碳纖維自行車

碳纖維材料(5張)

自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鐵，鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現新材料。

碳纖維 （CFRP）

碳纖維不僅具有碳材料的固有本徵特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。它比重不到鋼的1/4，但強度卻非常強。而且其耐蝕性出類拔萃，是新一代增強纖維。碳纖維廣泛用於民用、軍用、建築、航天以及超級跑車領域。

碳纖維車架的特徵是「輕、鋼性好、衝擊吸收性好」，但是，充分發揮碳纖維的優異性能，在技術上看起來不是那麼容易，各碳纖維材料廠家之間的品質差異也較大。自行車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來製作車架。雖然存在上述的現實問題，但是碳纖維車架還是具有其他素材所沒有的優點，可以製造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現其優點，登坡順利而爽快。而不會像一些輕的鋁合金車架，登坡時感到有一種向後拉的力量。

(1).可以製作重量輕的車架

碳纖維車架是把碳纖維對着發生應力的方向層層疊而得到強度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強的拉伸強度構成的。

(2).衝擊吸收性好

碳纖維用來製作殘疾者運動時用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領域。利用它的吸收衝擊力優異的性能，製作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個廠家之間的品質差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎後才能知道好或者不好。

(3).可以製造各種形狀的車架

碳纖維的基本成型方法是，在模具上鋪上纖維片然後流入樹脂並燒固。可以製成各種形狀的車架，如TREK的Y車架。

(1).複雜的應力計算

構成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點是拉伸強度強，但剪斷強度弱，加工時需要進行復雜的應力計算(縱剛性、橫剛性)，根據計算把碳纖維片重疊成型。加工技術各廠家各異，應選擇有經驗而可靠廠家的製品是很重要的。

(2).難於更改尺寸

由於作好模具後成型，難於更改尺寸。無法相應多尺寸多款式的訂單。

(3).老化

使用樹脂因此會不會老化？這是一個存在的課題，它放置在陽光下時會逐漸變白。當然這種現象關係到廠家的技術。最好不要放置在陽光下。

所有的碳纖維自行車配件全部採用碳纖維材料。

很多自行車採用鋁合金+碳纖維來製造。比如一個車架，可能上管會採用碳而其它部位則鋁合金（或者後三角採用碳···），前叉臂用碳纖維，前叉管用鋁合金製造，這樣的就可以説是半碳的。

有些車架、車把、把立、曲柄、前叉、坐杆等配件，廠家用鋁合金製作，然後在表層包了一層碳布，這就是包碳的東西。

碳纖維含有樹脂因此也可以説耐酸。但是對碳纖維來説應多考慮內在因素，它用樹脂因此樹脂老化的可能性是存在的。碳纖維制自行車不使用時應該避開陽光，日光和環境的温度對它的影響最大。

鈦和環境的關係

耐腐蝕性極佳(被使用在和原子能有關的部門)，不怕雨水、不怕受傷、沾上水滴也不用抹乾淨。用這種材料製作自行車實在浪費，但是鈦也有缺點如前述(異種金屬腐蝕)，如鋁製配件和鈦制配件接合在一起時逐漸被腐蝕掉。

除了鈦之外，其他金屬之間也會發生異種金屬腐蝕，尤其是坐管部位，例如，把鋁製坐管和鉻鉬鋼車架接合在一起而不管它時，接觸面變成褐色，甚至於無法把它們解脱下來。

金屬的疲勞度

製作自行車車架的材料有鉻鉬鋼、鋁、鈦、碳纖等。其中用最薄的管來製作的是鉻鉬鋼車架。它的加工性好，材料便宜，騎感好，但它必需製成薄壁管，這種薄壁的管會有較高的拉伸強度和加工性。

鉻鉬鋼的強度較容易逐漸減弱，也就是較容易疲勞的現象表現在如下。

(1).同樣的衝擊力加在各種材料上，鉻鉬鋼薄管所發生的應力最大(容易發生疲勞而引起的破壞)。

(2).對鉻鉬鋼的研究的歷史較長，最大限制地利用它的特性製成極薄壁的管，應力雖然發生的各個局部部位，但是對整個管來説會發生較高的應力。

(3).由生鏽引起的全面腐蝕將會引起管壁的變化，結果這個現象又提高了應力，引起疲勞破壞。

(4).應力集中在局部而生鏽、或者外傷引起的凹處，從該處引起疲勞破壞。

(5).參加比賽時產生的衝擊，使車架發生較高的應力，使用的次數越多，疲勞破壞也逐漸增多。

以上主要是針對鉻鉬鋼，但是鋁合金制的車架發展迅速，有許多用薄壁的鋁管制作的車架，它們是否上述的鉻鉬鋼製車架一樣，發生疲勞破壞呢？尤其是鋁沒有耐疲勞限度，很小的應力也必定會產生破壞。其應力越大破壞所需時間越短。所出售的極薄壁管的鋁製車架，廠家都未明確註明其壽命。

自行車是人們日常生活中不可缺少的代步工具,其造價低廉,維修簡單,使用方便,深受世界各國人民喜愛,形成了巨大的自行車消費市場,隨着現代社會的飛快發展,自行車已不僅僅是交通和運輸工具,已具有集健身、旅遊、競賽等多種功能。自行車檔次的高低取決於材料的選擇和做工。典型的低、中、高檔自行車構架分別由碳鋼、鉻鉬合金及鋁合金和碳纖維製造。碳纖維是一種新型的複合材料,它有重量輕、比強度高、比剛度大的優點,而且具有可設計性和易成型性,從而使設計的結構有更高的結構效率。

世界各國都對研製新形態、新材料的自行車投入了巨大的人力、物力、財力。車架是自行車的骨架,它在很大程度上決定了自行車的造型和使用性能。美國、英國和台灣地區等都已開發生產出碳纖維自行車車架。