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摘 要：自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具，深受世界各国人民喜爱，形成了巨大的自行车消费市场。随着现代社会的飞快发展，自行车已不仅仅是交通和运输工具，已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。因此迫切需要有新形态、新材料的自行车出现，以使自行车外观更具美感，更具轻量化，骑乘舒适性更好。
关键词：碳纤维；自行车；应用
碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，碳纤维在自行车领域的应用，被称为自行车行业的“黑色革命”。碳纤维自行车具有以下优点：
精：塑性变形小，回弹性好，尺寸稳定性高。刚：弹性模量高，变形量小，骑行中不泄力。轻：材料密度小，用料量少，产品净质量轻。巧：流线型设计，骑行风阻小，骑行速度更快。
碳纤维自行车的创新之处在于：①采用高强、高模的碳纤维材料替代金属材料，减轻车身重量，制造出更适合选手使用的比赛用车。②采用人机工程学进行计算机模拟设计，使碳纤维自行车安全性更高，满足客户要求。③特殊的叠层技术，使其能制造出质量更轻，强度更高的碳纤维自行车车架及其部件。④利用碳纤维预浸料的可设计性，制造出特定造型的自行车或其部件，满足整车组装工序的特殊需求。⑤模压成型工艺，实现碳纤维自行车一体成型，无缝隙，结构强度高，产品造型美观。⑥采用高强度粘合剂进行连接和胶合固化工艺控制技术。
碳纤维自行车的制作流程：设计、裁剪、卷料、预型、成型、加工、胶合、补磨、涂装、组装等。按照碳纤维自行车主部件结构设计要求，将预浸料裁切成各种尺寸、各种角度；将裁切好的各种尺寸、各种角度的预浸料卷制到芯模上，卷制到规定尺寸后，取出芯模；将卷制好的碳纤维复合材料零部件对接，并穿入气袋。将预型好的部件半成品按工艺要求装入模具，在电热炉台上充气加压，加温固化；将成型好的部件经过加工处理，上胶插接后送到烤箱中固化；将胶合后的粗坯进行补土、喷漆、打磨。去除表面缺陷，达到表面平整光滑；贴上水标，喷漆、打蜡，然后组装成整车。
1 结构设计与材料裁剪工艺
为了确保自行车的安全性，轻量化。设计工程师依据力学原理在结构设计上采用碳纤维单向预浸布，进行合理裁剪形成0°、30°、45°、90°等纤维走向，将复杂的构件分解为每一片层逐一卷制叠成为预制件。单向预浸布的优点是强度高且稳定，叠层角度可设计，适合做碳纤维自行车的主结构，单向预浸布的叠层角度设计如图1所示。
单向预浸布经过不同的裁剪方式，可以得到不同的角度料。依据自行车各部分受力状况的不同，所使用的角度料就不一样。在车架座管端口、中变固定座处，需要用90度料来补强，增加抗压系数。
碳纤维编织预浸布，用做碳纤维自行车的外观，不仅增加了自行车结构件的强度，同时美化了碳纤维自行车的外观，显现了碳纤维织物的材料效果。
2 材料界面性能的研究
围绕碳纤维的表面改性以及配套树脂的设计和合成展开研究工作，目的是促进碳纤维与聚合物树脂基材的界面相容性，重点研究碳纤维及其改性产物与聚合物树脂复合后界面结构对材料使用性能的影响，归纳出碳纤维表面性质、碳纤维/树脂界面特性与复合材料性能三者之间的可控关系，实现碳纤维复合材料的优异性能。
3 外固内扩成型工艺
