各位車友們一定有過對各種車架材質的種種疑問,並感到很好奇,及發出不同的疑問,到底是鋁合金好 ?還是碳纖維好 ? 或是Cr-Mo鉻鉬合金好 ?還是鈦合金好 ?
其實這是一個見仁見智的問題,有人喜歡傳統,就堅持用鉻鉬合金車架 (就是一般人稱為鋼管車架) ,他就會有一篇偉大的讚嘆之詞.有人喜歡科技產品,他就喜歡用碳纖維或是鋁合金加碳纖維車架,並且為它材料特性辯護。
其實材料的選擇只不過是商業手法的運用,及適應時代潮流的趨勢而已,這是材料科技工業上不得不進步的動力,畢竟輕量化是時代潮流的趨勢,是消費者追求的葵花寶典,但是要記得,真正決定消費者一切的是單價上的考量和其適用性而已。
以下是筆者個人多年經驗累積下來的各項參考比較,或許可以幫助各位車友選擇到自己的心愛車種,又可以有自己想要的材質表現。
一般來說騎車的人應選擇適合的騎乘項目,如長距離,短距離,林道,或是競賽… 等等,另外還應該有下列的基本要求:
車架舒適度 ( Comfort 也可比喻成吸震度 )
車架堅硬度 ( Stiffness )
車架反應度 ( Responsiveness )
車架操控性 ( Handling )
車架穩定性 ( Stability )
車架力量傳導度 ( Power transmission )
當然啦 !上述的參考比較也必須和騎乘的距離,車子的幾何角度,車子的重量,和管材的造型,有相對的考量和比較,並不是以單一材質和管徑就可以說明一切的。
以公路車為例 :
鋁合金 #7000系列材質 級數 適合騎乘距離
車架舒適度 **** 中長程距離
車架堅硬度 *** 中長程距離
車架反應度 **** 全距離
車架操控性 **** 全距離
車架穩定性 ***** 全距離
車架力量傳導度 **** 全距離
鉻鉬合金材質 級數 適合騎乘距離
車架舒適度 **** 中長程距離
車架堅硬度 **** 全距離
車架反應度 *** 全距離
車架操控性 **** 全距離
車架穩定性 **** 全距離
車架力量傳導度 **** 全距離
碳纖維材質(非一體成型車架,即接頭式) 級數 適合騎乘距離
車架舒適度 *** 中程距離以下
車架堅硬度 ****** 中長程距離
車架反應度 ***** 全距離
車架操控性 **** 全距離
車架穩定性 ***** 全距離
車架力量傳導度 ***** 全距離(短距離特佳)
碳纖維材質(一體成型車架) 級數 適合騎乘距離
車架舒適度 ***** 全距離
車架堅硬度 ***** 全距離
車架反應度 ***** 全距離
車架操控性 ****** 全距離
車架穩定性 ****** 全距離
車架力量傳導度 ***** 全距離
鈦合金材質 級數 適合騎乘距離
車架舒適度 **** 中長程距離
車架堅硬度 *** 中長程距離
車架反應度 **** 全距離
車架操控性 **** 全距離
車架穩定性 *** 全距離
車架力量傳導度 *** 全距離
登山車的比較只能以單避震車去比較了,其結果同公路車沒有很大差別,只是必須考量有前避震器及超大管徑帶來之不同效應而已,另外還須注意的是登山車的幾何角度和公路車是完全不同的,其影響效應也是不同的。
希望藉由上述經驗可讓大家有一個明確的車架選購方向,及導引各位一個觀念性的材料思維方向,並且希望各位可以實際的去體會不同材質帶來的不同騎乘樂趣喔。
2007年7月24日 星期二
自行車管材差異探討討
、鋼(Steel)
鋼分為：
碳鋼、鉬鉻鋼及雷諾斯853等三種規格的鋼材,相較三種金屬車架材質鋼有最大的剛性（鋼：29000Ksi、鋁：10500Ksi、鈦：15250Ksi），鋼的金屬疲勞強度是鋁的4倍、比鈦高63﹪，但鋼的種種優勢都敵不過一個自身的缺點---重量！鋼在重量佔不到半點優勢，所以比賽用車很少有鋼製的！
騎乘感：
