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自行車領(lǐng)域的材料應(yīng)用會(huì)有新突破嗎？不得不說(shuō)，這是一個(gè)老生常談卻又歷久彌新的話題，在不同的歷史時(shí)期來(lái)提問(wèn)，你會(huì)得到不一樣的答案，我們不妨來(lái)一場(chǎng)穿越時(shí)空的凝視吧。

時(shí)間回退至兩百多年前，你來(lái)到歐洲大陸，那里是自行車的發(fā)源地。但在當(dāng)時(shí)，自行車還不是你所認(rèn)知的樣子，當(dāng)然你也并不能在街上看到滿街亂竄的自行車大潮，但在西夫拉克家附近，你可以看到他在擺弄他新發(fā)明的“人形自走雙輪木馬”。

木頭時(shí)代

木頭，一種伴隨著人類社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料被運(yùn)用在他的這輛雙輪木馬上，車架、車把、車輪，你能看到的地方，幾乎都是實(shí)木打造的，如果你是一個(gè)對(duì)木頭有研究并且具有東方審美的法國(guó)貴族，你可能會(huì)向西夫拉克先生定制一輛你鐘愛(ài)的紫檀、黃花梨雙輪木馬，如果留存到現(xiàn)在說(shuō)不定可以賣出一個(gè)好價(jià)錢。

到了十九世紀(jì)初期，人們完成了初代人形自走雙輪木馬的升級(jí)改造，增加了車頭的轉(zhuǎn)向功能，一時(shí)間，歐洲大陸出現(xiàn)了大量自行車，街頭巷尾都能看到男女老少其樂(lè)融融人形自走，但在材料選擇上，依舊還是木頭的天下。此時(shí)，距離世界上第一輛商用汽車的誕生還有半個(gè)多世紀(jì)，中國(guó)正處在清朝道光皇帝治下。

十九世紀(jì)慢慢推進(jìn)，隨著歐洲科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，社會(huì)整體生產(chǎn)力提高，各種基礎(chǔ)材料開(kāi)始大規(guī)模的應(yīng)用，鐵、橡膠等材料越來(lái)越多的出現(xiàn)在日常生活中。1839年，出現(xiàn)了鐵質(zhì)車架，硬橡膠輪胎也開(kāi)始出現(xiàn)，這種實(shí)心橡膠輪胎迅速的與自行車發(fā)生融合，因?yàn)槟绢^車輪是在是太顛了，同時(shí)，踏板驅(qū)動(dòng)的出現(xiàn)，使我們終于可以將“人形自走兩輪車”的名稱改為“自行車”了，造型迥異的大小輪自行車（高輪自行車）也開(kāi)始風(fēng)靡一時(shí)。

進(jìn)入十九世紀(jì)中葉，第一次工業(yè)革命的余溫已經(jīng)褪去，歐美即將迎來(lái)第二次工業(yè)革命，蒸汽機(jī)散發(fā)的氤氳還沒(méi)消散，電氣時(shí)代和內(nèi)燃機(jī)時(shí)代即將到來(lái)，作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的成果，越來(lái)越多的先進(jìn)理念被注入到自行車這個(gè)領(lǐng)域。作為當(dāng)時(shí)提升出行效率的代步工具，自行車或許可以算是先進(jìn)生產(chǎn)力率先落地的代表，是一片藍(lán)海。在這一時(shí)期，鋼鐵、橡膠開(kāi)始成為自行車的主要材料來(lái)源，我們能看到鋼管制作的車身，其中代表的“雷諾鋼”到現(xiàn)在都沒(méi)有退出市場(chǎng)，能看到鋼絲編織的車輪，能看到橡膠輪胎的大規(guī)模應(yīng)用，為了提升效率，我們也能看到鋼制軸承、鏈條開(kāi)始出現(xiàn)在自行車身上。

