năng chịu nhiệt cao. Đây là một lý do khác khiến ngành công nghiệp chuyển từ phanh vành sang phanh đĩa, vì việc tìm kiếm bộ vành được tối ưu hóa về mặt khí động học có nghĩa là phải đánh đổi sự an toàn khi phanh.

Hình 2: Đĩa phanh Samuel Aero với cánh tản nhiệt carbon.

Tuy nhiên, với phanh đĩa, tải nhiệt lên cấu trúc carbon thay đổi hoàn toàn. Bề mặt phanh là một vật liệu riêng biệt, thường là thép không gỉ hoặc thép+nhôm+thép, như Shimano đã làm. Carbon trong bánh xe không còn nằm trong vòng lặp nhiệt nữa.

Vậy bây giờ, câu hỏi là: đĩa phanh có cánh tản nhiệt bằng sợi carbon hoạt động như thế nào dưới tải nhiệt?

Nhưng trước tiên, hãy khám phá sự khác biệt của đĩa phanh có cánh tản nhiệt bằng sợi carbon TC-160.

TC-160 khác biệt như thế nào?

TC-160 của TiParts Samuel sử dụng nhựa cấp hàng không vũ trụ, hoàn chỉnh với quá trình hậu xử lý, cho phép các cánh tản nhiệt carbon duy trì tính toàn vẹn cấu trúc lên đến 350°C.

Để so sánh, hợp kim nhôm chỉ có phạm vi hoạt động an toàn khoảng 110-120°C.

Kết hợp với các lớp sợi carbon có mô đun từ trung bình đến cao, đĩa phanh này cứng hơn về mặt cấu trúc so với đĩa phanh nhôm tương đương, giảm nguy cơ đĩa phanh bị cong vênh dưới tác động của nhiệt, gây ra hiện tượng kẹt phanh.

Quy trình hậu xử lý kéo dài 8-9 giờ mỗi mẻ. Các bộ phận được làm nguội tự nhiên bên trong lò để tránh ứng suất bên trong do thay đổi nhiệt độ nhanh, điều này giới hạn sản lượng chỉ một chu kỳ lò mỗi ngày và chỉ hai đến ba chu kỳ mỗi tuần.

Bạn có thể thấy tại sao nhiều công ty bị cám dỗ bỏ qua quy trình hậu xử lý để đáp ứng nhu cầu. Tuy nhiên, Samuel không đi đường tắt và chọn làm mọi thứ đúng cách, chấp nhận hy sinh năng lực sản xuất của họ.

Một điểm nữa mà nhiều người chưa quen thuộc là sợi carbon có tần số rung tự nhiên cao hơn so với kim loại. Điều này có nghĩa là TC-160 vốn dĩ ít bị tiếng rít phanh gây ra bởi ma sát trong quá trình phanh hơn so với các đĩa phanh thông thường có cánh tản nhiệt bằng nhôm.

TC-160 so sánh với Shimano như thế nào?

Samuel đã thực hiện các thử nghiệm với camera ảnh nhiệt. Các màu hiển thị là nhiệt độ tương đối, không phải nhiệt độ tuyệt đối.

Đối với nhiệt độ tuyệt đối, các thông số phải được điều chỉnh để tương ứng với độ phát xạ của từng vật liệu nhằm thu được nhiệt độ thực tại mỗi vị trí. Do đó, các khối màu hiện tại chỉ dùng cho mục đích nhận dạng trực quan.

Đĩa phanh hai mảnh với thiết kế cánh tản nhiệt bằng nhôm (Shimano Dura-Ace làm tham chiếu) dẫn nhiệt tốt, truyền nhiệt hiệu quả từ đường phanh bằng thép không gỉ.

Hình 3: Hình ảnh nhiệt của đĩa phanh Dura-Ace

Hình 3 thực sự cho thấy khả năng dẫn nhiệt mạnh. Nhiệt được truyền từ đường phanh đến các cánh tản nhiệt bằng nhôm, như được hiển thị bằng các điểm nổi bật màu đỏ.

Hình 4: Hình ảnh nhiệt của đĩa phanh TC-160.

Các cánh tản nhiệt carbon của TC-160 thực sự có khả năng dẫn nhiệt kém hơn so với đĩa phanh Dura-Ace, tuy nhiên:

1. Đinh tán thép không gỉ tại điểm nối giữa cánh tản nhiệt carbon và đường phanh hoạt động như một rào cản nhiệt, hạn chế sự truyền nhiệt vào cấu trúc carbon.
2. Vật liệu composite carbon tự nó có khả năng dẫn nhiệt thấp và khả năng chịu nhiệt cao.

