自行車自問世以來，其制造材料從最初的木質材料，到普通碳素鋼、鉻相鋼和鉻錳鋼，到鈦合金、鋁合金、鎂合金、鈧合金等輕合金材料，還有新型的碳纖維、玻璃纖維復合材料等非金屬材料。自行車制造材料的革新，其力學結構、工藝造型、機械構造等也隨著不斷迭代，更推動著自行車性能提高和功能增加。當今，自行車已經從最初代步的交通工具，拓展為健身、競賽器材以及休閑娛樂用品。特別是碳纖維在自行車制造中廣泛的應用，給自行車產業帶來全新的革命。

碳纖維自行車全稱是碳纖維增強樹脂復合材料自行車，其制造材料是碳纖維和樹脂的結合物。碳纖維和樹脂在復合材料中的作用不分伯仲，彼此缺一不可。如果將復合材料比作鋼筋混凝土結構，碳纖維相當于承載負荷的鋼筋，而樹脂則相當于混凝土，起到結構成型、固定碳纖維和力的傳遞作用，對碳纖維自行車騎乘質量和車體性能起著決定性作用。

1 碳纖維自行車的特點

制造材料的物理特性和化學特性決定著自行車的性能。材料密度是決定自行車自身質量的重要因素；材料的抗拉強度、彈性模量、伸長率等會影響自行車的剛性、強度、騎乘感受以及外觀等。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維自行車有著諸多優勢。

1.1 質量輕、操縱性好

碳纖維復合材料的密度僅為鋼的20%，鋁的50%，理論上講，碳纖維自行車比鋼或鋁金屬材料自行車質量減輕30%，有效騎行力增加45%以上。最輕的碳纖維車架可以做到0.7 kg以內，競技碳纖維自行車質量僅有7～8 kg，但鋁合金車架質量很難低于1 kg，因此，碳纖維自行車有更好的機動性能和加速性能。

1.2 安全性高

碳纖維抗拉強度一般都在3 500 MPa以上，是鋼的4 倍以上，可以承受極大的力學沖擊；與金屬材料相比，其具有很好的斷裂韌性和良好的耐疲勞性，而且即使斷裂也是從基質開始，具有可視性。這些都大大提高了自行車騎乘的安全性。

1.3 舒適性好

碳纖維彈性模量接近鋁合金彈性模量的3倍，受力之后的彈性形變小，自振頻率高，不易出現共振，良好的共振阻尼，提高了自行車的減震能力。碳纖維復合材料構件不易變形，且剛性高，力的傳導性好，使得碳纖維車架踩起來更“硬”，使車手騎行更好“發力”、更省勁，有路感。

1.4 抗逆性強

碳纖維復合材料對一般的酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，完全不存在生銹的問題。

當然，碳纖維徑向的強度很小，碳纖維復合材料車架或零件抗尖銳物沖擊能力較差。另外，作為復合材料基體的樹脂受陽光直射易于老化。隨著科技的進步，相信碳纖維自行車這些不足將會不斷得到優化改進。

2 碳纖維自行車部件的制造工藝

碳纖維作為一種含碳量在90%以上的纖維狀碳素材料，兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，鑒于此，碳纖維自行車制造工藝有以下特點。

2.1 造型和結構設計自由度大

從力學性能上講，碳纖維軸向和徑向的強度不一樣，應力取向沿纖維軸方向有非常高的強度，而徑向就很小。因此在制作自行車部件時，根據碳纖維的這一力學特點，利用疊層技術可以對碳纖維進行合理排列和鋪放，以達到自行車部件的受力或載荷要求，特別是隨著新型碳布的開發，在結構設計上幾乎可以不受限制地進行優化。金屬材料的自行車構件，合金的配方基本固定，其力學性能不會有大的變化，而且受焊接技術以及管件成型工藝的限制，在造型和結構的設計上受到很多限制。當然，在碳纖維復合材料輪圈在制造上仍存在諸多技術問題，還有許多需要攻克的技術難題。

（后續詳見碳纖維自行車的發展與展望（二））

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