到了十九世紀(jì)晚期，奔馳發(fā)明了第一輛搭載輕型內(nèi)燃機(jī)的三輪汽車，人類正式從馬車時(shí)代進(jìn)入汽車時(shí)代，但不論是馬車還是汽車，都是給有錢人準(zhǔn)備的，更為廣大的普通人民群眾所需要的出行工具依舊是自行車，但很可惜，歷史上并沒(méi)有為自行車劃分一個(gè)專屬的時(shí)代。不過(guò)作為解決社會(huì)交通效率的重要載體，自行車領(lǐng)域也享受著自己獨(dú)特的福利，為汽車所研制的輕型內(nèi)燃機(jī)被德國(guó)發(fā)明家戴姆勒改良后裝到了自行車上，形成了第一代摩托車，但由于摩托車采用了內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，提升的出行效率太大，從問(wèn)世一開(kāi)始就與自行車的自行產(chǎn)生了巨大的差異，形成了另一派分支，拋下自行車獨(dú)自美麗去了。但除了內(nèi)燃機(jī)，汽車工業(yè)發(fā)展帶來(lái)的其他福利，自行車還是欣然接受的，比如充氣橡膠輪胎、更先進(jìn)的制造工藝。同時(shí)期，中國(guó)清朝同治年間就從歐洲進(jìn)口了幾輛自行車。

其實(shí)在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，自行車就完成了長(zhǎng)達(dá)百年的國(guó)際定妝照，變成了我們所熟知的樣式：前后輪大小一致、鏈條傳動(dòng)、鋼制車身、充氣橡膠輪胎。清朝末代皇帝溥儀便是一個(gè)知名車友，他為了在故宮騎車更加方便，命人將他騎行線路上的門檻都鋸斷，但是鋸斷紫禁城門檻這事畢竟有些道德風(fēng)險(xiǎn)（特指清朝時(shí)期），所以負(fù)責(zé)辦這事的人略施一記，將門檻鋸下后改造成可拆卸式，在溥儀騎車前拆下，在溥儀騎車后裝回，既不違反祖訓(xùn)規(guī)矩（特指清朝時(shí)期），也滿足了年輕皇帝的騎行需求，可能這能算是中國(guó)有記載以來(lái)的第一條潮汐車道吧。在新中國(guó)成立后，天津飛鴿下線第一輛全國(guó)產(chǎn)自行車，自行車這一滿足廣大人民群眾基礎(chǔ)出行需求的產(chǎn)品，在隨后數(shù)十年成為千家萬(wàn)戶必不可少的“三大件”之一。

自行車到此的發(fā)展就告一段落，材料上沒(méi)有發(fā)生其他的變化，而使自行車成為我們眼中現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)自行車的樣子，還要等到二十世紀(jì)中后葉。

從某些意義上來(lái)說(shuō)，自行車并沒(méi)有完全獨(dú)立的發(fā)展，他的進(jìn)化都是與其他行業(yè)的發(fā)展緊密結(jié)合，早在最開(kāi)始的木頭時(shí)代，人形自走雙輪木車的形式就是脫胎于馬車，到了后期更是沿用了汽車等領(lǐng)域的技術(shù)成果，而到了二十世紀(jì)，自行車車身主體材料的發(fā)展，更是要與另一個(gè)領(lǐng)域緊密結(jié)合，那就是飛機(jī)。

二十世紀(jì)初期，萊特兄弟就發(fā)明了能夠讓人飛翔的飛行器，開(kāi)啟了人類航空時(shí)代的大門，但你可能不知道，萊特兄弟以前是干什么的。他們的本行就是自行車，多么神奇又巧妙的緣分，他們可能沒(méi)有想過(guò)，在幾十年后，他們所發(fā)明的飛行器演化為真正意義上的飛機(jī)，竟然能引領(lǐng)自行車甚至是整個(gè)世界發(fā)生翻天覆地的改變。