以個人而言，絕不會選擇碳鋼車架去騎土石路面，因為它實在太重也太硬了。相較於碳鋼，鉬鉻鋼是一種比較輕的選擇。到現在還有許多比賽用車使用鉬鉻鋼車架，而大部分的入門登山車使用的也是鉬鉻鋼。雷諾斯853可能是鋼製車架中最好的鋼材，它比鉬鉻鋼輕和有彈性(較適中的硬度)。
價錢：
便宜（1000~3000左右）。
加工難易度：
簡易(常被用於一般童車或交通車款)。
如何保養：
禁不起海水或帶有腐蝕性的海風侵蝕，盡量避免放置在空氣中有高濃度鹽分的地方（鋼製車架的通性也是弱點）。
二、鋁(Aluminium)
補充：目前材質型號有：鋁及鋁合金系列：2014, 2024, 6061, 6063, 6082,7005,7046,7075（7075並不適合用於焊接,所以一般都做鍛造）, 7079, 7178
如同鋼材一般，鋁也有其種類。通當鋁材是一種合金，被賦予一個編號例如：6061、7005、7075……。車架製造商在鋁合金材料中加入其他金屬，以達到在不損及鋼性下，重量更輕的目的，例如：Specialized的Metal Matrix、Giant的Cu92和TREK的zirconium。鋁合金車架的鋼性比鋼製車架略低，可能接近雷諾斯853。因為便宜與相對容易製造(和鈦及碳纖維相比較)，目前大部分的車架都是鋁某合金質料的。
騎乘感：
較易被入門騎士所掌握，且有著比鋼製車架更好的吸震性。如果有人喜歡長距離的騎乘旅行，在鋼性的加權考量上，鋼及鋁合金車架將是首選。
價錢：
貴（8000~~50000左右）。
加工難易度：
中等，其技術有液壓成型(Fluid Form)、超薄抽管(Aluxx SL)，以上技術都是來自於巨大機械（Giant）；此鋁製車架常用於登山車（XC）、下坡車（DH）、特技車（BMX）。
液壓成型：
在2003年裡，GIANT的液壓成型科技使用一種更新的”Fluid Form”技術，利用高壓油注入管內成型我們的鋁合金管件。製造出來的車管比標準的圓形車管或鋁板成形車架更具強度及美感！液壓成型科技是一種能以單一程序製出複雜外型的全新生產技術；特殊的流線車架是傳統成型技術完全無法達到的。這個技術也使得GIANT的設計師們能無限制地重新塑造自行車的車管設計。液壓成型的車架同時也更具硬度。使用(GIANT的ALUXX及ALUXX SL Super Light)鋁合金車架已比一般標準的強度更高出18%，而液壓成型過程則更進一步地強化車架防止車架龜裂及金屬疲勞的問題。成型過程中壓縮車管的強大壓力，使得鋁合金分子更緊結成高密度的結構，更能防止裂痕的問題。
超薄抽管：
就是把管壁粗的鋁館利用機器抽成較細的鋁館，工程師長久以來遵守著一項定律，那就是在受到彎 曲或扭力時，在達到完全的理論強度之前，如果管壁厚度比它直徑的1/50還小，會有崩潰的危險。基於上述的考量，為符合1/50的標準，鋁材乃憑其輕量的優點，成為超大直徑管材的唯一考慮。超大直徑鋁管的扭力效率是鋼材的2.5倍，也幾乎是鈦合金材料的1.5倍。
如何保養：
基本上跟鋼製車架一樣也是要注意別接近海水或有鹽分的地方,淋到水一定要馬上拭乾,但是鋁製車架較不容易像鋼製車架容易生鏽。
三 、鈦(Titanium)
騎乘感：與鋼和鋁兩種材料相較之下，鈦比較輕也比較有彈性。使用鈦 製車架騎乘在粗糙不平的地域時，比較容易感受到車架的Q度而重量級的騎乘者可以更有效的傳輸踩踏力量。鈦合金車架並不適合用在長途旅行，因為它太有彈性了，誇張點形容，您會好像騎在一條蛇上，並且喪失很大的操控性。
價錢：
CP（純鈦）極高、6Al-4V極高、3Al-2.5V高（十萬以上）
加工難易度：
因為鈦金屬必須在封閉的容器中銲接，使得它的加工成本比較高再加上鈦本身提煉相當耗費資源所以價格一直居高不下，雖然如此鈦還是有一個非常優越的地方---絕不生鏽（再沒上漆的情況下），因此鈦合金車架別名稱為“Frame for life！”
如何保養：
一個銲接良好的鈦車架，可以使用個四五十年不會壞，又因為鈦合金車架絕不生鏽所以幾乎不用保養，隨時保持車體乾淨就OK了!
