Achtergrond: wat maakt carbon goed?

Achtergrond: wat maakt carbon goed?

foto's: Giant

Door Wouter Lazet
donderdag 3 november 2022 om 08:00

Op de kop af 35 jaar geleden stond de eerste racefiets met carbon frame in de folders. Het merk was Cadex, en het frame was gemaakt van carbon buizen, gelijmd in metalen lugs. Destijds revolutionair maar allang achterhaald. Hedendaagse carbon frames zijn in alle opzichten beter. Maar, zijn ze ook goed?

Dit artikel was eerder te lezen in het najaarseditie van RIDE Magazine. Gravel, kasseien, modder, zand, met tassen, zonder tassen: dat zijn de thema’s van het 172 pagina’s tellende najaarsnummer van RIDE.
Bestel nu deze editie online en krijg ‘m binnen enkele dagen thuisbezorgd.

Voor 1500 euro koop je een prima racefiets mèt carbon frame. Je kunt er ook zomaar tien mille aan uitgeven. Dan heb je betere onderdelen, sterker en lichter, iedereen kent de type aanduidingen als Dura-Ace, Red en Record. Maar wat anders is aan het frame blijft vaak onduidelijk. Lichter, stijver en sneller, maar hoe dan? Wat is nou het verschil tussen gewoon carbon en goed carbon?

We gingen te rade bij één van de grootste fabrikanten van carbon fietsen en onderdelen in de fietswereld, Giant. ‘Goed carbon’ wordt meestal geïnterpreteerd als hoogwaardig, snel, licht en duur. Vandaar dat we al snel in gesprek zijn met Jeff Schneider, die ons alles kan vertellen over de spullen van Cadex. De wielen, zadels en sturen van dit merk zijn los te koop maar zitten ook op de topmodellen van Giant. 

Jeff Schneider

Wat Giant en Cadex met elkaar te maken hebben, legt Jeff graag uit. “Giant is één van ‘s werelds grootste fietsmerken. We ontwikkelen en produceren alles zelf, in huis of bij toeleveranciers met wie we innig samenwerken. We ontwikkelen het best mogelijke, binnen de financiële mogelijkheden. Daar staat Giant bekend om, waar voor je geld en producten voor iedereen. Bij Cadex werkt het andersom. Cadex producten zijn het beste wat we kunnen maken, en het prijskaartje is het gevolg daarvan.”

Jeff is verrassend open over de link tussen de twee merken, Giant is het moedermerk en Cadex valt daar onder. Toch is Cadex beslist niet bedoeld als Giants ‘onderdelenmerk’. Cadex vindt ook steeds vaker zijn weg naar fijnproevers die hun custom fiets opbouwen met de allerbeste onderdelen.

Vliegtuigen
Als we vragen wat nou goed carbon is gaat Jeff echt los. Jaren geleden legde hij met Easton’s CNT carbon de lat voor carbontechniek een stuk hoger. Elk serieus merk moest zijn producten toen verbeteren en daar plukken we nog steeds de vruchten van. Voor hoogwaardig carbon moeten vier dingen samen komen: ontwerp, vezels, hars en productie. Easton versterkte de hars waardoor het eindproduct vanzelf beter werd, slim en overal toe te passen. Cadex gaat nog twee stappen verder en produceert alleen de ruwe vezels niet zelf.

De meest geavanceerde frames worden door robotvingers geassembleerd. De vereiste nauwkeurigheid is niet vol te houden voor mensenhanden.

Die worden ingekocht bij Toray, waar geconcurreerd moet worden met Boeing en Airbus: als er vliegtuigen verkocht worden dan vliegen de prijzen omhoog. Cadex-producten worden namelijk gemaakt van luchtvaartmateriaal. T800, T1000 en zelfs T1100 vezels. Vooral die laatste hebben zulke extreme eigenschapen dat ze niet zomaar toegepast kunnen worden. Hoe hoger het getal, hoe stijver de vezels. En stijve vezels geven weinig mee zodat de belastingen in het carbon hoger zijn. Die moeten via een lijmverbinding worden doorgegeven aan de volgende vezellaag. Die lijm, een hars, wordt zelf gemaakt en het recept is een goed bewaard geheim, aangepast aan de productietechnieken die moederbedrijf Giant de afgelopen decennia heeft ontwikkeld, ook al in eigen huis.

