【原】碳纖維車架你了解多少？它又是如何制作的？一起來(lái)看看

單車志 2020-09-02

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碳的確是一種神奇的存在，不同的組合成為不同的物質(zhì)，是祖輩生火取暖的最佳選材，還鬼使神差化身愛情的象征，如今搖身一變又成為高級(jí)材料－碳纖維，帶著人類上天入地盡情馳騁。究竟碳纖維是什么，又是怎么化成承載我們的單車??讓我們?yōu)槟憬忾_關(guān)于它的一些秘密。

神秘的碳纖維

我們所說(shuō)的碳纖維其實(shí)是以碳為主材的復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料也不是自行車車架、車圈、及碳條中唯一的材料。這是因?yàn)樘祭w維的超高剛性是有工藝前提的，當(dāng)材質(zhì)是百分之百的碳纖維復(fù)合材料時(shí)，非常易碎并且有纖維方向撕裂的傾向。為了發(fā)揮其剛性，碳纖維（布）會(huì)在進(jìn)模加工前被浸于環(huán)氧樹脂，形成一種復(fù)合材料。自行車碳纖維部分都是歷經(jīng)這樣的加工步驟出來(lái)的。樹脂會(huì)對(duì)碳布形成保持碳纖維聚在一起以及增加韌性和耐久性的關(guān)鍵作用。浸泡樹脂從而塑化后的碳纖維在遇到?jīng)_擊會(huì)吸收沖擊力和震動(dòng)，可能有所形變但不至于破裂，從而達(dá)到自行車材質(zhì)所需的完美性能。

碳纖維是一種很神奇的材質(zhì)其剛性完全與金屬不同，碳纖維制品的剛度更容易控制，剛度特性可以實(shí)現(xiàn)在單向上呈現(xiàn)，制作車架模型前，碳布的品種、強(qiáng)度、纖維方向、貼合方向都是控制車架整體性能的手段，因此它的剛性可以根據(jù)碳纖維復(fù)合材料如何調(diào)整成為一條直線或者如何放在在模具內(nèi)，進(jìn)行調(diào)整，這被稱為各向異性。金屬正好相反是各向同性，會(huì)在材料的任何軸向呈現(xiàn)同樣的強(qiáng)度和剛度性能。除了勝出各種金屬的性能外，相較于我們所熟知的其他材料它具備更輕量的優(yōu)點(diǎn)。

隨著碳纖維加工工藝的迭代和進(jìn)步，車架工程師們利用碳纖維各向異性，通過(guò)軟件程序來(lái)統(tǒng)籌組合碳布強(qiáng)度等級(jí)、浸料的量、碳纖維線股的形狀大小和排向、以及烘烤時(shí)的位置，來(lái)控制碳架或碳輪的性能。碳纖維車架就是通過(guò)這種方法，接近無(wú)限輕量化和幾何強(qiáng)度的極致平衡的，所以碳纖維部件有著永無(wú)止境的工藝空間。但是高級(jí)別碳布的價(jià)格還是不菲的，并且這些精巧的設(shè)計(jì)和程序以及所需要的人力也非常昂貴。這些都平添了碳纖維自行車的神秘之處。

▲碳布這樣軟軟的東西怎么變成堅(jiān)固明亮的碳纖維部件看此圖。

▲碳纖維部件的原材料—碳布。

碳車架的制程

碳纖維部件加工有一體烤鑄成型，也有拼接粘合成型。兩種成型方式各有優(yōu)缺利弊，但總的來(lái)說(shuō)一體成型的碳纖維車架對(duì)產(chǎn)品性能更有利，難度也更大。隨著國(guó)內(nèi)車企碳纖技術(shù)、設(shè)計(jì)和工藝的整體跟進(jìn)，碳纖車市場(chǎng)讓業(yè)界充滿期待，下面借助山東瑞豹的碳纖維產(chǎn)線流程，看看碳布是如何一步一步化身為高性能車架的。

▲全碳架完全勝任強(qiáng)度要求最高的DH，5kg總重比鋁架輕一半。

制造步驟

Step 1：首先是織紗并將碳紗制成各種規(guī)格的碳纖維復(fù)合材料，織紗的過(guò)程類似于織布，就是依照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將碳紗通過(guò)機(jī)械紡織織成各種所用的碳布原料，然后將碳布浸泡相應(yīng)的樹脂溶液然后干燥成型以固著碳布，有意思的是為了防止碳紗變形有時(shí)會(huì)用冷庫(kù)存放。

▲織碳紗，也就是碳布的胚布。

Step 2：對(duì)碳紗進(jìn)行科學(xué)裁剪，并對(duì)每片碳布詳細(xì)標(biāo)注，每個(gè)碳纖車架是由上百種不同的碳布制成，大張?zhí)疾紩?huì)先被大致切成容易操作的片狀。一部車架大概由500多塊獨(dú)立碳布拼貼而成。每個(gè)車型又需要特定種類的碳布，即使使用相同的模具，但碳纖維布用量也存在差異。

▲剪裁碳布用于拼貼各種部件。

Step 3：再次就是卷料了，也就是將裁剪好的碳纖維預(yù)浸布按照特定順序角度鋪疊在芯材上，使其初步具有車架形狀，等待下一步固化，瑞豹工廠的卷料操作是在封閉的無(wú)塵車間進(jìn)行，對(duì)環(huán)境要求十分嚴(yán)格，由于涉及到部分商業(yè)機(jī)密和技術(shù)專利，所以這里只能看到復(fù)雜工序中的一小部分。

▲把浸泡樹脂的碳紗貼在芯材上。

Step4：進(jìn)入成型階段，就是將卷制好的產(chǎn)品放置于成型模具中經(jīng)高溫?cái)D壓成型，碳纖維的模具也是技術(shù)和成本集中的環(huán)節(jié)，要保證模具與車架有相同的熱膨脹率，這對(duì)于保證車架精度有很重要的作用，尤其是對(duì)自行車的制造精度要求越來(lái)越高的今天。

▲卷料完放入模具高溫壓鑄成型。

Step5：對(duì)于不能一體成型的部分，就要通過(guò)部件之間特殊膠水粘合成型，然后通過(guò)高溫烘烤固著成完整的整體。這時(shí)，膠好的車架會(huì)被裝夾在特制的碳纖夾具上，送入固化爐中進(jìn)行固化處理，當(dāng)固化處理完成后，車架就可以從固化爐中取出，并且從夾具上取下來(lái)了。