騎車的老鳥，都知道碳車架的水很深，國產碳和國外碳，低模和高模，有關碳纖維的一切向來是自行車謠言的重災區，而眾多自行車大廠卻對碳纖維技術守口如瓶，更讓這事添了一份神秘。
昨天，終於有一家廠商決定不再傳統下去。美國單車廠商Allied Cycle Works聯合碳修復專家Raoul Luescher合作撰寫了一篇可能是有史以來最詳細的碳纖維車架揭秘文章，發布在澳洲自行車媒體Cyclingtips的網站上。
什麼是碳纖維？
碳纖維是一種聚合物，準確的說，是經過多種加熱步驟而定型為絲線狀的碳原子。 這些長絲每根直徑約5-10微米，比一般人發細10-20倍。
碳纖維細絲看起來就像人的頭髮。
這些單絲聚集在一起形成絲束，就像將幾股線搓成一根繩子那樣，一起工作的碳纖維，擁有了人們印象中的特質——輕巧、堅固。
單根碳絲束使用的細絲數量，或用大家熟悉的叫法，模量，就成了碳纖維的最常見的度量標準。例如，具有3,000根長絲的碳絲束通常被命名為3K，6000絲是6K，依此類推。模量並非越高越好，因為較高的模量意味著較高的脆性。
關鍵一點，至少在自行車行業內，描述模量的方法並不是標準化的（更像是品牌忽悠銷售者的一種策略）：一個品牌聲稱的「超高模量」材料實際上可能比另一個品牌的「低模量」碳更「軟」。和單純的模量高低相比，這些不同剛度的碳是如何應用、應用在車架的哪些部位是更重要的事情，最好的車架都會採用多種模量的碳來製造不同位置。
環氧樹脂是車架質量高低的關鍵
碳絲束在加入環氧樹脂前，還是很軟，幾乎毫無用處。向碳纖維添加樹脂可將材料轉變為複合材料，更準確的工程術語叫，碳纖維增強聚合物（CFRP）。 由於複合材料通常也是分層的，也被稱為層壓材料。
相比輕巧的碳纖維，樹脂相對笨重。 廠商在生產這類複合材料時，都希望儘可能少使用樹脂來固定碳纖維。 這裡還有教給大家一個通過樹脂含量分辨碳纖維模度的方法，較高模量的碳會發光，因為高模碳的絲束間隙小，所需填充的樹脂少，反之，低模碳因為絲束間隔大，填充樹脂多，所以光澤相對暗淡。
圖片中的碳纖維管材都使用了一種叫Innegra的增強材料，但原文圖注中沒有說明是幾K碳。
一些製造商會通過使用其他纖維類型和改性樹脂（例如灌注玻璃或碳納米管的複合環氧樹脂）來改變最終的性能特徵。 Allied使用了被稱為Innegra的增強材料，而另一些已知包括芳族聚醯胺之類的材料以增加層壓板的抗衝擊性。
為了融合碳纖維和樹脂，大多數車架廠商會將碳纖維布預浸漬在未固化的樹脂中，並冷凍儲存。這樣做有助於確保樹脂覆蓋每一個碳絲束的縫隙。
廠商在編制碳布時，有兩種方式，一種是單向編織法，所有的纖維都在一個平行的方向上運行。這種方式的優點是，在一個方向上提供了最大的強度和剛度，缺點是，其正交方向上的強度和剛度都很弱，五通、頭管、有線管鑽孔的地方都會選用單向編織的碳布。
另一種方式是交叉編織法，絲束可以以各種角度編織在一起，通常以十字交叉的方式編織在一起，使得材料可以在多個方向上同樣強壯。
巨大的平板預浸碳纖維成卷的運輸到車架工廠，在這裡被切成小塊，然後才能放入模具中。
車架設計師需要權衡廣泛的參數，如剛度與脆性，重量與耐久性，耐衝擊性，當然還有成本，確保能在最合適的部位使用最合適的碳纖維類型。
一般來說，碳車架的設計可能性是無限的，如果做得好，碳車架的壽命幾乎是無限的。
持續的改進 > 大幅的創新
設計一個碳纖維車架是個艱難、緩慢而複雜的過程。無論是材料、受力還是外觀，這些過程都很緩慢，不同的品牌之間差異也非常巨大。
這就是為什麼每隔幾年你才會看到一個品牌通過迭代和漸進式的改進來更新現有的模型，而不是重新設計已經相當精緻的產品。
Luescher解釋說，碳纖維車架的進步大部分歸結為更精益的過程控制。
「相比不斷變革的碳纖維材料科技，提升樹脂和碳纖維的融合率，仍是收益更高的做法。」
