自行车的制造材料(碳纤维 （CFRP) 镁合金)

材料和环境(碳纤维和环境的关系 金属疲劳)

碳纤维自行车车架的研制与开发(世界各国的研发进度 国家碳纤维自行车技术的最新成果)

碳纤维自行车的种类(全碳 半碳 包碳)

自行车的制造材料

自行车的材料有已往使用的铬钼钢以外、还有铝、钛、碳纤、镁等不断出现新材料。出现了不少用这些新材料制成的车架。

碳纤维 （CFRP)

碳纤维车架的特征是「轻、钢性好、冲击吸收性好」，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其他素材所没有的优点，可以制造8、9kg左右的轻量自行车，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。

碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻，但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断)，因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。

碳纤维车架的优点

(1).可以制作重量轻的车架

碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的。

ZGL碳纤维车架非常轻，是国内第一家专业生产碳纤维自行车整车及各种零配件的公司。中国第一辆大陆产碳纤维自行车厂家。碳架在1-1..2kg重

(2).冲击吸收性好

碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿，或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能，制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。

(3).可以制造各种形状的车架

碳纤维的基本成型方法是，在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。如TREK的Y车架是著名的。

碳纤维车架的缺点

(1).复杂的应力计算

构成碳纤维车架的是碳纤维，它的特点是拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异，应选择有经验而可靠厂家的制品是很重要的。

(2).难于更改尺寸

由于作好模具后成型，难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。

(3).老化

使用树脂因此会不会老化？这是一个存在的课题，它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。

镁合金

镁的比重很轻(1.74)，约铁的1/5，钛的2/5，铝的2/3。它是不容易腐蚀的活性金属。它广泛用在各种领域里，如照相器及电脑的外框、车辆的车圈等配件。通过合金化耐腐蚀性也得到进一步提高。

镁合金车架的优点

(1).可以制造重量轻的车架

它比铝密度低，可以制造轻的车架。杨氏弹性模量稍微低些，但是可以用加粗管直径及椭园化等方法来解决。使用铝合金的目的仅仅是为了减轻重量，将来可能会被镁合金取代？？钛和镁的研究课题稍不同，这两种金属今后仍然会活跃下去。

(2).加工性好

镁制车架加工不会差。切粉的燃烧、爆炸等能够通过合金元素来回避的话，剪断、溶接性可能不会差。和钛比较起来加工性好。

镁合金车架的缺点

(1).耐腐蚀性如何？

生产镁车架的厂商都说耐腐蚀性好。但是这方面的资料当前还很少，耐腐蚀性好到何种程度难于判断。镁是剧烈氧化的金属，不小心操作错了很容易爆炸，纯镁一般不能使用，添加其他金属(铝、锌、锰等)制成合金来使用，制成的镁合金强度、机械性能都得到提高。有些人曾经使用过镁合金制用具，如摩托车的曲柄套等、他们说：「虽然用了很久，但是很好，不会象铝般发白。

(2).镁的杨氏弹性模量(决定刚性的因素)比铝低许多，要增加其刚性管的直径要大，这可能会影响对空气的阻抗？。

(3).成本

镁已经用在笔记本电脑的框体上，用它来制作车架成本将是如何？现在尚未知。

材料和环境

碳纤维和环境的关系

碳纤维含有树脂因此也可以说耐酸。但是对碳纤维来说应多考虑内在因素，它用树脂因此树脂老化的可能性是存在的。碳纤维制自行车不使用时应该避开阳光，日光和环境的温度对它的影响最大。

钛和环境的关系

耐腐蚀性极佳(被使用在和原子能有关的部门)，不怕雨水、不怕受伤、沾上水滴也不用抹乾净。用这种材料制作自行车实在浪费，但是钛也有缺点如前述(异种金属腐蚀)，如铝制配件和钛制配件接合在一起时逐渐被腐蚀掉。

