2.2 制作工艺复杂，工序多

与金属材料自行车焊接成型并可进行自动化生产不同，碳纤维自行车特别是车架制作的工序复杂，而且现在大多还是需要手工操作，难以使用自动化设备，其制作工序一般为：工艺设计、应力计算、碳布织造、裁剪碳布、模具预型、固化成型、处理加工、表面涂装、整车组装等。其中，按照技术要求和指标设计好的碳纤维骨架与树脂基体，在一定压力和温度下的固化成型工艺在很大程度上决定着自行车构件的质量和性能。较常见的碳纤维复合材料成型技术主要有铺覆成型、树脂传递模塑、树脂注射成型、缠绕成型、织造成型、搓卷成型、喷射成型等多种工艺。

目前，碳纤维自行车制造技术发展非常快，车架预成型开始导入机械自动编织，可以实现控制强度、方向和角度的三维立体编织，编织出来的预成型车架平整度非常好，产品质量实现流水线上智能检测。

3 碳纤维自行车的兴起与发展

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优先水平。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。

3.1 国外碳纤维自行车的发展

国外碳纤维自行车研发的最早记载是在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。

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）超过法国选手劳伦特˙菲农（Laurent Fignon）获冠，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。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公司制造出世界上首台一体式碳纤维车架。1995年，Look公司又制造出世界上首台全碳纤维车架（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。如今，一种由碳原子以sp2杂化连接成蜂窝状单原子层平面薄膜的二维碳材料—石墨烯正引领着碳纤维自行车向更新的方向发展。国际轮胎生产商意大利的Vittoria公司公布了由石墨烯增强复合材料制造的自行车竞赛车轮-Qurano系列，车轮性能提高了10%～30%；英国自行车厂商Dassi公司制造出了质量仅500 g的全世界首辆含有石墨烯的车架Interceptor，车架的抗剪强度和抗断裂韧性分别提高了70%和50%。

（后续详见碳纤维自行车的发展与展望（三））

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