依据碳纤维预浸布树脂系统的特定要求，设计人员针对性地制定了外固内扩成型工艺，工艺控制主要是针对气压、温度和时间三个要素。在成型的过程中，随着温度和粘度的变化，物料胶化、软化、硬化。成型过程中还有一个很重要的技术要点，就是加压时间的控制。碳纤维复合材料主部件采用袋压成型法，即利用耐高温尼龙袋注入高压气体，将复合材料内的空气挤出，带动树脂的流动，使材料之间达到一定的密度，然后高温固化。因为产品的不规则性，在耐高温尼龙袋的选用时，一般会选用大于产品最大内径的规格，这样就造成在产品内径小于尼龙袋的情况下，尼龙袋会有一定的折叠。因而树脂在高温流动时，会在尼龙袋折叠的地方堆积，产生不规则的树脂块或造成纤维的不平整性。而过多的树脂堆积，不仅会增加产品的重量，而且会产生一定的应力，从而影响到产品的使用性能，我们使用EPS成型新工艺解决这一问题。利用EPS高可塑性，能制造比传统硅胶更加合理的内芯，利于产品造型的成型。预先固化的内芯，使产品内壁更加光滑、平整，减轻产品的重量，提高产品品质。在应用EPS工艺后，能利用其预先固定好的内芯型状，在贴料的过程中能保证材料的平整性，卷制的产品不易变形，从而减少因为产品变形带来的品质问题；利用预先固化好的外形，在树脂固化期间，完全避免了因为尼龙带的重叠而带来的树脂堆积，保证了产品内壁的平整性，降低了产品重量，提高了产品的品质。
4 技术措施
采用国产碳纤维，应用CAD，Pro/Engineer技术设计，ABS材料芯模，预型补料采用连续性碳纱，以保证更好的强度与刚性；使用轻克重FAW050和FAW075预浸料，结构采用图文并茂的方式，给予保证每片碳纱所贴位置更精准，从而发挥碳纱在结构中的更大优势，以节省出更多的重量空间，以达到车架等主部件更加轻量化目的。
目前，国际上碳纤维自行车的生产厂商大多集中在欧美、日本、中国台湾等发达国家及地区，如我国市场上的碳纤维自行车生产厂家主要有台湾捷安特、美国的美利达和骓驰等少数品牌，且其生产出的碳纤维自行车价格大多数都在万元以上，远远超出了普通消费者的消费能力，而国内能够自主生产碳纤维自行车的生产厂家很少。由于我公司从碳布源头开始做起，自制碳纤维编织布、预浸布来生产碳纤维自行车，产业链长，生产成本容易控制，比国内外各生产企业更具有竞争优势，该公司的发展潜力和空间很大。近两年来，公司十分重视神鹰碳纤维自行车“ZGL”自主品牌打造，加大了广告宣传力度，积极举办各种自行车赛事，参加国内国际自行车展览，提升了“ZGL”的知名度，得到了广大消费者的认可，产品有供不应求之势。研发自主品牌碳纤维自行车，极大地满足国内外体育选手和骑行爱好者对重量轻、性能好的超轻量版碳纤维自行车的迫切需求。促进我国碳纤维及其复合材料等新材料技术的发展，打破发达国家对高新技术的垄断，为我国的国计民生、国防科技的发展建设做出重大贡献。——ZGL，帮助人们实现更高品质的骑行梦想。
关键词：碳纤维；自行车；应用
碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，碳纤维在自行车领域的应用，被称为自行车行业的“黑色革命”。碳纤维自行车具有以下优点：
精：塑性变形小，回弹性好，尺寸稳定性高。刚：弹性模量高，变形量小，骑行中不泄力。轻：材料密度小，用料量少，产品净质量轻。巧：流线型设计，骑行风阻小，骑行速度更快。
碳纤维自行车的创新之处在于：①采用高强、高模的碳纤维材料替代金属材料，减轻车身重量，制造出更适合选手使用的比赛用车。②采用人机工程学进行计算机模拟设计，使碳纤维自行车安全性更高，满足客户要求。③特殊的叠层技术，使其能制造出质量更轻，强度更高的碳纤维自行车车架及其部件。④利用碳纤维预浸料的可设计性，制造出特定造型的自行车或其部件，满足整车组装工序的特殊需求。⑤模压成型工艺，实现碳纤维自行车一体成型，无缝隙，结构强度高，产品造型美观。⑥采用高强度粘合剂进行连接和胶合固化工艺控制技术。
碳纤维自行车的制作流程：设计、裁剪、卷料、预型、成型、加工、胶合、补磨、涂装、组装等。按照碳纤维自行车主部件结构设计要求，将预浸料裁切成各种尺寸、各种角度；将裁切好的各种尺寸、各种角度的预浸料卷制到芯模上，卷制到规定尺寸后，取出芯模；将卷制好的碳纤维复合材料零部件对接，并穿入气袋。将预型好的部件半成品按工艺要求装入模具，在电热炉台上充气加压，加温固化；将成型好的部件经过加工处理，上胶插接后送到烤箱中固化；将胶合后的粗坯进行补土、喷漆、打磨。去除表面缺陷，达到表面平整光滑；贴上水标，喷漆、打蜡，然后组装成整车。
1 结构设计与材料裁剪工艺
