Obserwacja zmagań na trasie największego polskiego wyścigu kolarzy szosowych jest dobrym momentem do przyjrzenia się współczesnym materiałom stosowanym w tej dyscyplinie sportu. Obszerną analizę tego tematu prezentuje stowarzyszenie PlasticsEurope. Dziś prezentujemy część pierwszą artykułu, poświęconą kompozytowym ramom i oponom z poliestrowymi okładzinami.Kolarstwo szosowe jest sportem, w którym prędkość odgrywa kluczową rolę. Nietrudno się zorientować, iż głównym czynnikiem pozwalającym na jej zwiększanie jest ograniczanie wagi jednośladów. Aby uzmysłowić sobie postęp w tej dziedzinie, wystarczy wspomnieć, że kiedy w 1903 roku Maurice Garin wygrywał pierwszy wyścig Tour de France, jego rower ważył ponad 20 kg. W ciągu ponad stu lat rozwój technologii zmierzał do stopniowego ograniczenia wagi pojazdów. Postęp w dziedzinie produkcji lekkich materiałów był tak szybki, iż w końcu Międzynarodowa Federacja Kolarska musiała odgórnie wyznaczyć minimalną wagę rowerów szosowych na 6,8 kg.
Ramy pierwszych rowerów wyścigowych wykonane były ze stali, później przez jakiś czas produkowano je z aluminium. Kolejnym etapem były ramy wykonane z tytanu, a w ostatnich latach zostały one wyparte przez ramy z kevlaru i włókien węglowych.
Zalety ostatniego z wymienionych materiałów dla kolarstwa szosowego są wielorakie. Kompozyty węglowe, składające się z włókien węglowych i żywicy epoksydowej, pozwalają na połączenie wysokiej twardości i lekkości konstrukcji, niezwykle pożądanych cech w sporcie rowerowym.
Ale to nie jedyne zalety materiałów kompozytowych w przypadku rowerów szosowych. Warto wiedzieć, iż sprzęt używany w wyścigach kolarskich poddawany jest próbom w tunelach aerodynamicznych. To konieczne ze względu na prędkości osiągane przez kolarzy - o ile bowiem jazda w płaskim terenie najczęściej odbywa się z prędkością 40 km/h, o tyle w górach zawodnicy nierzadko zjeżdżają ze wzniesień z prędkością ponad 100 km/h. Sportowiec musi mieć pewność, że jego rower w takich warunkach zachowa się odpowiednio, stąd rygorystyczne testy, którym poddaje się pojazdy. Zastosowanie materiałów kompozytowych w konstrukcji rowerów jest tu niezwykle użyteczne, bowiem można w ten sposób bez trudu uzyskać pożądany - często dość dziwaczny - kształt, który najlepiej odpowiada prawom aerodynamiki. Bogactwo kształtów, które osiągane jest przy użyciu kompozytów węglowych, jest niemożliwe do uzyskania w przypadku zastosowania tradycyjnych materiałów, jak np metale.
Trzeba dodać, że ramy z włókien węglowych nie są składane z części (spawanych czy klejonych), lecz są produkowane w całości. Są one bardziej sztywne niż ramy wykonane z innych materiałów, zostały w nich także wyeliminowane wibracje na łączeniach. W praktyce oznacza to możliwość osiągnięcia większej prędkości, zwiększenie komfortu i bezpieczeństwa jazdy. Eksperci twierdzą, iż dzięki technologii węglowej w ostatnich dziesięciu latach osiągnięto przynajmniej taki skok technologiczny, co w całym poprzednim stuleciu.
Co dobre dla zawodowca, nie jest jednak dostępne dla zwykłego śmiertelnika. I to nie tylko ze względu na cenę, lecz także na trudności, jakich nastręcza kierowanie specjalistycznym sprzętem. Ramy rowerów używanych w kolarstwie szosowym są tak sztywne, że amator nie zdołałby pokonać na nich pierwszego zakrętu.
Warto zauważyć, że współcześnie wcale nie maksymalne ograniczanie masy pojazdu jest priorytetem producentów, lecz uzyskanie specjalnych właściwości dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów. I w tym względzie kompozyty włókien węglowych i żywic epoksydowych są bezkonkurencyjne.
Nie tylko jednak rama rowerów szosowych jest wykonana z kompozytów. Dobrym tego przykładem są koła, również wykonane z włókien węglowych. Celem konstruktorów było w tym przypadku maksymalnie efektywne zużytkowanie energii cyklisty. Chodzi o to, że podczas jazdy metalowe felgi odkształcają się delikatnie wraz z każdym naciśnięciem pedała i energia ulega rozproszeniu. Tymczasem kompozyty węglowe są tak sztywne, że felgi nie zniekształcają się, a każdy ruch kolarza wykorzystywany jest w optymalny sposób.
Jednak zastosowanie felg wykonanych z włókien węglowych wiąże się także z pewnymi niedogodnościami. Najważniejszą jest niska skuteczność hamowania przy użyciu tradycyjnych klocków hamulcowych opartych na kauczuku, który bardzo słabo przylega do włókna węglowego. Dlatego też pracuje się obecnie nad klockami hamulcowymi nowego typu, wykonanymi z kompozytów. Innym kierunkiem poszukiwań jest pokrywanie tych części felg, które wchodzą w kontakt z klockami, specjalną żywicą polimerową. Ma ona zwiększać przyleganie, a tym samym - skuteczność hamowania. Kolejnym wyzwaniem będzie ograniczenie nagrzewania się felg podczas długotrwałego hamowania.
Kolarze szosowi nie używają zwykłych opon, lecz tzw. szytek. Są to opony w kształcie rur wykonanych z polimerów i są przyklejone bezpośrednio do felgi. Mogą być one szybko wymieniane, lecz nie to jest przyczyną ich popularności. Jak wiadomo, kolarze muszą podczas jazdy zmagać się z pokonywaniem oporów powstających na styku koła i drogi. Tradycyjne opony ulegają odkształceniom i uginają się pod ciężarem zawodnika, co powoduje wzrost oporów toczenia i stratę energii. Dlatego też producenci musieli znaleźć odpowiedni materiał do produkcji opon pozwalających na uzyskanie większej prędkości. I choć kauczuk naturalny jest tu wciąż szeroko stosowany, to coraz częściej używa się lekkich i odpornych na odkształcenia poliestrów jako okładziny wewnątrz opon.
Kompozyty węglowe są stosowane nie tylko w ramach rowerów, lecz także w pedałach, systemie hamulcowym czy nawet w siodełku. W tym ostatnim przypadku ważnym aspektem jest także zapewnienie odpowiedniego komfortu zawodnikom spędzającym na rowerze wiele godzin dziennie. Stosuje się tu jednak nie tylko kompozyty, lecz także tworzywa sztuczne, jak np. Rilsan, biopolimer opracowany przez firmę Arkema, odznaczający się lekkością i odpornością na zniszczenie.
Już jutro część druga artykułu, poświęcona strojom kolarzy.
