碳纤维自行车,高端竞赛用车

说道碳纤维这种材料，大家可能首先联想到高端用品，其实这种想法并没有错，确实国内很多行业的器材用料上，碳纤维材质都是比较昂贵的高端器械。因为碳纤维独特的材质特点，而广泛应用于各个领域，在自行车领域中，碳纤维自行车造价高昂，制作工艺复杂，所以只有高端的自行车竞赛中才能看到碳纤维自行车的身影。下面小编给大家详细介绍下碳纤维自行车。

碳纤维自行车

一、碳纤维材料简介

碳纤维已经越来越多的应用于人们的生活中了，它是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维材料广泛应用于各行各业，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。球棒等体育领域。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。

二、碳纤维自行车分类

1、包碳自行车

所谓的包碳自行车其实是用碳布把自行车包起来，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。

2、全碳自行车

所谓的全碳自行车是指，所有的碳纤维自行车配件全部采用碳纤维材料。

3、半碳自行车

其实我们见到的很多自行车都是采用铝合金+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···），前叉臂用碳纤维，前叉管用铝合金制造，这样的就可以说是半碳的。

其实从外观上我们可以很容易来区别车架。风格粗犷，造型狂野的是铝架；管体纤细，骨感十足的是钢架；而那没有任何涂装，浑身散发着金属光泽的就是钛架；碳纤维的表面则覆盖着各种3D布的表层，极具现代感。

三、碳纤维自行车优点

1、吸收震动

碳纤维可以有效的吸收震动，并且保持很好的刚性。这种特点使得它成为很好的竞赛级的材料。

2、重量轻

碳纤维车架重量轻！这是它最大的优点，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。

1200克左右的碳纤维公路架已经到处可见了。由于碳的质量仅有1.6克/立方厘米，所以制作1公斤左右的车架已经不在是梦想。甚至可以造出8、9kg左右的轻量自行车。

3、可制作各种形状的车架

最后要说的就是车架形状，和一般的金属车架的制造过程不一样，碳纤维车架一般是先制作模具，然后在模具上付上碳纤片，最后用环氧树脂进行粘固。这种制作过程可以利用空气动力学作成风阻极小的车架。

四、碳纤维自行车缺点

碳纤维自行车虽然价格昂贵，但因为其本身的材质属性，它还是不可避免的会有一些弊端。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。

1、制作难度高

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。一般来讲，碳纤维抗面的冲击相当好，而抗穿刺能力就很差了。就是说你横摔竖拍不要紧，就怕的是横摔竖拍的过程中碰到一两块锋利的小石子，那可就不是拿去焊一下就可以解决的了。

2、成型后难改变

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。

五、碳纤维自行车价格

一辆一般原料的山地车报价根本在几百到上千元之间，而选用碳纤维原料的自行车最廉价的也在万元摆布。尽管碳纤维自行车具有重量轻、耐冲击等长处，但碳纤维车与一般自行车之间无穷的报价差仍让不少消费者咂舌不已，那么碳纤维自行车到底什么价格呢？

小编查阅了相关资料，下面拿捷安特碳纤维自行车来举例，其实捷安特碳纤维种类很多，价格最低的要4000元，高的28000元。与钛合金相比，碳纤维车架的价格有过之而无不及，向顶级的碳纤维车架的价格都要上万，而科那哥的C40和C50的价格甚至超过2万元。那么，为什么价格如此高呢？这主要是因为碳纤维车架的制作过程需要很多的手工，并且报废率很高，造成成本的大量上升。

其价格昂贵的原因，还有一点就是碳纤维不只具有碳资料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，它比重不到钢的1/4，但强度却非常强。也即是说，想制造碳纤维自行车，首要需要用碳纤维织成碳纤维布，然后用碳纤维布再制造车辆的各种部件，而在制造过程中还要充分考虑到耐冲击性、耐腐蚀性等方面的要素，这也就造成碳纤维自行车较其他自行车的报价更为贵重。