人們?yōu)榱私鉀Q飛機(jī)的重量問(wèn)題，人們開(kāi)始研究替代鋼鐵的基礎(chǔ)材料，這個(gè)時(shí)候，以鋁為基礎(chǔ)的合金材料開(kāi)始快速發(fā)展，人類接觸鋁合金的歷史只有短短的一百年，但時(shí)至今日，鋁合金已經(jīng)成為運(yùn)用廣泛的基礎(chǔ)材料之一。這種輕金屬材料具有密度低、力學(xué)性能佳、加工性能好、無(wú)毒、易回收、導(dǎo)電性、傳熱性及抗腐蝕性能優(yōu)良等特點(diǎn)，媲美高合成鋼的強(qiáng)度，但重量卻大幅降低，通過(guò)不同的處理工藝，能夠達(dá)到不同的使用要求，是一種應(yīng)用范圍廣泛的新型材料。

二十世紀(jì)中葉，美國(guó)鋁業(yè)發(fā)明了6063合金與7075合金，看到這個(gè)標(biāo)號(hào)是不是很眼熟，我們現(xiàn)在自行車上的鋁合金制品，大多來(lái)自6061和7075，不同的標(biāo)號(hào)代表合金內(nèi)部不同比例的合金元素。比如我最近體驗(yàn)的電助力山地車，車架就來(lái)自6061鋁合金，除了鋁作為基礎(chǔ)材料外，添加了鎂和硅元素，具有耐腐蝕、中等強(qiáng)度、可焊接、韌性高及加工后不變形、材料致密無(wú)缺陷及易于拋光、上色膜容易、氧化效果極佳等優(yōu)良特點(diǎn)。6061、6069等標(biāo)號(hào)的鋁合金材料廣泛運(yùn)用于自行車各部件，很多人口中的“6系鋁”，說(shuō)的就是這種合金。

7075合金是一種冷處理鍛壓合金，強(qiáng)度遠(yuǎn)高于軟鋼，也是商用最強(qiáng)力合金之一，7075、7050等標(biāo)號(hào)的鋁合金材料一般運(yùn)用于高端車把、把立等部位。

在七十年代，鋁合金車架就逐漸替代傳統(tǒng)鋼管車架，成為職業(yè)賽場(chǎng)上的主流材質(zhì)。但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)，車架普遍保持了鋼架時(shí)代的平直、纖細(xì)風(fēng)格，并沒(méi)有像現(xiàn)在這樣造型夸張的異型管設(shè)計(jì)，直到1995年，成立于1995年的Cervelo是公認(rèn)第一家“把圓管拍扁”的品牌，這時(shí)候，人們已經(jīng)在航空、航天等領(lǐng)域總結(jié)了空氣動(dòng)力學(xué)這個(gè)新鮮學(xué)科的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并開(kāi)始應(yīng)用在自行車領(lǐng)域。水滴形管型的出現(xiàn)，為自行車帶來(lái)了新的活力，但卻也帶來(lái)了新的問(wèn)題，相比于圓管造型，水滴形等異形車架在重量上并不太理想。因此在鋁合金的處理方面，不同的廠家都會(huì)有針對(duì)性的做一些調(diào)整，在剛性、重量、成本間找到各自的平衡點(diǎn)，形成自家獨(dú)有的特點(diǎn)，比如閃電的E5鋁合金、崔克的Alpha鋁合金、捷安特的ALUXX SL鋁合金、BMC的TCC鋁合金、美利達(dá)的HFS鋁合金以及佳能戴爾著名的CAAD鋁合金等等。1999年，捷安特初代TCR在環(huán)法中亮相，首次采用的壓縮車架設(shè)計(jì)也為鋁合金這種材料的應(yīng)用開(kāi)啟另一扇窗。

在鋁合金車架快速發(fā)展的時(shí)候，還短暫出現(xiàn)了鎂合金車架，從材料上來(lái)說(shuō)，鎂合金的比重要比鋁合金輕，加工性也不亞于鋁合金，理論上可以制造出更為輕量化的金屬車架，很多商家宣傳鎂合金車架更輕、更高級(jí)，但事實(shí)上是這樣嗎？由于鎂合金的密度比鋁合金要低，楊氏模量也要低于鋁合金，所以如果要保證同等強(qiáng)度，就要加大管徑或增厚管壁，里外里算下來(lái)和鋁合金車架沒(méi)有什么明顯差距，所以這種鎂合金材料如曇花一現(xiàn)，暫時(shí)退出了自行車車架的領(lǐng)域。不過(guò)現(xiàn)在，你依舊可以在“某寶神車”上看到鎂合金的身影。

