碳纤维自行车

碳纤维自行车（Carbon Bike）主要是中高档的竞赛用自行车，作为新兴材料，碳纤维主要应用于车架（碳架）、前叉、轮组（碳刀车圈）等。^[1]

1950年代，美国军方研制出了具有良好力学性能的碳纤维，并于1960年代实现工业化生产， 此后日本、英国、法国、德国等相继拥有了制造高质量碳纤维的技术。1970年代，碳纤维在自行车上的应用尝试。1980年代，碳纤维在自行车开始产品化。1990年，日本宫田工业公司以碳纤维作车架推出ARC1000型跑车和 RDC1000型平车两种型号自行车。^[2]

碳纤维自行车具有重量轻、吸收冲击性能好等优点。^[1]

碳纤维的开发与利用可以追溯到1880年代， 发明家Joseph Swan和Thomas Alva Edison将竹丝碳化用作炽热灯泡的灯丝，之后碳纤维多用来作高温绝缘材料，但当时的碳纤维力学性能很差。 直到1950年代，美国军方研制出了具有良好力学性能的碳纤维，并于1960年代实现工业化生产， 此后日本、英国、法国、德国等相继拥有了制造高质量碳纤维的技术，特别是日本东丽公司在碳纤维研发与生产技术方面一直保持着世界领先水平。碳纤维在自行车上的应用尝试是在1970年代，真正开始产品化是从1980年代开始。^[2]

1988年，捷安特公司开始批量生产联合开发的碳纤维自行车架，并组装整车上市。1993年，联合开发出整体碳纤维自行车构架。^[2]

1993年，天津飞鸽自行车（集团）公司和北京环航复合材料公司联合投资开发了粘接型碳纤维自行车。同年底，深圳中华自行车公司自筹资金建厂生产自行车用碳纤维管，研制出可焊接碳纤维管自行车。21世纪初，江苏、广 东、天津、山东等省市的一些企业适应市场变化，进行产品结构调整和转型升级，成为专注生产中高档碳纤维自行车的厂家，中国碳纤维自行车生产量快速增加，成为世界新的自行车主要供应基地。^[2]

1974 年，美国Apex Proto公司制造了碳纤维复合材料薄壁管粘合不锈钢接头自行车车架。两年之 后，Exxon公司制造了石墨纤维和铝的复合材料 Graftek G-1型车架。但当时因为商业上和技术上的问题没能得以推广应用。 ^[2]

1980年代初期，随着碳纤维价格的降低以 及生产工艺的不断改进，碳纤维自行车始得以推 广应用。1980年，法国TVT公司第一次真正将碳 纤维复合材料车架商品化。1984年，在洛杉矶奥 运会上，率先使用碳纤维自行车的美国自行车队 一举夺魁，获得5 块金牌，这大大推动了碳纤维自行车研发与应用进程。1986年，法国Look公司利用TVT公司生产的碳纤维管体制造出具有实用意义的碳纤维自行车架，并于1988年制造出 世界首批量产的碳纤维车架KG86。1989年的环法自行车比赛，美国选手格雷格˙勒蒙德（Greg Lemond）领先法国选手劳伦特˙菲农（Laurent Fignon）获得冠军，Greg Lemond在赛程的绝大 部分路段中他都选用了TVT工厂生产的碳纤维复合材料车架的自行车。Greg Lemond的胜利使人们开始更加注重碳纤维自行车研发和造型设计，不断提高自行车的速度。^[2]

1990年，日本宫田工业公司以碳纤维作车架推出ARC1000型跑车和 RDC1000型平车两种型号自行车，这两种型号自行车的质量比铬钼钢架型自行车轻50%，强度高1.6 倍。1990年，Look公司制造出世界上第一台一体式碳纤维车架。1995年，Look公司又制造出世界上第一台全碳纤维车架（包括转向杆）。 1980年代后期，法国CCI公司以及美国Trek、 peugeot、Vitu、Raleigh等公司都在碳纤维自行车架的设计与制造方面有所突破。欧美等发达国家一直把控着碳纤维自行车零部件研发制造的关键工艺和核心技术。^[2]

碳纤维自行车的制作工艺复杂，需要手工打造也直接决定了产品成本短期内难以无法明显直降。一个碳纤维自行车车架的钢制模具一般需耗用模具费用几十万元，分摊到每件产品上的成本就远高于一般产品。^[3]

碳纤维自行车全称是碳纤维增强树脂复合 材料自行车，其制造材料是碳纤维和树脂的结 合物。^[2]生产一个碳纤维自行车架需要碳纤维片材约800多片，需要逐一按设计的次序和尺寸铺排叠层，非常耗用人力。产品整个成型过程目前全部由富有经验的工程师指导专业铺料员工逐一手工打造。^[3]

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。^[1]

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。^[1]

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。^[1]

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。^[1]

和钛合金相比，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。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。^[1]

从外观上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。^[1]

碳纤维作为一种高科技材料使用在自行车上是最近十年的事情。严格来说碳纤维并不是单纯的碳元素，而是碳元素经过编织加工后利用环氧树脂粘和加固的一种混合物。^[1]

2023年4月，小宇（化名）在浙江省嘉兴市一家自行车专卖店工作，他趁工作之便，给自己组装了一辆价值6万元的碳纤维自行车。后来小宇驾驶该辆自行车发生交通事故，交警部门认定是对方全责。小宇自己组装自行车，碳纤维部件能拿到一级经销商的价格，远远低于官方报价。小宇发现有利可图，于是动起了歪脑筋。他给自己重新组装了一辆碳纤维自行车，然后骑着新自行车开始寻找目标“碰瓷”。最终，法院以诈骗罪依法判处小宇有期徒刑2年6个月，缓刑2年8个月，并处罚金2万元。^[4][5]