Tóm lại, cánh tản nhiệt bằng nhôm có khả năng dẫn nhiệt tốt nhưng kém cứng hơn so với sợi carbon.

TC-160 không tản nhiệt hiệu quả bằng, nhưng thiết kế cấu trúc của nó được xây dựng dựa trên khả năng chịu nhiệt cao chứ không phải khả năng dẫn nhiệt, giảm nguy cơ đĩa phanh bị cong vênh bằng cách duy trì độ cứng tuyệt vời thông qua các cánh tản nhiệt.

Cánh tản nhiệt carbon hoạt động như thế nào dưới tải nhiệt?

Hình 5: Dữ liệu nhiệt độ thu thập được sau khi đổ dốc 15% và phanh mạnh.

Hình 6: Dữ liệu nhiệt độ thu thập được 10 giây sau khi đổ dốc 15%.

Hình 5 cho thấy nhiệt độ cao tại đường phanh bằng thép không gỉ, trong khi các khu vực xung quanh vẫn mát, như được hiển thị trong vùng màu xanh lam/xanh lục nhạt mát mẻ sau khi phanh mạnh khi đổ dốc 15%.

Hình 6 cho thấy nhiệt độ của đường phanh bằng thép không gỉ dần giảm. Trong khi đó, nhiệt tại các xương sườn bằng thép không gỉ từ từ truyền đến các điểm đinh tán và khuếch tán đến đỉnh của các cánh tản nhiệt bằng sợi carbon.

Điều này cho thấy nhiệt độ cao của đĩa ma sát bằng thép không gỉ dần lan truyền qua các xương sườn đến điểm đinh tán. Do đó, có thể thấy một vùng màu xanh lục ấm quanh điểm đinh tán.

Mặc dù nhựa là một môi trường lưu trữ nhiệt, nhưng giá trị độ dẫn nhiệt theo trục (k) của sợi carbon vẫn cao một cách đáng ngạc nhiên, vì vậy các vùng màu vẫn được quan sát thấy ở những nơi nhiệt được kéo đi bởi sợi carbon.

Xác nhận của bên thứ ba: Báo cáo thử nghiệm CHC

Samuel đã gửi TC-160 để thử nghiệm độc lập thông qua CHC (Trung tâm R&D Công nghiệp Công nghệ Sức khỏe và Đạp xe), một cơ quan thử nghiệm của Đài Loan có chứng nhận TAF (Quỹ Công nhận Đài Loan). Chứng nhận TAF có nghĩa là kết quả được công nhận quốc tế.

Báo cáo CHC đã xác nhận TC-160 đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu suất nhiệt cho đĩa phanh.

Trong thử nghiệm thực tế trên máy thử, bề mặt phanh bằng thép không gỉ vượt quá 600°C, trong khi phần cánh tản nhiệt carbon đo được chỉ hơn 100°C trong cùng điều kiện, thấp hơn nhiều so với giới hạn 350°C của nó.

Trên thực tế, xe đạp đường trường không thể tạo ra nhiệt độ ma sát đĩa phanh vượt quá 600°C, xác nhận độ bền của những đĩa phanh này.

Biến thể Aero

Phiên bản Aero TC-160/140 sử dụng biên dạng cánh tản nhiệt được sửa đổi để giảm thiểu sự nhiễu loạn luồng khí hướng trục. Hạn chế là độ nhạy với gió ngang tăng nhẹ so với TC-160 tiêu chuẩn. Nó phù hợp với các loại xe đạp đường trường chuyên dụng và thiết lập triathlon khi sự đánh đổi đó hợp lý.

Tóm tắt

Đĩa phanh carbon không phải là phanh vành carbon. Đĩa phanh carbon không dễ bị hỏng như phanh vành carbon do sự khác biệt trong kỹ thuật.

Việc hậu xử lý đúng cách vật liệu composite sợi carbon là rất cần thiết và góp phần tăng cường độ bền của các đĩa phanh này, đến mức trong điều kiện thực tế, việc hỏng hóc đĩa phanh TC-160 do nhựa epoxy mềm hóa là không thể, cho phép nó vượt qua chứng nhận CHC, được công nhận bởi Quỹ Công nhận Đài Loan.