Maar het ontwerpproces is waar het grootste verschil wordt gemaakt, zo vertelt Jeff. “Nee, we hebben geen geheim Cadex-laboratorium waar gestoorde genieën er op los experimenteren. Genieën hadden we al genoeg binnen ons bedrijf toen we vijf jaar geleden besloten Cadex nieuw leven in te blazen, en nu mogen ze écht laten zien wat ze kunnen, zonder beperkingen. Ooit maakten we onder deze merknaam de eerste massageproduceerde carbon fietsframes en nu zijn het onderdelen. De prestaties staan voorop en ja, het kost wat het kost. De ontwerpen zijn op de rand van wat technisch mogelijk is, letterlijk van Formule 1-niveau. De techneuten maken de prototypes in hun lab en die laten we testen door onze professionals. Onze raceteams zijn letterlijk test laboratoria. Lang niet elk idee komt uiteindelijk in de winkel terecht, dat is de consequentie van experimenteren. Maar daardoor kunnen we geweldige producten ontwikkelen.”

Dit is een generiek stukje carbon keperweefsel, nog voor het geïmpregneerd wordt met hars – foto: Shutterstock

Marge
De productie is vaak nog het moeilijkst, want wat één keer in een laboratorium lukt, moet dan opeens heel vaak herhaald worden. De productie-engineers zijn dan ook even belangrijk als de ontwerpers, hun taak is vaak bijna onmogelijk. Gewone carbon onderdelen worden zo ontworpen dat er wat marge zit in de productie. Als een stukje carbon dan een paar millimeter scheef zit heeft dat geen consequenties. Bij Cadex telt elke millimeter, want overlap betekent onnodig materiaal en dus gewicht, en dat willen we niet! Logisch dus, dat alleen het allerbeste productiepersoneel aan Cadex producten mag werken.”

Houtskool
Carbon betekent koolstof. Inderdaad, het hoofdbestanddeel van houtskool, de C van CO2 en het spul dat rubber banden zwart maakt. Koolstof atomen kunnen veel en sterke bindingen aangaan met hun soortgenoten en op die manier lange, enorm sterke vezels vormen. Dat zijn de beroemde koolstof vezels waarvan fietsonderdelen en vliegtuigvleugels worden gemaakt. Hoe dat precies werkt is een apart artikel waard, maar het komt erop dat de vezels tot lagen aan elkaar worden geplakt en soms geweven. Die pakketjes, in een precies bepaalde vorm gesneden, worden in een vorm gelegd en aan elkaar geplakt. Dat plakken gebeurt met een hars die zowel sterk moet zijn, als goed moet hechten aan de vezels. Alle ruimte tussen de vezels moet worden opgevuld, luchtbellen zijn het begin van een scheur. Maar te veel hars is ook niet goed: hoe dichter de vezels opeengepakt zitten hoe sterker en stijver het geheel. Vandaar dat het teveel aan hars eruit moet worden geperst voor de vorm, onder druk, een oven in gaat. Als de hars eenmaal uitgehard is vormen de vezels een bijna onbreekbaar geheel.

Ook de lichtste carbon onderdelen moeten aan dezelfde veiligheidseisen voldoen als elk ander fietsonderdeel. Een oud gezegde in de fietsindustrie luidt: ‘Licht, sterk, goedkoop, kies er twee’. En aangezien bij superlicht carbon elk foutje effect heeft op de sterkte, moet er heel streng gecontroleerd worden. Jeff onderstreept dat. “Op de velgen van onze Cadex wielen zit geen lak, je ziet het carbon zoals het uit de mal komt. Dat is om gewicht te besparen, lak weegt een hoop maar op carbon is dat niet functioneel. Ieder rimpeltje in het carbon, ieder belletje lucht zou je zien. Als er een onvolkomenheid in zou zitten dan is dat direct zichtbaar.”

“Op de spaken zit trouwens ook geen lak, die zijn ook van carbon en daar zijn we heel trots op. Want hoewel carbon vezels bij uitstek geschikt zijn om trekkrachten op te vangen is het heel moeilijk er nippels op te maken. De makkelijke manier is achteraf lijmen, maar als zo’n verbinding los komt is de schade niet te overzien. Wij kozen dus voor de moeilijke manier, door middel van een mechanische klemverbinding met een wig in de spaak. De carbon vezels in de kern lopen door, helemaal van de naaf tot de velg. En om de vezels goed samen te persen bij het uitharden van de hars, wordt het geheel gesmeed onder een hydraulische pers. Hoe we dat precies doen kan ik niet vertellen, maar het is een ingewikkeld proces dat niemand anders zo doet.”