與6063、7075合金幾乎同時(shí)出現(xiàn)的，還有一種特別的合金，這也是很多車友們心心念念的另一種材料——鈦合金。為解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，這種高強(qiáng)度、耐高溫、抗腐蝕的鈦合金被美國(guó)研發(fā)，但直到現(xiàn)在，由于這種材料的工藝性能差，僅在航空航天、軍工以及需要高度耐腐蝕的行業(yè)中廣泛使用。成為自行車車架的主體材料時(shí)間較晚，一直以來(lái)都屬于小眾類別，如果你接觸自行車足夠久，你應(yīng)該還記得早年間的鈦合金自行車不但沒(méi)有涂裝，造型也比較樸素，出現(xiàn)個(gè)麻花車架就算是重大創(chuàng)新了，相比普通的鋁合金產(chǎn)品，鈦合金產(chǎn)品售價(jià)也非常昂貴，無(wú)疑自帶一種“高貴”的光環(huán)，這也是為什么現(xiàn)如今鈦合金車架成為一種“情懷”的代表。

但鈦合金材料在自行車領(lǐng)域還是有種生不逢時(shí)的感覺(jué)，最開(kāi)始，人們可能認(rèn)為在金屬車架中，鈦合金車架的性能要優(yōu)于鋁合金，加之他的處理工藝更為復(fù)雜，產(chǎn)量更低，因此售價(jià)也與鋁合金車架拉開(kāi)了較大差距，但不怕不懂貨，就怕貨比貨，隨著另一種材料的興起，鈦合金車架還沒(méi)享受幾天王者待遇，就退居二線了。

同樣在二十世紀(jì)五十年代，也是為了航空、航天、軍事領(lǐng)域?qū)で笠环N高模量、高強(qiáng)度、高耐熱材料，人們?cè)趷?ài)迪生發(fā)明的纖維素纖維的基礎(chǔ)上，研制出了碳纖維。當(dāng)時(shí)正值二戰(zhàn)結(jié)束，冷戰(zhàn)開(kāi)始，美蘇兩大超級(jí)大國(guó)開(kāi)始“軍備競(jìng)賽”，雖然這段時(shí)間是人類歷史上較為灰暗的時(shí)期，但直接推動(dòng)了基礎(chǔ)材料的快速發(fā)展，在隨后的幾十年內(nèi)，美國(guó)、日本在碳纖維領(lǐng)域開(kāi)始長(zhǎng)跑。我們現(xiàn)在提到碳纖維就會(huì)提到的東麗，成立于1926年，在1969年開(kāi)始就生產(chǎn)出了高性能聚丙烯腈基碳纖維，直到現(xiàn)在都領(lǐng)先市場(chǎng)。

但碳纖維在當(dāng)年屬于妥妥的“高精尖”產(chǎn)品，受產(chǎn)量限制，大多數(shù)用于軍工航天，在一般行業(yè)和民用市場(chǎng)應(yīng)用較少，這種情況一直持續(xù)到了二十世紀(jì)八、九十年代。按照能考證到的歷史，1986年法國(guó)品牌LOOK推出了第一臺(tái)碳纖維自行車LOOK KG86（環(huán)法特別版），為自行車的碳纖維化拉開(kāi)了序幕，那時(shí)距離蘇聯(lián)解體還有五年，我國(guó)第二汽車制造廠才剛剛在湖北十堰建成投產(chǎn)。

雖然碳纖維車架在80年代就已經(jīng)出現(xiàn)在環(huán)法賽場(chǎng)，但直到90年代初期，大部分職業(yè)車手還是選用了鋁合金車架配合碳纖維前叉的組合形式。

