自行車(chē)自問(wèn)世以來(lái)，其制造材料從最初的木質(zhì)材料，到普通碳素鋼、鉻相鋼和鉻錳鋼，到鈦合金、鋁合金、鎂合金、鈧合金等輕合金材料，還有新型的碳纖維、玻璃纖維復(fù)合材料等非金屬材料。自行車(chē)制造材料的革新，其力學(xué)結(jié)構(gòu)、工藝造型、機(jī)械構(gòu)造等也隨著不斷迭代，更推動(dòng)著自行車(chē)性能提高和功能增加。當(dāng)今，自行車(chē)已經(jīng)從最初代步的交通工具，拓展為健身、競(jìng)賽器材以及休閑娛樂(lè)用品。特別是碳纖維在自行車(chē)制造中廣泛的應(yīng)用，給自行車(chē)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)全新的革命。

碳纖維自行車(chē)全稱(chēng)是碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料自行車(chē)，其制造材料是碳纖維和樹(shù)脂的結(jié)合物。碳纖維和樹(shù)脂在復(fù)合材料中的作用不分伯仲，彼此缺一不可。如果將復(fù)合材料比作鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，碳纖維相當(dāng)于承載負(fù)荷的鋼筋，而樹(shù)脂則相當(dāng)于混凝土，起到結(jié)構(gòu)成型、固定碳纖維和力的傳遞作用，對(duì)碳纖維自行車(chē)騎乘質(zhì)量和車(chē)體性能起著決定性作用。

1 碳纖維自行車(chē)的特點(diǎn)

制造材料的物理特性和化學(xué)特性決定著自行車(chē)的性能。材料密度是決定自行車(chē)自身質(zhì)量的重要因素；材料的抗拉強(qiáng)度、彈性模量、伸長(zhǎng)率等會(huì)影響自行車(chē)的剛性、強(qiáng)度、騎乘感受以及外觀等。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維自行車(chē)有著諸多優(yōu)勢(shì)。

1.1 質(zhì)量輕、操縱性好

碳纖維復(fù)合材料的密度僅為鋼的20%，鋁的50%，理論上講，碳纖維自行車(chē)比鋼或鋁金屬材料自行車(chē)質(zhì)量減輕30%，有效騎行力增加45%以上。最輕的碳纖維車(chē)架可以做到0.7 kg以?xún)?nèi)，競(jìng)技碳纖維自行車(chē)質(zhì)量?jī)H有7～8 kg，但鋁合金車(chē)架質(zhì)量很難低于1 kg，因此，碳纖維自行車(chē)有更好的機(jī)動(dòng)性能和加速性能。

1.2 安全性高

碳纖維抗拉強(qiáng)度一般都在3 500 MPa以上，是鋼的4 倍以上，可以承受極大的力學(xué)沖擊；與金屬材料相比，其具有很好的斷裂韌性和良好的耐疲勞性，而且即使斷裂也是從基質(zhì)開(kāi)始，具有可視性。這些都大大提高了自行車(chē)騎乘的安全性。

1.3 舒適性好

碳纖維彈性模量接近鋁合金彈性模量的3倍，受力之后的彈性形變小，自振頻率高，不易出現(xiàn)共振，良好的共振阻尼，提高了自行車(chē)的減震能力。碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件不易變形，且剛性高，力的傳導(dǎo)性好，使得碳纖維車(chē)架踩起來(lái)更“硬”，使車(chē)手騎行更好“發(fā)力”、更省勁，有路感。

1.4 抗逆性強(qiáng)

碳纖維復(fù)合材料對(duì)一般的酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，完全不存在生銹的問(wèn)題。

當(dāng)然，碳纖維徑向的強(qiáng)度很小，碳纖維復(fù)合材料車(chē)架或零件抗尖銳物沖擊能力較差。另外，作為復(fù)合材料基體的樹(shù)脂受陽(yáng)光直射易于老化。隨著科技的進(jìn)步，相信碳纖維自行車(chē)這些不足將會(huì)不斷得到優(yōu)化改進(jìn)。

2 碳纖維自行車(chē)部件的制造工藝

碳纖維作為一種含碳量在90%以上的纖維狀碳素材料，兼具碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性?xún)纱筇卣?，鑒于此，碳纖維自行車(chē)制造工藝有以下特點(diǎn)。

2.1 造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由度大

從力學(xué)性能上講，碳纖維軸向和徑向的強(qiáng)度不一樣，應(yīng)力取向沿纖維軸方向有非常高的強(qiáng)度，而徑向就很小。因此在制作自行車(chē)部件時(shí)，根據(jù)碳纖維的這一力學(xué)特點(diǎn)，利用疊層技術(shù)可以對(duì)碳纖維進(jìn)行合理排列和鋪放，以達(dá)到自行車(chē)部件的受力或載荷要求，特別是隨著新型碳布的開(kāi)發(fā)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上幾乎可以不受限制地進(jìn)行優(yōu)化。金屬材料的自行車(chē)構(gòu)件，合金的配方基本固定，其力學(xué)性能不會(huì)有大的變化，而且受焊接技術(shù)以及管件成型工藝的限制，在造型和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上受到很多限制。當(dāng)然，在碳纖維復(fù)合材料輪圈在制造上仍存在諸多技術(shù)問(wèn)題，還有許多需要攻克的技術(shù)難題。

（后續(xù)詳見(jiàn)碳纖維自行車(chē)的發(fā)展與展望（二））

江蘇優(yōu)培德復(fù)合材料有限公司致力于碳纖維等復(fù)合材料汽車(chē)及工業(yè)領(lǐng)域的高性能零件開(kāi)發(fā)、試制、及生產(chǎn)，配備有復(fù)合材料不同生產(chǎn)工藝如模壓、RTM、真空導(dǎo)入、纏繞等，根據(jù)不同的產(chǎn)品需求及量綱要求提供整體解決方案。

公司團(tuán)隊(duì)在不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域如公司管理、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、項(xiàng)目管理、產(chǎn)品及工藝設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、質(zhì)量管理等均擁有15年以上的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并且具備從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、模擬分析、模具設(shè)計(jì)、樣品制造、試驗(yàn)驗(yàn)證、一直到批量生產(chǎn)的能力，使得公司有能力專(zhuān)業(yè)從事碳纖維應(yīng)用，及性能要求更高的工業(yè)設(shè)備碳纖維應(yīng)用。

公司與所從事的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的模具及原材料供應(yīng)商建立緊密合作關(guān)系，使我們的產(chǎn)品在選材、品質(zhì)、工藝及成本上均能提供客戶(hù)更優(yōu)的方案。通過(guò)公司的專(zhuān)業(yè)管理機(jī)理念成為客戶(hù)在中國(guó)及全球工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域輕量化零部件開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的伙伴。