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碳纤维复合材料自行车发展优势

发布时间:2017-09-25

  自行车材料的优越程度要从材料的密度、强度、弹性模量和耐腐蚀等几个方面综合考虑。 

  钢材作为自行车最久的材料,他拥有很好的弹性,成本较低,但由于密度大,易生锈,易疲劳。铝合金是目前市场上使用普遍的材料,他的重量轻,不会生锈,但弹性太差,容易疲劳,骑行的舒适感不好。镁合金的密度比铝合金要小,基本性能和铝合金差不多。钛合金的耐疲劳性比其他金属材料好,但价格高,比重却没有优势。而碳纤维复合材料强度高、弹性好、密度轻、耐腐蚀,由碳纤维复合材料生产的自行车具有以下各方面的特点: 

  1、有效降低了自行车的总重量 

  碳纤维树脂基复合材料的密度一般只有1.6。只是钢的五分之一,与铝材相比,可以减重40%左右。自行车行业内有这样一种说法,重量减轻1g,价格可提高1美元。一辆碳纤维复合材料自行车车架比铝合金车架轻四分之一。重量轻可以降低体能损耗从而提高骑行速度。 

  2、车身的总体刚性高 

  刚度好的车架有利于驱动力的转换,提高了自行车的操纵性能。碳纤维复合材料自行车的结构坚固,不容易变形。实践证明,其车架刚性不低于珞钼钢车架。 

  3、良好的抗震性 

  结构的自振频率不仅结构外形有关,还与材料的比模量平方成正比,高的自振频率能够避免了工作状态下共振引起的早期破损。据报道,对形状与尺寸相同的车架进行试验表明,铝合金车架需要9秒才能停止的振动,自振频率极高的碳纤维复合材料只需要2.5秒就可以停止,复合材料良好的阻尼性减轻了自行车的颠簸,提高了乘骑的舒适性。 

  4、安全性好 

  碳纤维复合材料中的基体是以连续相形式包围着独立存在的碳纤维,构成一种动态不确定体系,当材料受到冲撞时,当其中少量纤维发生断裂,载荷将会迅速重新分配到未断裂的纤维上,这样结构还能继续承载,使骑乘的安全性大大提高了。一般金属材料的疲劳破坏是很难观察到明显的征兆,其破坏往往是突发性破坏,而碳纤维复合材料车架具有非常好的抗疲劳性,而且破坏之前能够观察到明显的征兆。研究表明,碳纤维复合材料车架耐冲撞试验可超过百万次。 

  5、增加了结构设计的自由度 

  碳纤维复合材料具有各向异性的特点,可以利用复合材料这一特点,根据自行车在行驶时受载的方向和大小来排列和铺放纤维。复合材料制造的灵活性,有利于设计出各种造型的结构。如可按空气动力学原理设计出流线型自行车,美观而实用,容易实现最佳性价比。 

  6、良好的耐锈蚀性能 

  高分子材料耐酸、耐碱、耐工业大气的性能良好,因此碳纤维复合材料制成的自行车架有着极好的耐酸碱腐蚀性能。 

  目前国内碳纤维行业的不足 

  尽管近年来国内在碳纤维复合材料技术上取得了长足的发展,但与国外复合材料技术发展与规模化应用方面还存在很大差距,具体分析如下: 

  1、需求牵引不足。由于市场缺乏消费动力,政策配套还未健全,制造商并未从碳纤维制造高投入中获得高收益,严重制约了生产积极性,难以实现大规模产业化。 

  2、碳纤维方面的差距。虽然近年来我国碳纤维产能快速放大,但差距依然存在。与国外相比,国产原丝大多杂质含量高、质量不够稳定、离散系数大,成本还需进一步降低。 

  3、复合材料制造技术差距。满足快节拍低成本制造的相关材料和自动化装备滞后。目前国内已经有满足低成本要求的碳纤维材料、快速制造的树脂材料和配套工艺材料。国内相关材料虽然也在研发,但尚未形成标准和实现工业应用。 

  4、设计开发和试验技术落后,能力不足。目前,复合材料设计软件均来自于国外,覆盖复合材料设计、工艺仿真、力学性能分析的系列仿真软件。既懂制造又懂复材设计的人才稀缺,这些方面都需要在后续研发和应用中逐步积累和完善。 

  5、复合材料维修技术尚未全面开始研究。基于VAT技术的修补材料及修复补强技术需要进一步推广。 

  6、工业化的复合材料回收再利用技术还不成熟,尚未形成一条完整的复合材料回收利用产业链,需尽快开展碳纤维复合材料废品的循环利用技术的研发工作,提高碳纤维产品的利用效率。 

  经过国内这些年的努力,国内碳纤维的生产已经达到一个相当高的水准,国内人才储备已经日渐成熟,工业化的快节拍低成本制造已经开始,英特力新材料公司率先在行业内已经具备独立设计,独立成批量制造的能力,万事俱备,只差市场的东风。我们有理由相信碳纤维智造大时代即将来临。