隨著碳纖維車架制作工藝的不斷完善，盡管鋁合金車架涌現(xiàn)出譬如CAAD系列等優(yōu)秀產(chǎn)品，但在職業(yè)賽場(chǎng)尤其是在環(huán)法這種頂級(jí)賽事上，鋁合金車架被性能更優(yōu)的碳纖維材料替代只是時(shí)間問(wèn)題。

碳纖維在自行車領(lǐng)域，同樣長(zhǎng)時(shí)間被歐美壟斷，在工藝、形制上也經(jīng)歷過(guò)不同的發(fā)展階段，早期人們將碳纖維管拼接做成車架，這種套管結(jié)構(gòu)碳纖維可以在一體成型技術(shù)尚不完善時(shí)提供一種相對(duì)方便的解決方案，但面對(duì)競(jìng)技賽事，一體成型工藝的發(fā)展，才真正賦予碳纖維材料車架真正的生命。在技術(shù)不斷完善的時(shí)期，我們也能看到諸如“碳包鋁”、后叉為碳纖維而前三角為鋁合金材質(zhì)的“半碳車架”等過(guò)渡產(chǎn)品，但最終因?yàn)橹亓俊⒛途眯缘葐?wèn)題，被全碳纖維材料取代。

隨著對(duì)材料等深入理解，人們發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)不同模量不同規(guī)格的碳布進(jìn)行排列組合、優(yōu)化環(huán)氧樹(shù)脂配方，車架設(shè)計(jì)師可以在性能、重量、強(qiáng)度、成本等方面找到不同的設(shè)計(jì)方案，而隨著模具制造、加工技術(shù)的發(fā)展，碳纖維車架也可以滿足更多樣的外部形態(tài)，相比于傳統(tǒng)金屬材質(zhì)，可以降低重量、優(yōu)化風(fēng)阻、滿足強(qiáng)度等更多樣性、更細(xì)微的要求。

在新千年后，碳纖維在一定程度上徹底取代了鋁合金等金屬合金，成為頂級(jí)自行車車架主要的材料。

又一個(gè)二十年過(guò)去了，碳纖維車架在設(shè)計(jì)理念、制作工藝已經(jīng)相對(duì)完善，除了代表最新技術(shù)的頂級(jí)產(chǎn)品，中高端碳纖維制品的售價(jià)也不再是遙不可及。從前些年“干他一半”，到現(xiàn)在的“入門碳”，碳纖維材料可以稱得上是走入尋常百姓家。而傳統(tǒng)金屬材料車架，則走向兩個(gè)發(fā)展方向，其一是入門化低端化，在民用車上大放異彩，比如成本低廉的傳統(tǒng)鉻鉬鋼、高碳鋼、入門級(jí)別的鋁合金，在通勤、入門健身領(lǐng)域依舊占有舉足輕重的地位。另一個(gè)方向上高端化、情懷化，譬如采用“鴿子”鋼管的復(fù)古車型、性能接近碳纖維但價(jià)格更實(shí)惠的運(yùn)動(dòng)車型，或是走高端定制的鈦合金手工車架。

而除了車架外，自行車的其他零部件，同樣也經(jīng)歷了一代又一代的材料變革，以輪組為例，從早期的木輪組、鋼絲輪組到近現(xiàn)代的鋼輪組、鋁合金輪組、碳纖維輪組，我們同樣可以看到不同時(shí)間段社會(huì)基礎(chǔ)材料變化帶來(lái)的前沿變革。在前幾年石墨烯材料被發(fā)現(xiàn)后，馬上就有品牌將石墨烯與外胎結(jié)合，推出對(duì)應(yīng)產(chǎn)品。不難看出，自行車材料應(yīng)用離不開(kāi)先進(jìn)工業(yè)的發(fā)展，也離不開(kāi)現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步。