除了钛之外，其他金属之间也会发生异种金属腐蚀，尤其是坐管部位，例如，把铝制坐管和铬钼钢车架接合在一起而不管它时，接触面变成褐色，甚至于无法把它们解脱下来。

金属的疲劳度

金属疲劳

制作自行车车架的材料有铬钼钢、铝、钛、碳纤等。其中用最薄的管来制作的是铬钼钢车架。它的加工性好，材料便宜，骑感好，但它必需制成薄壁管，这种薄壁的管会有较高的拉伸强度和加工性。

铬钼钢的强度较容易逐渐减弱，也就是较容易疲劳的现象表现在如下。

(1).同样的冲击力加在各种材料上，铬钼钢薄管所发生的应力最大(容易发生疲劳而引起的破坏)。

(2).对铬钼钢的研究的历史较长，最大限制地利用它的特性制成极薄壁的管，应力虽然发生的各个局部部位，但是对整个管来说会发生较高的应力。

(3).由生锈引起的全面腐蚀将会引起管壁的变化，结果这个现象又提高了应力，引起疲劳破坏。

(4).应力集中在局部而生锈、或者外伤引起的凹处，从该处引起疲劳破坏。

(5).参加比赛时产生的冲击，使车架发生较高的应力，使用的次数越多，疲劳破坏也逐渐增多。

以上主要是针对铬钼钢，但是近来铝合金制的车架发展迅速，有许多用薄壁的铝管制作的车架，它们是否上述的铬钼钢制车架一样，发生疲劳破坏呢？尤其是铝没有耐疲劳限度，很小的应力也必定会产生破坏。其应力越大破坏所需时间越短。现在所出售的极薄壁管的铝制车架，厂家都未明确注明其寿命。

碳纤维自行车车架的研制与开发

自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具,其造价低廉,维修简单,使用方便,深受世界各国人民喜爱,形成了巨大的自行车消费市场,随着现代社会的飞快发展,自行车已不仅仅是交通和运输工具,已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。自行车档次的高低取决于材料的选择和做工。典型的低、中、高档自行车构架分别由碳钢、铬钼合金及铝合金和碳纤维制造。碳纤维是一种新型的复合材料,它有重量轻、比强度高、比刚度大的优点,而且具有可设计性和易成型性,从而使设计的结构有更高的结构效率。

世界各国的研发进度

目前,世界各国都对研制新形态、新材料的自行车投入了巨大的人力、物力、财力。车架是自行车的骨架,它在很大程度上决定了自行车的造型和使用性能。美国、英国和我国台湾等都已开发生产出碳纤维自行车车架。

国家碳纤维自行车技术的最新成果

中国轻工业联合会组织并主持召开了连云港迎雁新材料有限责任公司和连云港神鹰碳纤维自行车有限责任公司完成的“碳纤维自行车技术开发”项目科技成果鉴定会。鉴定委员会专家在听取了项目完成单位的研发、查新、检测和使用等报告，并实地考察了产品生产现场后，一致认为港城碳纤维自行车生产综合技术国内领先，并达到国际同类产品的先进水平。

迎雁新材料和神鹰碳纤维自行车有限责任公司实施的“碳纤维自行车技术开发”项目，利用的是自主研发的碳纤维和树脂配方，采用异型内置充气袋和冷却后固化定型工艺，很好地解决了国产碳纤维与树脂复合后的界面结合问题，保证了碳纤维自行车车架成型中的技术稳定性。该项目在实施过程中申请相关专利15项，测试指标达到欧盟认证标准，综合技术国内领先，并达到国际同类产品的先进水平。

该项目实现了碳纤维自行车的规模化生产，产品已形成系列品种，并推广应用，成为专业自行车运动队的训练及比赛用车，国内外市场前景良好，对推动我国自行车行业技术进步和产品转型升级具有重要意义。

碳纤维自行车的种类

全碳

全部采用碳纤维材料。

半碳

现在很多自行车采用铝合金+碳纤维来制造。比如一个车架，可能上管会采用碳而其它部位则铝合金（或者后三角采用碳···）这样的就可以说是半碳的。

包碳

有些车架、车把、把立、曲柄、前叉、坐杆等配件，厂家用铝合金制作，然后在表层包了一层碳布，这就是包碳的东西。