为了确保自行车的安全性，轻量化。设计工程师依据力学原理在结构设计上采用碳纤维单向预浸布，进行合理裁剪形成0°、30°、45°、90°等纤维走向，将复杂的构件分解为每一片层逐一卷制叠成为预制件。单向预浸布的优点是强度高且稳定，叠层角度可设计，适合做碳纤维自行车的主结构，单向预浸布的叠层角度设计如图1所示。
单向预浸布经过不同的裁剪方式，可以得到不同的角度料。依据自行车各部分受力状况的不同，所使用的角度料就不一样。在车架座管端口、中变固定座处，需要用90度料来补强，增加抗压系数。
碳纤维编织预浸布，用做碳纤维自行车的外观，不仅增加了自行车结构件的强度，同时美化了碳纤维自行车的外观，显现了碳纤维织物的材料效果。
2 材料界面性能的研究
围绕碳纤维的表面改性以及配套树脂的设计和合成展开研究工作，目的是促进碳纤维与聚合物树脂基材的界面相容性，重点研究碳纤维及其改性产物与聚合物树脂复合后界面结构对材料使用性能的影响，归纳出碳纤维表面性质、碳纤维/树脂界面特性与复合材料性能三者之间的可控关系，实现碳纤维复合材料的优异性能。
3 外固内扩成型工艺
依据碳纤维预浸布树脂系统的特定要求，设计人员针对性地制定了外固内扩成型工艺，工艺控制主要是针对气压、温度和时间三个要素。在成型的过程中，随着温度和粘度的变化，物料胶化、软化、硬化。成型过程中还有一个很重要的技术要点，就是加压时间的控制。碳纤维复合材料主部件采用袋压成型法，即利用耐高温尼龙袋注入高压气体，将复合材料内的空气挤出，带动树脂的流动，使材料之间达到一定的密度，然后高温固化。因为产品的不规则性，在耐高温尼龙袋的选用时，一般会选用大于产品最大内径的规格，这样就造成在产品内径小于尼龙袋的情况下，尼龙袋会有一定的折叠。因而树脂在高温流动时，会在尼龙袋折叠的地方堆积，产生不规则的树脂块或造成纤维的不平整性。而过多的树脂堆积，不仅会增加产品的重量，而且会产生一定的应力，从而影响到产品的使用性能，我们使用EPS成型新工艺解决这一问题。利用EPS高可塑性，能制造比传统硅胶更加合理的内芯，利于产品造型的成型。预先固化的内芯，使产品内壁更加光滑、平整，减轻产品的重量，提高产品品质。在应用EPS工艺后，能利用其预先固定好的内芯型状，在贴料的过程中能保证材料的平整性，卷制的产品不易变形，从而减少因为产品变形带来的品质问题；利用预先固化好的外形，在树脂固化期间，完全避免了因为尼龙带的重叠而带来的树脂堆积，保证了产品内壁的平整性，降低了产品重量，提高了产品的品质。
4 技术措施
采用国产碳纤维，应用CAD，Pro/Engineer技术设计，ABS材料芯模，预型补料采用连续性碳纱，以保证更好的强度与刚性；使用轻克重FAW050和FAW075预浸料，结构采用图文并茂的方式，给予保证每片碳纱所贴位置更精准，从而发挥碳纱在结构中的更大优势，以节省出更多的重量空间，以达到车架等主部件更加轻量化目的。
目前，国际上碳纤维自行车的生产厂商大多集中在欧美、日本、中国台湾等发达国家及地区，如我国市场上的碳纤维自行车生产厂家主要有台湾捷安特、美国的美利达和骓驰等少数品牌，且其生产出的碳纤维自行车价格大多数都在万元以上，远远超出了普通消费者的消费能力，而国内能够自主生产碳纤维自行车的生产厂家很少。由于我公司从碳布源头开始做起，自制碳纤维编织布、预浸布来生产碳纤维自行车，产业链长，生产成本容易控制，比国内外各生产企业更具有竞争优势，该公司的发展潜力和空间很大。近两年来，公司十分重视神鹰碳纤维自行车“ZGL”自主品牌打造，加大了广告宣传力度，积极举办各种自行车赛事，参加国内国际自行车展览，提升了“ZGL”的知名度，得到了广大消费者的认可，产品有供不应求之势。研发自主品牌碳纤维自行车，极大地满足国内外体育选手和骑行爱好者对重量轻、性能好的超轻量版碳纤维自行车的迫切需求。促进我国碳纤维及其复合材料等新材料技术的发展，打破发达国家对高新技术的垄断，为我国的国计民生、国防科技的发展建设做出重大贡献。——ZGL，帮助人们实现更高品质的骑行梦想。