未來(lái)新突破

要預(yù)測(cè)自行車領(lǐng)域的材料應(yīng)用新突破，我們不妨看看近些年哪些領(lǐng)域的材料應(yīng)用有新突破。

根據(jù)國(guó)家十四五報(bào)告以及重點(diǎn)新材料首批應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄，目前相對(duì)前沿的材料主要以硅材料和碳材料為主，其中包含半導(dǎo)體、高分子、原子能、生物工程、納米、石墨烯、超導(dǎo)材料、特種塑料、自修復(fù)材料、液態(tài)金屬、記憶合金、3D材料、特種玻璃、特種陶瓷、稀土永磁等等，主要集中于軍工、電子通信、芯片半導(dǎo)體、新能源等等領(lǐng)域。其中高性能纖維及復(fù)合材料、納米材料、3D打印材料、新型能源材料等等先進(jìn)材料的發(fā)展可能會(huì)在未來(lái)對(duì)自行車領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。

以3D打印為例，在1986年，美國(guó)科學(xué)家就開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)商業(yè)3D打印機(jī)，2010年美國(guó)打造出第一輛3D打印騎車Urbee，2011年南安普頓大學(xué)開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)3D打印飛機(jī)，2012年蘇格蘭科學(xué)家首次打印出人造肝臟組織，2013年美國(guó)3D打印金屬手槍，在2015年，國(guó)務(wù)院召開(kāi)專題講座討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印等問(wèn)題。

3D打印也在發(fā)展早期就與自行車領(lǐng)域相融合，2013年，捷安特推出了3D打印的自行車坐墊，將尼龍材料粉碎后支撐坐墊表層，2014年，英國(guó)兩家公司攜手打造出首款3D打印鈦合金車架，使用了一臺(tái)大功率鐿光纖激光器選擇性地把鈦合金粉末顆粒融合在一起，然后這些融合起來(lái)的鈦合金層按照實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)好的模型打印出車架來(lái)。2015年，采用可降解PLA材質(zhì)的3D打印自行車獲得當(dāng)年歐洲自行車展金獎(jiǎng)。2016年，荷蘭大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用弧焊技術(shù)3D打造了不銹鋼自行車。同年，打造出首款3D打印鈦合金車架的其中一家英國(guó)公司又拉上另外兩個(gè)伙伴打造出3D打印鈦碳山地車，并支持定制幾何。一時(shí)間仿佛全世界都在用3D打印鈦合金自行車。天空車隊(duì)更是一步到位，在計(jì)時(shí)車Pinarello Bolide上搭載了根據(jù)車手幾何定制的3D打印休息把，如果你仔細(xì)看計(jì)時(shí)賽或是器材盛宴系列文章，你能看到天空隊(duì)車的計(jì)時(shí)車車把都是眉飛色舞奇形怪狀的。2016、2017年，CeramicSpeed分別推出了兩款3D打印鈦合金導(dǎo)輪。2018年，3D打印頭盔Hexo問(wèn)世，采用了聚酰胺11材料，據(jù)說(shuō)緩沖效果比傳統(tǒng)EPS發(fā)泡材料要強(qiáng)68%。

2019年，閃電發(fā)布S-Works Power Mirror 3D打印坐墊，雖然看起很高級(jí)，但洞洞坐墊在雨騎之后很難清理。同年，F(xiàn)izik也發(fā)布了3D打印坐墊�？梢钥吹剑�在面對(duì)3D打印這一新技術(shù)時(shí)，自行車行業(yè)的大廠都是從坐墊、車把這些小零件開(kāi)始玩起的，沒(méi)有個(gè)人團(tuán)隊(duì)或小公司那么激進(jìn)，這意味著此刻大廠可能還沒(méi)有開(kāi)始真正發(fā)力，不知道還在研究什么大招。

根據(jù)現(xiàn)有的發(fā)展現(xiàn)狀不難預(yù)測(cè)，依托3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，未來(lái)很可能會(huì)在輕型材料、高度定制這兩個(gè)方向發(fā)展，屆時(shí)，我們或許能看到更多改變我們騎行生活的產(chǎn)品。

未來(lái)往往轉(zhuǎn)眼即來(lái)，我們需要做的，是準(zhǔn)備好包容的胸懷與開(kāi)闊的視野，說(shuō)不定明天，我們所期待的未來(lái)就會(huì)到來(lái)。

責(zé)任編輯：KzMe