四、碳纖維(Carbon Fiber)
碳纖維是最新的材料，但不是最少被提及的材料，碳纖維車架總是比鋼或鋁車架來得貴，主要是其加工成本高(雖然還是很貴，但價錢硬是差了鈦合金一大截,是較好的選擇)。
騎乘感：
碳纖維和鈦一樣具有良好的彈性，車架感覺也比較Q，但它的回彈沒鈦那麼快，碳纖維車架非常適合在粗糙路面騎乘，而某些碳纖維車架的外觀經過特別設計，在不放棄Q感下提供更好的力量傳導。
價錢：
高（需40000以上）；因為其構想、設計、加工、成型、粘合、完成等步驟都需密集的勞力與資本，像是TREK為了組裝一款能改變車架角度的OCLV而更新設備就要花上一百萬美金，這也是OCLV車架問世多年而差異不大的原因。
加工難易度：
碳纖維乃是石墨纖維（約65﹪）注入環氧又具黏性的模型（約35﹪）所製成的；碳纖維對於縱向力的抵抗性很強，但容易受側向力影響，所以必須以不同的花樣、曲度，或切成片狀來訂做材料。Giant就研發出UD壓條（UD layers）的設計 GIANT複合碳纖維產品使用單向疊層技術，讓最輕的重量能獲得最大的強度及硬度。碳纖維在樹酯氧化物中以相同的方向排列形成了單向疊層；這些壓層再依車架的各部位造出不同的厚度，例如，在車頭管就比上管中間的使用更多壓層。
這些UD壓層也可以不同的角度來排列，以提供車管各角度的強度，這都是依車架上各部位不同而改變。Air Bladder One-Piece Monocoque Frame Production：
GIANT用於碳纖維車架上應用最新的氣囊球技術，生產出更具強度及更具造型的單體設計。 GCT壓層精確地依據車架設計的厚度與結構形成；車架被置於特殊設計有氣囊球的模具內；這個氣囊球是於高溫製程中利用高壓充氣將複合材料緊密附於模具上，生產出來的就是一體成型且緊密無氣囊的單體結構車架。減少分子結合的需要有助於GCT單體構造車架的強度及外觀。
如何保養：
四五十年之久。通常碳纖維有它的耐用保固年限，這是買碳纖維車架時不能用不了忽略的。值得注意的是，在如阿拉斯加般酷寒的天氣下騎碳纖維車，必須小心提防車架斷裂。碳纖維不會腐蝕，但表漆刮落將影響車架的強度。
5、結論：
我們一致覺得碳纖維乃是未來自行車架材質明日之星，因為它夠輕，且造型特殊而相較之下鈦合金比碳纖維重還比碳纖維貴，又因其能適應粗操路面，所以其運用方面可包括越野登山和公路競速，可謂多功能之材質，但碳纖維必須注意一點---保養!要是有掉漆的情形要盡快想辦法補救，否則到時候連亡羊補牢的機會都沒有!至於鈦合金則因有著優良的踩踏力量傳輸率而備受喜愛，而且能負荷起比鋁合金和碳纖維更重的騎乘者，但其市場能見度低是因為加工成本遠比其他材質高加上操控性沒前述材質優良所以稀少!鋁合金則為目前市場中中價位車種車架之寵兒，因為加工方便、方法多：(Giant的液壓成型、超薄抽管技術、CNC切割……)、搭配性高、維修、保養方便，能讓入門者快速掌控車子的一切狀況！鋼製車架現在幾乎沒人使用，除了一般的通勤車、交通車之外，比賽用車不會用鋼製車架，因為比賽用車講求輕量化，而一般車子只講求運轉順暢別無所求，所以鋼製車架大部分都出現在低價車上！
7、參考自：
http://trongman.com.tw/bike/column/chooseframe.html
http://www.wheelgiant.com.tw/Bmu/ch/html/bmu_62/BMUCH620707.HTM
http://www.giantbicycle.com.tw
參考書：單車誌Cycling Update第五期P72~P77
鋼分為：
碳鋼、鉬鉻鋼及雷諾斯853等三種規格的鋼材,相較三種金屬車架材質鋼有最大的剛性（鋼：29000Ksi、鋁：10500Ksi、鈦：15250Ksi），鋼的金屬疲勞強度是鋁的4倍、比鈦高63﹪，但鋼的種種優勢都敵不過一個自身的缺點---重量！鋼在重量佔不到半點優勢，所以比賽用車很少有鋼製的！
騎乘感：
