隨著單車運動在國內的迅速發展，很多車友有意購買，或者已經擁有碳纖維的自行車，不過還是有很多車友沒有詳細系統的了解碳纖維材料的性能，我們經常還有碰到車友問我，碳纖維車架和輪組可以用多久？強度到底可行嗎？我120斤的體重上去你們的車架會不會斷掉？ 那麼究竟什麼是碳纖維呢？他的強度到底有多好呢？今天我就帶領各位車友認識碳纖維。
我們平時所說的碳纖維車架，其實更準確地應該稱之為碳纖維複合材料車架，他是纖維增強複合材料（fiber reinforced composite materials)的一種。他是由碳纖維和環氧樹脂複合而成，在CFRP中，我們把碳纖維叫增強材料，是分散相，把樹脂叫基體基體材料，是連續相。之所 以成為高檔自行車的首選材料之一，是由它自身的力學和化學性能決定的。
他的特點：
1。比強度（強度密度比）和比模量（模量密度比）高。這就造成了製作相同強度的車架，選用CFRP(碳纖維複合材料）可以做得很輕。下面比較幾種常見結構材料的力學性能
材料 密度（g/cm3) 抗張強度（Gpa) 彈性模量（Gpa) 比強度 比模量
鋼 7.8 1.010 206 0.13 26
鋁 2.8 0.461 74 0.17 26
鈦 4.5 0.942 112 0.21 25
CFRP二 1.45 1.472 137 1.02 95
CFRP一 1.6 1.050 235 0.66 147
2。抗疲勞性好
一般金屬材料的疲勞破壞是沒有明顯徵兆的突發性破壞，而CFRP具有良好的抗疲勞性，而且破壞前有明顯的徵兆。河北山地隊有幾輛CFRP架的車就是出現了 可見裂紋，而仍保有大部分強度，這就大大提高了騎乘的安全性。原因：增強纖維較細，缺陷少。基體塑性好，可以抑制裂紋發展。當然由於屬於前沿材料，技術工 藝，品控，還不成熟，還有待實踐的檢驗
3。破損安全性好
CFRP橫截面上有成千上萬個獨立纖維，，即使有部分纖維由於過載而斷裂，載荷會迅速重新分配到未被破壞的纖維上，不至於造成構件在瞬間完全喪失承載能力而斷裂
4。減震能力強
(1)CFRP比模量大，自振頻率高，不易出現共振
(2)CFRP是一種非均質多相體系，在纖維與基體 之間存在大量界面，由於界面對震動有反射和吸收的作用，所以CFRP震動阻尼強，能使震動很快衰減
5。高溫性能良好
碳纖維可承受2000攝氏度左右高溫，而強度不變，所以CFRP整體的耐溫性取決於作為基體的環氧樹脂，各種牌號的環氧樹脂的耐熱性是不一樣的，助劑也會產生影響。CFRP的車架在這方面是不會有問題的
6。抗老化性好
有一次在北京的行如風買東西，一個店員問到這個問題。CFRP中的碳纖維在500攝氏度以上才會被空氣中的氧氧化，而且他被基體完全保護起來了。基體材料 環氧樹脂加入適當助劑抗老化性也是相當棒的，一般使用期為二十年。所以說CFRP車架會先是力學破壞，不用擔心他的化學老化
7.可設計性強
大家都知道，不多說了
嗯，手腕酸了，本來我打字就慢，很辛苦啊，這次就到這裡，下次介紹CFRP的兩種組成材料和複合工藝
纖維複合材料是由兩種或兩種以上性質不同的材料組合而成的，他的結構包括纖維，基體和界面。這三個方面都會影響CFRP的性能。CFRP中的纖維就是碳纖維，作用是承受載荷，而基體呢使用來保護纖維鋪設形態，允許纖維承受壓縮和剪切載荷，分散傳遞載荷，並保護纖維。
下面分別簡單介紹一下碳纖維，環氧樹脂，和複合工藝
碳纖維通常是用原絲燒制而成，車架的CFRP中的碳纖維多是由聚丙烯腈（PAN)燒製成。
PAN原絲（200－300攝氏度空氣預氧化）成為耐燃纖維（800－1500度惰性氣體保護下）成為碳纖維（2000－300度惰性氣體）石墨碳纖維，含碳可達百分之98，為類似石墨的層狀結晶結構
環氧樹脂（EPOXY RESIN)是指分子中含有兩個或兩個以上的環氧集團的線性有機高分子化合物。CFRP基體就是環氧樹脂與固化劑發生交聯固化而成，或自身固化而成的不溶不熔的三維網狀聚合物。環氧樹脂的品種和牌號很多，這裡就不一一介紹了
複合方法主要有預浸料法，噴射成型法，模壓成型法等。鄭州輕工業學院曾用模壓成型法造出過CFRP自行車架，臺灣巨大機械（捷安特）旗下的巨瀚科技用的是預浸料卷管法
簡單介紹巨大的工藝
將連續纖維或織物預先浸漬樹脂經一定處理後儲備用的半成品稱為預浸料。單向，雙向或三向編織物（這時可加入其他纖維如KEVLAR或鈦絲以改進性能）通過 餵絲架輸送到樹脂槽內浸漬溶液狀樹脂，然後通過乾燥箱將樹脂中的溶液烘乾，然後卷繞成卷備用。巨大採用的不是樹脂溶液，而是熔融態樹脂，成為幹法。幹法做 出的預浸料樹脂含量比較均勻，而且減小了影響CFRP層間剪切強度的隱患，只是設備比較複雜，投資較大。
預浸料完成之後進入實體成型。預浸料裁切，分料，稱重後，（一臺GIANT TCR 大概要500片形狀各異的切片糊成）負責車架各部分塑性的員工，用手將軟質的預浸料切片糊到模具上。然後各部分拼接，送加熱爐加熱固化。固化後再經過打磨 鑽孔塗裝等後期處理，一臺CFRP車架就這樣誕生了
臺灣早在70年代末就開始研究T碳纖維，私立逢甲大學與臺灣中國技術服務社觸媒研究中心是比較有代表性的單位。配套廠家也比較多，如碳纖維和環氧樹脂都形 成了一定的生產能力，碳纖維產量在亞洲僅次於日本，但質量上仍有差距。巨大的碳纖維原料依賴從日本東麗公司進口。臺灣的CFRP自行車最先是1987年巨 大機械開發的鋁合金接頭式CFRP車架，隨後在工研院的合作下，第二代一體成型CFRP車架在1993年完成，然後陸續開發第三代設計，逐漸建立自有品 牌，最高峰年產8萬輛，獨佔國際市場百分之70，由於工藝不穩定及價格原因，市場不易開拓，1997年跌至5萬輛，98年繼續下跌。
2016年東麗開發出了可提高熱硬化性CFRP（碳纖維增強樹脂基複合材料）表面平滑性的技術。採用該技術的CFRP天窗（車頂）配備在了新概念車「TEEWAVE AC1」上，該車已在2016年10月6日開幕的內部展會「東麗尖端材料展2016」上公開。而新技術在浸潤作為母材的環氧樹脂後，在衝壓前，再次向模具內注入環氧樹脂，增加表面樹脂的厚度，然後進行硬化。在脫模後，進行表面的塗裝和研磨。可以見得新的技術和材料的到來已經逐步在改變我們的生活方式。同時隨著技術進 步工藝的成熟，價格逐漸下降，碳纖維材質的自行車經受住了實際使用和市場的考驗，正逐步走近我們的生活圈.
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