重量降低1克卖价提高1美元

     碳纤维复合材料自行车堪称自行车王国的

    “随着材料制造工艺的高速发展和国内外自行车市场的扩大，先进复合材料诸如碳纤维、碳化硅纤维和Kevlar纤维等高性能纤维复合材料开始在自行车行业中得到使用，使传统的自行车生产工艺走向高科技，最终使自行车趋于化、轻型化与新型化。”一位自行车行业人士表示。

    据悉，自行车自诞生200多年来，其制造材料一直以金属为主，如从普通钢到铬钼钢、锰钼钢、不锈钢等特殊钢，再到铝合金、镁合金、钛合金等轻合金，材料每更新一次，其性能就前进一步。而碳纤维复合材料自行车，已成为目前自行车王国中的佼佼者，其研发、生产目前已遍及世界发达国家。

    性能优异超过金属材料

    西安航天复合材料研究所吴大云认为，碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐冲击、抗疲劳和尺寸稳定性高等一系列优异性能。采用碳纤维复合材料制造自行车首先能有效地降低自行车重量。碳纤维树脂基复合材料的密度通常为1.6g/cm3，是钢的l/5，较铝材则减重40%左右。在台湾自行车业界有这样的说法，“自行车重量降低1克，卖价可提高1美元”。据专业的测算，对一辆结构相同的自行车，若重量相差4磅（约1.8公斤），同一运动员在2公里的行程中，重的那辆要慢193英尺（约58.82米）。

    其次是提高了车身的整体刚度，安全性增加。吴大云指出，碳纤维复合材料中基体是以连续相形式包围着大量独立存在的纤维，这种由多相组成的材料在受到冲撞时，即使有少量的纤维断裂，其载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使结构还能承载，大大提高了骑乘的安全性。而一般金属材料的疲劳破坏是没有明显征兆的突发性破坏。研究表明，碳纤维复合材料车架耐冲撞试验可达100万次以上，远远超过了JIS-9401-1984规定的10万次标准。

    再次是显著改进了自行车的抗震性。刚度好的车架有利于驱动力的转换，操纵性能提高。碳纤维复合材料自行车结构坚固，不易变形，而且减震效果突出。据报道，对形状与尺寸相同的车架进行试验表明，铝合金车架需要9秒才能停止振动，而碳纤维复合材料车架只需2.5秒就可停止，复合材料良好的阻尼性减轻了自行车的颠簸。不仅如此，和金属相比，碳纤维制成的自行车还具有良好的耐锈蚀性。高分子材料的耐酸碱、工业大气性能良好，因此使用碳纤维树脂基复合材料制成的自行车零部件有无可置疑的耐环境性能。

    设计制造更为复杂

    业内专家透露，虽然具有优异的性能，但是复合材料自行车的设计和制造也远比一般金属材料自行车要更为复杂，目前我国在这个领域和国外先进水平还有不小的差距。

    国外在上世纪80年代中期，欧美一些自行车生产厂家开始研制碳纤维自行车。近年来，日本、美国、西欧及中国台湾利用对飞机部件的设计制造方法，分析了车架的应力承受情况，对受力较大的部位予以增强，更符合空气动力学要求。用内部加压注塑的方法制成的整体式碳纤维车架，整个自行车的重量可控制在7.5公斤左右，较管状粘接的车架轻20%，而刚性与铬钼车架相当，可以避免粘接问题，摆脱了传统的菱形车架模式，制造更趋于流线型、多样化。通过在树脂中添加适量染料，还可使其表面更加艳丽。

    西安航天复合材料研究所王晓洁、张世杰透露，欧美等国的自行车厂商与研究部门密切合作，对自行车进行了计算机辅助受力分析和强度计算，使自行车外形更符合人机工程学的要求。

    我国台湾地区的捷安特公司与台湾材料研究室于1985年共同开发碳纤维自行车，在不长的时间内即成功地开发了铝合金金属压注接头胶接碳纤维自行车车架。1988年，捷安特公司开始批量生产联合开发的碳纤维自行车车架，并组装整车上市，在岛内外自行车市场引起了极大的反响。

    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粘接型碳纤维自行车。深圳中华自行车公司自筹资金在1993年底建成一个生产厂，生产自行车用碳纤维管，目前已研制出可焊接碳纤维管自行车。近几年来，国内一些企业在复合材料自行车的研制上也取得了进展，但是由于价格偏高，还没有大批量生产和销售。

    碳纤维原材料是发展瓶颈

    据介绍，国内在该领域起步较晚，目前还未得到大规模生产和应用。业内人士认为，除了研发、生产技术的落后，原材料也成为我国复合材料自行车发展的瓶颈。

    连云港迎雁新材料有限责任公司周恒香表示，我国聚丙烯腈基碳纤维的研究始于20世纪60年代末，由于碳纤维是重要的军工材料，国外对我国进行了严格的技术封锁和禁运，我国碳纤维基本上是以自主研发为主。从1976年山西煤化所条PAN基碳纤维生产线建成至今已有连云港中复神鹰碳纤维有限公司、吉林石化公司、威海拓展等公司具备生产T300碳纤维原丝和碳丝的能力。但大部分企业的生产规模小，只能部分应用于军工产品，对于民用市场用量的12K碳纤维只有个别公司能够稳定生产。

    据悉，几年前由于碳纤维原料价格很高，在峰时进口碳纤维12K的市场价格在500元/公斤以上，3K的市场价格在2000元/公斤以上，国内的碳纤维还不能用到自行车的生产上，所以一部自行车的价格都在几万元以上。近年来，国产碳纤维已经能够成熟稳定地生产，打破了国外碳纤维的技术封锁，碳纤维的价格回归理性，现在国产碳纤维的价格只是进口碳纤维峰时的1/4，国内企业可以用国产碳纤维设计、生产碳纤维自行车配件，碳纤维自行车将不再是“阳春白雪”了。“当然，我们还需要在制作工艺上下工夫，不断提高碳纤维自行车配件生产的自动化水平，进一步降低生产成本，使碳纤维自行车从天价回归到一个合理的价格水平。”周恒香说。

    全世界每年生产的自行车总量超过1亿辆，而碳纤维自行车只有70万辆，性能这么优越的材料在自行车的生产总量中只占很低的比例。业内人士指出，随着国产碳纤维自行车的开发生产，制作的自动化水平不断提高，碳纤维自行车能够走进中国寻常百姓家已经为时不远。