关于价格方面，依据车辆运用碳纤维资料数量的不一样，碳纤维自行车可以分为全碳、半碳、包碳三种类型。望文生义，全碳指车辆配件悉数选用碳纤维资料了；半碳指车辆的有些配件选用碳纤维原料，其他配件为铝合金或其他原料；而包碳则是在车辆构造外包一层碳纤维布。也因而，即便是碳纤维自行车，报价也会有所不一样。

六、碳纤维自行车研发现状

碳纤维自行车在世界范围内都得到了重视，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、英国和台湾地区等都已开发生产出碳纤维自行车车架。

在中国，前几年曾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。

据小编了解，这次实施的"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。

七、碳纤维自行车的创新

1、采用人机工程学进行计算机模拟设计，使碳纤维自行车安全性更高，满足客户要求。

2、利用碳纤维预浸料的可设计性，制造出特定造型的自行车或其部件，满足整车组装工序的特殊需求。原文地址：http://www.pikacn.com/news/201611/5368.html

3、采用高强度粘合剂进行连接和胶合固化工艺控制技术。

4、特殊的叠层技术，使其能制造出质量更轻，强度更高的碳纤维自行车车架及其部件。

5、采用高强、高模的碳纤维材料替代金属材料，减轻车身重量，制造出更适合选手使用的比赛用车。

6、模压成型工艺，实现碳纤维自行车一体成型，无缝隙，结构强度高，产品造型美观。

八、碳纤维自行车的制作流程

设计、裁剪、卷料、预型、成型、加工、胶合、补磨、涂装、组装等。按照碳纤维自行车主部件结构设计要求，将预浸料裁切成各种尺寸、各种角度；将裁切好的各种尺寸、各种角度的预浸料卷制到芯模上，卷制到规定尺寸后，取出芯模；将卷制好的碳纤维复合材料零部件对接，并穿入气袋。将预型好的部件半成品按工艺要求装入模具，在电热炉台上充气加压，加温固化；将成型好的部件经过加工处理，上胶插接后送到烤箱中固化；将胶合后的粗坯进行补土、喷漆、打磨。去除表面缺陷，达到表面平整光滑；贴上水标，喷漆、打蜡，然后组装成整车。

1、材料界面性能的研究

围绕碳纤维的表面改性以及配套树脂的设计和合成展开研究工作，目的是促进碳纤维与聚合物树脂基材的界面相容性，重点研究碳纤维及其改性产物与聚合物树脂复合后界面结构对材料使用性能的影响，归纳出碳纤维表面性质、碳纤维/树脂界面特性与复合材料性能三者之间的可控关系，实现碳纤维复合材料的优异性能。

2、技术措施

采用国产碳纤维，应用CAD，Pro/Engineer技术设计，ABS材料芯模，预型补料采用连续性碳纱，以保证更好的强度与刚性；使用轻克重FAW050和FAW075预浸料，结构采用图文并茂的方式，给予保证每片碳纱所贴位置更精准，从而发挥碳纱在结构中的更大优势，以节省出更多的重量空间，以达到车架等主部件更加轻量化目的。

目前，国际上碳纤维自行车的生产厂商大多集中在欧美、日本、中国台湾等发达国家及地区，如我国市场上的碳纤维自行车生产厂家主要有台湾捷安特、美国的美利达和骓驰等少数品牌，且其生产出的碳纤维自行车价格大多数都在万元以上，远远超出了普通消费者的消费能力，而国内能够自主生产碳纤维自行车的生产厂家很少。

由于我公司从碳布源头开始做起，自制碳纤维编织布、预浸布来生产碳纤维自行车，产业链长，生产成本容易控制，比国内外各生产企业更具有竞争优势，该公司的发展潜力和空间很大。近两年来，公司十分重视神鹰碳纤维自行车“ZGL”自主品牌打造，加大了广告宣传力度，积极举办各种自行车赛事，参加国内国际自行车展览，提升了“ZGL”的知名度，得到了广大消费者的认可，产品有供不应求之势。

