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碳纤维自行车配件9个你可能不知道的真相

编辑:中山大航复合材料科技有限公司时间:2018-07-24

在大家的印象里碳纤维自行车配件的很多部件都是亚洲造,这么说其实也没错。大部分自行车行业的碳纤维制品都是来自台湾,或者中国大陆。但是也有一部分碳纤维车架和零件是美国和法国造。
碳纤维早期是作为航天材料被大众认识,所以在大家的印象里碳纤维制品是一种非常先进且高大上的材料,那么碳纤维制品的制造工艺应该也同样技术含量非常高,只能由那些实力雄厚的企业制造。但事实并非如此,高性能的碳纤维产品加工生产确实需要雄厚的实力与技术水准,但低端碳纤维和碳纤维制品却不是这样,它们其实也非常适合小规模加工。小型美国商店甚至私人工坊都可以对碳进行加工。很多自行车制造商可以通过碳纤维布制作他们自己的自行车车架,而制作方法和大型的自行车制造商比如没什么区别。
1、但是原料碳纤维的确大部分来自于亚洲
碳纤维制品可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维制品的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括,脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。
2、自行车使用的碳纤维不止一种
首先车架上的碳纤维自行车配件有多种形态:生丝、纤维布以及短切纤维。短切纤维一般用踏板上。碳纤维布一般用在车架上,碳纤维布正如它的名字听上去那样:连续的碳纤维布看上去很像卷板布匹,它会被缠绕在巨型卷轴上。生丝在自行车行业中比较少见;只有少数的自行车制造商,拥有处理碳纤维生丝的工艺能力。
其次碳纤维车架是由多种碳纤维自行车配件混合制成的。不同的碳纤维种类处于特定目的用在车架的不同位置。高模量纤维很贵(因为工艺复杂),所以自行车公司高明的选择相对少量的高模量纤维应用在了关键区域,比如空气导管、下托架以及后下叉等部位来抵抗蹬力并且使自行车更坚固。但是高模量纤维在模具中和标准模量纤维、中等模量纤维和高强度纤维放置在一起,从而产生一个好的碳纤维车架应具有的耐久性、性能和骑行质量。
3、车架上除了碳纤维自行车配件,还需要它……
我们通常说的“碳纤维”其实是碳纤维复合材料,并且碳纤维自行车配件不是自行车车架中材料配件。这是因为碳纤维的超高刚度是有条件的:当只有碳纤维自身的时候,它非常易碎并且有分裂破裂的倾向。为了保留它的特性,碳纤维制品会在进模具前被浸于环氧树脂(一种胶状材料)之中,形成一种复合材料。大部分用于自行车行业的碳纤维都是以这种形式加工的,这种工艺叫做“预浸”。
  树脂会完成两个任务。首要个任务是保持碳纤维在一起。第二个任务是树脂会增加韧性和耐久性。轻微塑化后在遇到冲击(如撞击或者碎石击打)后会有所变形,从而帮助吸收猛击,而不会导致纤维的严重撕裂。
4、碳纤维自行车配件等级不由自行车公司制定
每个自行车公司都会为他们的车架设计按上一些流行词,比如高模量或者“超高模量”。但是这些词可不是自行车公司们凭空捏造或者商量出来的。碳纤维根据其自身的刚度被分为了不同的等级,根据拉伸模量或者压力下的变形量来进行评估。对于碳纤维而言,这些评估标准和刚度范围都是由日本碳纤维制造协会指定的。
大部分使用在自行车行业的碳纤维都是标准模量或者中等模量的;在比较贵的车架上会使用一些高等级的碳纤维制品。
5、更为神奇和昂贵的过程是——层叠