「樹脂與碳纖維結合越均勻，缺陷越少，車架結構性能越強。通過生產更加一致的複合碳纖維，才能放開設計人員的手腳，從而設計出更輕，更堅固，更耐疲勞的車架，而不需要像之前要求的那麼大的安全係數。」
有限元分析（FEA）允許能對車架進行虛擬測試。這個測試過程通常需要一年的時間。
因為實物建模很貴的，一個部件的模具就要十幾萬到幾十萬人民幣不等，所以電腦建模在這些年成了主流。
Allied產品和工程總監薩姆·皮克曼（Sam Pickman）說，「我們主要使用3D FEA分析，CFD（計算流體動力學，用於空氣動力學設計和測試）來決定如何拆分車架，使用何種材料，如何預成型，選用何種工具等等。當我們在電腦前，想的差不多了，才會把部件都3D列印出來，來看看生產裝配時會碰到哪些麻煩事。」
單體法（Monocoque Manufacturing）
單體法，是目前業界最常用的碳架製作法，有點像我們常說的一體成型。在自行車產業裡，真正的一體成型很少見，大多數都是先合成出自行車的前三角（上管、立管、下管），再將後上叉和後下叉與前三角粘結在一起，這也是Allied使用的技術。
單體法的第一步是預生產像頭管這種複雜的構件。而為了完成它，大片預浸碳版要被切割成單個的塊。
設計師根據電腦圖紙為複雜部件製作不同的預生產片。
像尾勾這種部件，也需要進行預生產。
當設計師們完成那些預生產部件的切片後，他們就會列印出來，鋪在工具機上的碳纖維板上。
一臺公路車架通常會使用了326塊獨立的預浸碳塊，而單獨前叉上還需另外再加170塊，所以碳纖維車更像是一輛「拼」起來的車。
工具機會根據設計的幾何構型進行切割。
切割完成後，預生產片會被放入單獨的模具中。例如頭管，就要先使用單獨的模具進行預生產，然後將部件移入主模具。
小的構件完成預生產後，才會輪到前叉和車架。專用的模具將會對碳纖維步進行內外衝壓，固化成我們熟悉的樣子。
現在車架的雛形出現了，下一步是打磨和上漆。
在每一個類似後上叉和後下叉的連接處，廠商一般預留一個0.5毫米的凹陷，這讓結構更加堅固，同時漆面更加平滑。
噴漆是一個更加費時費力的過程，好看的漆面絕不會是5、6層那麼少。
在自行車工廠的噴塗車間裡，顏色幾乎是無限多的，如果你還記得閃電那個塗裝車間裡有多少瓶顏料的話。
理論上，一條美國國內生產線按照順序完成上述工藝後需要24小時的勞動。實際生產中，通常是這個時間的2-3倍。
除開人工成本，單體法仍是成本最高的造碳車架方式。
每個車架在設計都需要創建特定的模具，不同尺寸的車架也需要一套自己的模具。考慮到一些廠商為每種尺寸提供12種尺寸，甚至是多種幾何尺寸，可以說其中模具的成本相當可怕了。
所以就算是Giant或Specialized這樣喜歡推陳出新的領頭羊企業，也只能是2、3年才推出一款新碳纖維車架。
有了這樣的模具成本，當沒有生產數量來平衡成本時，較小的品牌和廠商都會選擇開源的車架，這也是公模車架比大品牌車架便宜那麼多的最主要原因。
質量控制、測試以及成品
每一個成型零件在進行粘接之前都會進行全面的視覺檢查。粘結後，檢查車架是否對齊。進入塗漆過程之前檢查表面質量，最後在完成塗漆之後檢查塗裝是否完成，然後再進行裝配。 還要對車架和前叉進行了10％的剛度測試隨機抽樣。
儘管ISO認證在這個領域確實存在一些行業標準，但是大多數主要品牌都會進行額外的測試。 除了頻繁的視覺檢查之外，還要單獨稱量各個部件和子組件，以確保每個部件都有適量的樹脂注入。有時原材料也被跟蹤。
德國的Canyon甚至用X光機檢查前叉和車架。
設計、生產、製作一個碳車架是一個耗時費力的過程。
多年來，從消費者的體感而言，碳纖維車架並沒有太大變化。 然而，站在行業角度， 對於這麼一種既要安全、合規、堅固，又需要極致的輕盈的材料而言，正應了那句老話，細節決定成敗。