以個人而言，絕不會選擇碳鋼車架去騎土石路面，因為它實在太重也太硬了。相較於碳鋼，鉬鉻鋼是一種比較輕的選擇。到現在還有許多比賽用車使用鉬鉻鋼車架，而大部分的入門登山車使用的也是鉬鉻鋼。雷諾斯853可能是鋼製車架中最好的鋼材，它比鉬鉻鋼輕和有彈性(較適中的硬度)。
價錢：
便宜（1000~3000左右）。
加工難易度：
簡易(常被用於一般童車或交通車款)。
如何保養：
禁不起海水或帶有腐蝕性的海風侵蝕，盡量避免放置在空氣中有高濃度鹽分的地方（鋼製車架的通性也是弱點）。
二、鋁(Aluminium)
補充：目前材質型號有：鋁及鋁合金系列：2014, 2024, 6061, 6063, 6082,7005,7046,7075（7075並不適合用於焊接,所以一般都做鍛造）, 7079, 7178
如同鋼材一般，鋁也有其種類。通當鋁材是一種合金，被賦予一個編號例如：6061、7005、7075……。車架製造商在鋁合金材料中加入其他金屬，以達到在不損及鋼性下，重量更輕的目的，例如：Specialized的Metal Matrix、Giant的Cu92和TREK的zirconium。鋁合金車架的鋼性比鋼製車架略低，可能接近雷諾斯853。因為便宜與相對容易製造(和鈦及碳纖維相比較)，目前大部分的車架都是鋁某合金質料的。
騎乘感：
較易被入門騎士所掌握，且有著比鋼製車架更好的吸震性。如果有人喜歡長距離的騎乘旅行，在鋼性的加權考量上，鋼及鋁合金車架將是首選。
價錢：
貴（8000~~50000左右）。
加工難易度：
中等，其技術有液壓成型(Fluid Form)、超薄抽管(Aluxx SL)，以上技術都是來自於巨大機械（Giant）；此鋁製車架常用於登山車（XC）、下坡車（DH）、特技車（BMX）。
液壓成型：
在2003年裡，GIANT的液壓成型科技使用一種更新的”Fluid Form”技術，利用高壓油注入管內成型我們的鋁合金管件。製造出來的車管比標準的圓形車管或鋁板成形車架更具強度及美感！液壓成型科技是一種能以單一程序製出複雜外型的全新生產技術；特殊的流線車架是傳統成型技術完全無法達到的。這個技術也使得GIANT的設計師們能無限制地重新塑造自行車的車管設計。液壓成型的車架同時也更具硬度。使用(GIANT的ALUXX及ALUXX SL Super Light)鋁合金車架已比一般標準的強度更高出18%，而液壓成型過程則更進一步地強化車架防止車架龜裂及金屬疲勞的問題。成型過程中壓縮車管的強大壓力，使得鋁合金分子更緊結成高密度的結構，更能防止裂痕的問題。
超薄抽管：
就是把管壁粗的鋁館利用機器抽成較細的鋁館，工程師長久以來遵守著一項定律，那就是在受到彎 曲或扭力時，在達到完全的理論強度之前，如果管壁厚度比它直徑的1/50還小，會有崩潰的危險。基於上述的考量，為符合1/50的標準，鋁材乃憑其輕量的優點，成為超大直徑管材的唯一考慮。超大直徑鋁管的扭力效率是鋼材的2.5倍，也幾乎是鈦合金材料的1.5倍。
如何保養：
基本上跟鋼製車架一樣也是要注意別接近海水或有鹽分的地方,淋到水一定要馬上拭乾,但是鋁製車架較不容易像鋼製車架容易生鏽。
三 、鈦(Titanium)
騎乘感：與鋼和鋁兩種材料相較之下，鈦比較輕也比較有彈性。使用鈦 製車架騎乘在粗糙不平的地域時，比較容易感受到車架的Q度而重量級的騎乘者可以更有效的傳輸踩踏力量。鈦合金車架並不適合用在長途旅行，因為它太有彈性了，誇張點形容，您會好像騎在一條蛇上，並且喪失很大的操控性。
價錢：
CP（純鈦）極高、6Al-4V極高、3Al-2.5V高（十萬以上）
加工難易度：
因為鈦金屬必須在封閉的容器中銲接，使得它的加工成本比較高再加上鈦本身提煉相當耗費資源所以價格一直居高不下，雖然如此鈦還是有一個非常優越的地方---絕不生鏽（再沒上漆的情況下），因此鈦合金車架別名稱為“Frame for life！”
如何保養：
一個銲接良好的鈦車架，可以使用個四五十年不會壞，又因為鈦合金車架絕不生鏽所以幾乎不用保養，隨時保持車體乾淨就OK了!
