碳纖維腳踏車（Carbon Bike）主要是中高檔的競賽用腳踏車，作為新興材料，碳纖維主要套用於車架（碳架）、前叉、輪組（碳刀車圈）等。
基本介紹
- 中文名：碳纖維腳踏車
- 外文名：Carbon Bike
- 產品檔次：中高檔
- 用途：競賽用腳踏車
- 含碳纖維部位：車架、前叉、輪組
- 車架優點：輕、鋼性好、衝擊吸收性好
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製造材料
腳踏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。
主要特點
車架優點
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么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質差異也較大。腳踏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左右的輕量腳踏車，這種碳纖維輕量腳踏車，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著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，製作不用避震器的腳踏車。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。
車架缺點
(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，加工時需要進行複雜的應力計算(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。
種類介紹
全碳
所有的碳纖維腳踏車配件全部採用碳纖維材料。
半碳
很多腳踏車採用鋁合金+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，這樣的就可以說是半碳的。
包碳
有些車架、車把、把立、曲柄、前叉、坐桿等配件，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。
材料環境
碳纖維和環境的關係
碳纖維含有樹脂因此也可以說耐酸。但是對碳纖維來說應多考慮內在因素，它用樹脂因此樹脂老化的可能性是存在的。碳纖維制腳踏車不使用時應該避開陽光，日光和環境的溫度對它的影響最大。
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。用這種材料製作腳踏車實在浪費，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脫下來。
金屬的疲勞度
金屬疲勞
製作腳踏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，但是對整個管來說會發生較高的應力。
(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。
研製開發
腳踏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,形成了巨大的腳踏車消費市場,隨著現代社會的飛快發展,腳踏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。腳踏車檔次的高低取決於材料的選擇和做工。典型的低、中、高檔腳踏車構架分別由碳鋼、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。
研發進度
世界各國都對研製新形態、新材料的腳踏車投入了巨大的人力、物力、財力。車架是腳踏車的骨架,它在很大程度上決定了腳踏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腳踏車車架。