研发自主品牌碳纤维自行车，极大地满足国内外体育选手和骑行爱好者对重量轻、性能好的超轻量版碳纤维自行车的迫切需求。促进我国碳纤维及其复合材料等新材料技术的发展，打破发达国家对高新技术的垄断，为我国的国计民生、国防科技的发展建设做出重大贡献。——ZGL，帮助人们实现更高品质的骑行梦想。

3、结构设计与材料裁剪工艺

为了确保自行车的安全性，轻量化。设计工程师依据力学原理在结构设计上采用碳纤维单向预浸布，进行合理裁剪形成0°、30°、45°、90°等纤维走向，将复杂的构件分解为每一片层逐一卷制叠成为预制件。单向预浸布的优点是强度高且稳定，叠层角度可设计，适合做碳纤维自行车的主结构，单向预浸布的叠层角度设计如图1所示。

单向预浸布经过不同的裁剪方式，可以得到不同的角度料。依据自行车各部分受力状况的不同，所使用的角度料就不一样。在车架座管端口、中变固定座处，需要用90度料来补强，增加抗压系数。

碳纤维编织预浸布，用做碳纤维自行车的外观，不仅增加了自行车结构件的强度，同时美化了碳纤维自行车的外观，显现了碳纤维织物的材料效果。

4、外固内扩成型工艺

依据碳纤维预浸布树脂系统的特定要求，设计人员针对性地制定了外固内扩成型工艺，工艺控制主要是针对气压、温度和时间三个要素。在成型的过程中，随着温度和粘度的变化，物料胶化、软化、硬化。

成型过程中还有一个很重要的技术要点，就是加压时间的控制。碳纤维复合材料主部件采用袋压成型法，即利用耐高温尼龙袋注入高压气体，将复合材料内的空气挤出，带动树脂的流动，使材料之间达到一定的密度，然后高温固化。因为产品的不规则性，在耐高温尼龙袋的选用时，一般会选用大于产品最大内径的规格，这样就造成在产品内径小于尼龙袋的情况下，尼龙袋会有一定的折叠。因而树脂在高温流动时，会在尼龙袋折叠的地方堆积，产生不规则的树脂块或造成纤维的不平整性。

而过多的树脂堆积，不仅会增加产品的重量，而且会产生一定的应力，从而影响到产品的使用性能，我们使用EPS成型新工艺解决这一问题。利用EPS高可塑性，能制造比传统硅胶更加合理的内芯，利于产品造型的成型。预先固化的内芯，使产品内壁更加光滑、平整，减轻产品的重量，提高产品品质。

在应用EPS工艺后，能利用其预先固定好的内芯型状，在贴料的过程中能保证材料的平整性，卷制的产品不易变形，从而减少因为产品变形带来的品质问题；利用预先固化好的外形，在树脂固化期间，完全避免了因为尼龙带的重叠而带来的树脂堆积，保证了产品内壁的平整性，降低了产品重量，提高了产品的品质。

九、奥迪概念碳纤维自行车

奥迪推出过一款概念碳纤维自行车，据了解，奥迪这次推出的这款新奇的概念自行车拥有高度的坚韧性和轻便的重量，这样一个看上去坚不可摧家伙实际上只有大概10公斤的重量。

性能方面，功率2300瓦的电动马达可以让它每小时驰骋约50公里的距离，令人嗔目的是这款产品可以将你手中的智能手机作为它的电子控制系统，完全将电动自行车发展到了一个新的境界，全面的智能时代就这样骤然而来。另外，e-bike W?rthersee同时具有五种可调的骑行模式可以提供给自行车爱好者更好的骑行体验。

八、碳纤维自行车视频

结语：其实碳纤维材料已经广泛应用于我国的各个领域，碳纤维早已不再神秘。上面给大家介绍的碳纤维自行车，也是碳纤维广泛应用的例子，碳纤维自行车质量轻的特点让它广泛应用于高端自行车比赛中，希望碳纤维自行车可以助力运动员取得更好的成绩。