四、碳纖維(Carbon Fiber)
碳纖維是最新的材料，但不是最少被提及的材料，碳纖維車架總是比鋼或鋁車架來得貴，主要是其加工成本高(雖然還是很貴，但價錢硬是差了鈦合金一大截,是較好的選擇)。
騎乘感：
碳纖維和鈦一樣具有良好的彈性，車架感覺也比較Q，但它的回彈沒鈦那麼快，碳纖維車架非常適合在粗糙路面騎乘，而某些碳纖維車架的外觀經過特別設計，在不放棄Q感下提供更好的力量傳導。
價錢：
高（需40000以上）；因為其構想、設計、加工、成型、粘合、完成等步驟都需密集的勞力與資本，像是TREK為了組裝一款能改變車架角度的OCLV而更新設備就要花上一百萬美金，這也是OCLV車架問世多年而差異不大的原因。
加工難易度：
碳纖維乃是石墨纖維（約65﹪）注入環氧又具黏性的模型（約35﹪）所製成的；碳纖維對於縱向力的抵抗性很強，但容易受側向力影響，所以必須以不同的花樣、曲度，或切成片狀來訂做材料。Giant就研發出UD壓條（UD layers）的設計 GIANT複合碳纖維產品使用單向疊層技術，讓最輕的重量能獲得最大的強度及硬度。碳纖維在樹酯氧化物中以相同的方向排列形成了單向疊層；這些壓層再依車架的各部位造出不同的厚度，例如，在車頭管就比上管中間的使用更多壓層。
這些UD壓層也可以不同的角度來排列，以提供車管各角度的強度，這都是依車架上各部位不同而改變。Air Bladder One-Piece Monocoque Frame Production：
GIANT用於碳纖維車架上應用最新的氣囊球技術，生產出更具強度及更具造型的單體設計。 GCT壓層精確地依據車架設計的厚度與結構形成；車架被置於特殊設計有氣囊球的模具內；這個氣囊球是於高溫製程中利用高壓充氣將複合材料緊密附於模具上，生產出來的就是一體成型且緊密無氣囊的單體結構車架。減少分子結合的需要有助於GCT單體構造車架的強度及外觀。
如何保養：
四五十年之久。通常碳纖維有它的耐用保固年限，這是買碳纖維車架時不能用不了忽略的。值得注意的是，在如阿拉斯加般酷寒的天氣下騎碳纖維車，必須小心提防車架斷裂。碳纖維不會腐蝕，但表漆刮落將影響車架的強度。
5、結論：
我們一致覺得碳纖維乃是未來自行車架材質明日之星，因為它夠輕，且造型特殊而相較之下鈦合金比碳纖維重還比碳纖維貴，又因其能適應粗操路面，所以其運用方面可包括越野登山和公路競速，可謂多功能之材質，但碳纖維必須注意一點---保養!要是有掉漆的情形要盡快想辦法補救，否則到時候連亡羊補牢的機會都沒有!至於鈦合金則因有著優良的踩踏力量傳輸率而備受喜愛，而且能負荷起比鋁合金和碳纖維更重的騎乘者，但其市場能見度低是因為加工成本遠比其他材質高加上操控性沒前述材質優良所以稀少!鋁合金則為目前市場中中價位車種車架之寵兒，因為加工方便、方法多：(Giant的液壓成型、超薄抽管技術、CNC切割……)、搭配性高、維修、保養方便，能讓入門者快速掌控車子的一切狀況！鋼製車架現在幾乎沒人使用，除了一般的通勤車、交通車之外，比賽用車不會用鋼製車架，因為比賽用車講求輕量化，而一般車子只講求運轉順暢別無所求，所以鋼製車架大部分都出現在低價車上！
7、參考自：
http://trongman.com.tw/bike/column/chooseframe.html
http://www.wheelgiant.com.tw/Bmu/ch/html/bmu_62/BMUCH620707.HTM
http://www.giantbicycle.com.tw