Een carbon velg is moeilijk om te maken maar niet speciaal meer. Betrouwbare carbon spaken zijn nog veel moeilijker om te maken.

Veel uitval
Bij de productie van carbon onderdelen en frames hanteert Cadex strenge kwaliteitscontroles achteraf. Het is een publiek geheim dat er bij de productie van de lichtste en duurste carbon delen relatief veel ‘uitval’ is; dat wil zeggen dat een deel van de productie niet door de controle komt. Dat is goed, want daardoor is de kans op een defect erg klein. Nadeel is de ‘verspilling’ van de vele arbeid en de dure en zeldzame grondstoffen.

Daar is ook Jeff Schneider zich van bewust. “Cadex producten zijn geweldig, maar ook zo kostbaar dat ze alleen belanden bij rijders voor wie prestaties het belangrijkste is. Onze atleten winnen er wedstrijden mee en onze klanten rijden sneller en verder dan ooit. Bovendien gaan Cadex producten lang mee, ze zijn licht maar ook ontzettend sterk! Dat betekent niet dat er iets mis is met goedkoper, zwaarder carbon. ‘Middenklasse’ carbon is zwaarder doordat er meer materiaal gebruikt is. En meer vezels betekent dat elke vezel wat minder stijf hoeft te zijn. Dat betekent goedkopere grondstoffen èn eenvoudigere productie. De rij-eigenschappen hebben daar niets onder te lijden, het product is alleen zwaarder.”

“Pas in de laagste prijscategorieën, producten die we bij Giant geen carbon noemen maar composieten, zitten echt eenvoudigere materialen. Glasvezel bijvoorbeeld. Glasvezel is vergelijkbaar sterk en stijf als carbon, maar veel zwaarder. Daar kan je nog steeds een goed product van maken, zeker gecombineerd met nylon is het geschikt voor schoenzolen en pedalen want het is slagvast. Maar erg licht is het niet, en met hoogwaardig carbon heeft dat niets te maken.”

Vette vinger
Hoe goed carbon is, verschuift met het voortschrijden van de techniek. Jeff: “Een Cadex frame uit 1987 is zwaarder en veel slapper dan een modern aluminium kader. Het was wel stukken lichter dan een stalen ros zoals destijds de norm was. Die ontwikkeling gaat waarschijnlijk nog wel even door, want we gebruiken nog lang niet de werkelijke sterkte van de vezels zelf, ieder volgend ontwerp en elke nieuwe productie techniek maakt carbon weer wat beter.”

“Wat blijft is de aandacht voor detail die in elke stap van het proces nodig is. Een onhandige hoek op de tekening zorgt voor een slechte verkeerde overlap van de vezels. Een vette vinger vermindert de hechting van de hars en een graadje meer of minder in de oven maakt de hars te hard of laat hem zacht. Goed carbon vereist aandacht en perfectie bij elke stap, van losse vezel op een klos tot complete fiets in de winkel. Voor zowel het topmodel als de budget versie.”

Dit artikel delen:

2 Reacties

Jan 7 november 2022 om 12:14

Wat we hier in dit promotie stukje missen, is de standaardisering die na de ontwikkeling van Carbon is doorgevoerd
Carbon frames zijn totaal niet meer op maat gemaakt.
Waardoor we echt veel coureurs zien met een bezopen houding op de fiets
Gerant Thomas voorop
Na de intrede van het Carbon is de houding op de fiets drastisch veranderd. Kijk eens naar een Frank Vandenbroucke hoe die op z’n fiets zat
Ik hou het bij op maat gemaakte kaders

Het Luipaard van Lent 7 november 2022 om 18:09

@Redactie, dit klopt niet:

Quote:
Het merk was Cadex

Het merk was namelijk destijds gewoon Giant, en het frame heette Cadex.

Heerlijke frames overigens, heb er een zevental jaar terug nog op gereden. Kon zelfs de kasseien van Vlaanderen prima aan.

Reactie plaatsen

Je moet ingelogd zijn om een reactie te plaatsen.