碳纤维自行车配件是一种很棒的自行车材料,原因有二。首先,相较于我们所熟知的其他材料,它具备刚度大、质量小的优点。其次,与金属不同,碳纤维制品的刚度更容易控制;它的刚度特性只在单向上呈现,因此它的刚度可以根据碳纤维复合材料如何调整成为一条直线或者如何放在在模具内,进行调整。这被称为各向异性。金属,正好相反是各向同性,会在材料的任何轴向呈现同样的强度和刚度性能。
工程师利用可以各向异性软件程序来考虑碳等级、浸料、以及碳纤维线股的形状、大小和排向,甚至它在模具中放在什么位置。碳纤维车架就是通过这种方法达到了轻度和硬度,甚至同时拥有两种性能。但是这些程序以及所需要的人力都非常的昂贵。并且为了实现高要求设计所需要的高模量碳纤维花费也很高昂。
6、编织主要是为了美观……
碳纤维制品表面一般都会有一层经典的编织层,它有美丽的纹路,使得碳纤维制品看起来美观,但其实这层编织层并不是出于产品本身的性能需求。碳纤维制品表面增加一层编织的表皮,更大的作用是可以防止制品表面被顶伤,划伤和避免表面凹陷等,但决定碳纤维制品框架和结构等性能的还是来自于表层下的碳纤维层叠层。
而且要将模具边缘的编织层完美焊接并不容易,这涉及到材料的表面制造工艺,因此,不仅需要大量的专业知识,而且花费巨大。因此现在越来越多的自行车和零部件上正在试图跳过编织表层,而让单向碳纤维作为制品的皮肤。     
7、所有的碳纤维制品车架都是手工制造的
传统的车架制造都是使用不锈钢和钛合金,但是每一个使用碳纤维布制作的车架,轮胎,车把,或者其他零件,都需要大量的手工制造。
整个制造过程中几乎只有一个自动化过程:电脑控制的机器会将单碳纤维层从碳纤维布上切割下来。之后,碳纤维制品复合车架或者零件必须根据层叠顺序在一个模具里精确组装,这个过程还有待自动化。在小生产线中,一个人也许可以层叠组装整个车架。在大一些的生产线中,工人们会层叠组装车架的特定部分,比如下托架部分,然后把这部分传递给下个工人来层叠组装管部零件,然后放在模具中进行固化。
甚至在固化后的工艺——车架从模具中取出,清洗,上漆——都需要非常仔细。专业的工人会检查车架或者零件是否有问题,比如由于碳纤维层未平滑压实而导致的褶皱或者污渍,这些问题会使得车架成为次品。
8、碳纤维是可以修复的!
很多人都会有这样一种误解:碳纤维自行车配件车架或零件一旦损坏了,就彻底完蛋了。但其实这种说法不完全对,碳纤维车架和钢架或者钛合金车架一样,在一些情况下是可以修复的。处理工艺也没有太大的不同:损坏的部分会被切割下来,然后和新的材料桥接。新的材料通过了一系列的加工,固话,打磨,上漆,使得它与原先的材料相匹配。若是得到了专业的碳纤维修复,你甚至没法分辨原先损坏的地方。
但是这个工作需要很高的专业度。虽然市面上有碳纤维修复工具,但是它们主要是针对皮艇桨的。自行车车架比较复杂,有很多承重结构在冲刺和高速转角时需要承受应力。如果你的碳纤维自行车配件车架损坏了,你可以找制造商进行售后修复,或者你可以找声誉比较好的第三方进行修复,千万不要尝试自己进行修复!
9、碳纤维外形很容易仿制
碳纤维制品大热使得各种独特的碳纤维车架造型逐一面世。从一个车架的轮廓还有可能判断出它是否是Pinarello或者Specialized。然而,独特的工业设计使得自行车车架格外容易被造假者们复制伪造。
通过一个正版的车架成品(甚至通过产品的细节照片)制作一个模具是非常简单的。但是材料,接头处和组装方法也许完全不同。许多造假者缺乏复杂工艺的加工能力,并且会使用廉价的填充材料来模仿原版的外形。在Specialized公司的测试实验室中,Santiago Morales总监是这样评价造假者们的,“无论从哪一方面来讲,这些产品都称不上是一种工业品;这更像是照葫芦画瓢。”
碳纤维自行车是运动爱好者们的福音,而更多的碳纤维制品也正在丰富着我们的生活。