參考書：單車誌Cycling Update第五期P72~P77
大口徑鋁管的扭力效率高
踩踏一台自行車所產生的力量會使車架上的每一根車管前後扭曲，雖然這現象是幾乎察覺不出 的。車管在對抗這種扭曲力量的能力叫作扭力強度（Torsion Rigidity）。但是扭力強度當然不可被認為是衡量車架品質的唯一要件。一 支大型的實心車管具有很高的扭力強度，然而自行車如果真的採用此種材料的話， 對於騎士將造成很重的負擔，而不再是一個有趣的、有效率的交通工具。
扭力強度除以重量即為效率
扭力效率（Torsional Efficiency）─將管子的扭力強度除以重量一則考慮到這些要素。一個具有最高扭力 效率的車架顯然是十分理想的。除了扭力強度及輕量之外，車架也應當有可讓騎乘 舒適的適當程度之軸強度（Axia Rigidity），此與長度有關。
薄壁管子的扭力強度為D3tR，「D」是管子的直徑，「t」是管壁的厚度， 「R」是材料的強度。管子重量則是DtW，W代表材料的單位重量。扭力效率就成為 D3tR/DtW，藉由此公式的推演，超大直徑鋁管較之其他受歡迎材質的優越性就相當 明顯。
工程師長久以來遵守著一項定律，那就是在受到彎 曲或扭力時，在達到完全的理論強度之前，如果管壁厚度比它直徑的1/50還小，會 有崩潰的危險。
基於上述的考量，為符合1/50的標準，鋁材乃憑其 輕量的優點，成為超大直徑管材的唯一考慮。超大直徑鋁管的扭力效率是鋼材的2. 5倍，也幾乎是鈦合金材料的1.5倍。
本文作者Roger O. Durham是一位機械工程師，也是Bullseye Cycle的創辦人及所有人。Durham在1972年製造了他的第一台由超大直徑鋁管 銲接而成的自行車。Durham的技術文章可經由Cycling Science網站取得，網址為www.cyclingscience.com.
摘譯自美國VeloNews雜誌1998年4月號
扭力強度除以重量即為效率
扭力效率（Torsional Efficiency）─將管子的扭力強度除以重量一則考慮到這些要素。一個具有最高扭力 效率的車架顯然是十分理想的。除了扭力強度及輕量之外，車架也應當有可讓騎乘 舒適的適當程度之軸強度（Axia Rigidity），此與長度有關。
薄壁管子的扭力強度為D3tR，「D」是管子的直徑，「t」是管壁的厚度， 「R」是材料的強度。管子重量則是DtW，W代表材料的單位重量。扭力效率就成為 D3tR/DtW，藉由此公式的推演，超大直徑鋁管較之其他受歡迎材質的優越性就相當 明顯。
工程師長久以來遵守著一項定律，那就是在受到彎 曲或扭力時，在達到完全的理論強度之前，如果管壁厚度比它直徑的1/50還小，會 有崩潰的危險。
基於上述的考量，為符合1/50的標準，鋁材乃憑其 輕量的優點，成為超大直徑管材的唯一考慮。超大直徑鋁管的扭力效率是鋼材的2. 5倍，也幾乎是鈦合金材料的1.5倍。
本文作者Roger O. Durham是一位機械工程師，也是Bullseye Cycle的創辦人及所有人。Durham在1972年製造了他的第一台由超大直徑鋁管 銲接而成的自行車。Durham的技術文章可經由Cycling Science網站取得，網址為www.cyclingscience.com.
摘譯自美國VeloNews雜誌1998年4月號
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