自行车领域的材料应用会有新突破吗？不得不说，这是一个老生常谈却又历久弥新的话题，在不同的历史时期来提问，你会得到不一样的答案，我们不妨来一场穿越时空的凝视吧。

时间回退至两百多年前，你来到欧洲大陆，那里是自行车的发源地。但在当时，自行车还不是你所认知的样子，当然你也并不能在街上看到满街乱窜的自行车大潮，但在西夫拉克家附近，你可以看到他在摆弄他新发明的“人形自走双轮木马”。

木头时代

木头，一种伴随着人类社会发展的基础材料被运用在他的这辆双轮木马上，车架、车把、车轮，你能看到的地方，几乎都是实木打造的，如果你是一个对木头有研究并且具有东方审美的法国贵族，你可能会向西夫拉克先生定制一辆你钟爱的紫檀、黄花梨双轮木马，如果留存到现在说不定可以卖出一个好价钱。

到了十九世纪初期，人们完成了初代人形自走双轮木马的升级改造，增加了车头的转向功能，一时间，欧洲大陆出现了大量自行车，街头巷尾都能看到男女老少其乐融融人形自走，但在材料选择上，依旧还是木头的天下。此时，距离世界上第一辆商用汽车的诞生还有半个多世纪，中国正处在清朝道光皇帝治下。

十九世纪慢慢推进，随着欧洲科学技术的进一步发展，社会整体生产力提高，各种基础材料开始大规模的应用，铁、橡胶等材料越来越多的出现在日常生活中。1839年，出现了铁质车架，硬橡胶轮胎也开始出现，这种实心橡胶轮胎迅速的与自行车发生融合，因为木头车轮是在是太颠了，同时，踏板驱动的出现，使我们终于可以将“人形自走两轮车”的名称改为“自行车”了，造型迥异的大小轮自行车（高轮自行车）也开始风靡一时。

进入十九世纪中叶，第一次工业革命的余温已经褪去，欧美即将迎来第二次工业革命，蒸汽机散发的氤氲还没消散，电气时代和内燃机时代即将到来，作为科学技术发展的成果，越来越多的先进理念被注入到自行车这个领域。作为当时提升出行效率的代步工具，自行车或许可以算是先进生产力率先落地的代表，是一片蓝海。在这一时期，钢铁、橡胶开始成为自行车的主要材料来源，我们能看到钢管制作的车身，其中代表的“雷诺钢”到现在都没有退出市场，能看到钢丝编织的车轮，能看到橡胶轮胎的大规模应用，为了提升效率，我们也能看到钢制轴承、链条开始出现在自行车身上。

到了十九世纪晚期，奔驰发明了第一辆搭载轻型内燃机的三轮汽车，人类正式从马车时代进入汽车时代，但不论是马车还是汽车，都是给有钱人准备的，更为广大的普通人民群众所需要的出行工具依旧是自行车，但很可惜，历史上并没有为自行车划分一个专属的时代。不过作为解决社会交通效率的重要载体，自行车领域也享受着自己独特的福利，为汽车所研制的轻型内燃机被德国发明家戴姆勒改良后装到了自行车上，形成了第一代摩托车，但由于摩托车采用了内燃机驱动，提升的出行效率太大，从问世一开始就与自行车的自行产生了巨大的差异，形成了另一派分支，抛下自行车独自美丽去了。但除了内燃机，汽车工业发展带来的其他福利，自行车还是欣然接受的，比如充气橡胶轮胎、更先进的制造工艺。同时期，中国清朝同治年间就从欧洲进口了几辆自行车。

其实在十九世纪末二十世纪初，自行车就完成了长达百年的国际定妆照，变成了我们所熟知的样式：前后轮大小一致、链条传动、钢制车身、充气橡胶轮胎。清朝末代皇帝溥仪便是一个知名车友，他为了在故宫骑车更加方便，命人将他骑行线路上的门槛都锯断，但是锯断紫禁城门槛这事毕竟有些道德风险（特指清朝时期），所以负责办这事的人略施一记，将门槛锯下后改造成可拆卸式，在溥仪骑车前拆下，在溥仪骑车后装回，既不违反祖训规矩（特指清朝时期），也满足了年轻皇帝的骑行需求，可能这能算是中国有记载以来的第一条潮汐车道吧。在新中国成立后，天津飞鸽下线第一辆全国产自行车，自行车这一满足广大人民群众基础出行需求的产品，在随后数十年成为千家万户必不可少的“三大件”之一。

自行车到此的发展就告一段落，材料上没有发生其他的变化，而使自行车成为我们眼中现代运动自行车的样子，还要等到二十世纪中后叶。

从某些意义上来说，自行车并没有完全独立的发展，他的进化都是与其他行业的发展紧密结合，早在最开始的木头时代，人形自走双轮木车的形式就是脱胎于马车，到了后期更是沿用了汽车等领域的技术成果，而到了二十世纪，自行车车身主体材料的发展，更是要与另一个领域紧密结合，那就是飞机。

二十世纪初期，莱特兄弟就发明了能够让人飞翔的飞行器，开启了人类航空时代的大门，但你可能不知道，莱特兄弟以前是干什么的。他们的本行就是自行车，多么神奇又巧妙的缘分，他们可能没有想过，在几十年后，他们所发明的飞行器演化为真正意义上的飞机，竟然能引领自行车甚至是整个世界发生翻天覆地的改变。

人们为了解决飞机的重量问题，人们开始研究替代钢铁的基础材料，这个时候，以铝为基础的合金材料开始快速发展，人类接触铝合金的历史只有短短的一百年，但时至今日，铝合金已经成为运用广泛的基础材料之一。这种轻金属材料具有密度低、力学性能佳、加工性能好、无毒、易回收、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良等特点，媲美高合成钢的强度，但重量却大幅降低，通过不同的处理工艺，能够达到不同的使用要求，是一种应用范围广泛的新型材料。

二十世纪中叶，美国铝业发明了6063合金与7075合金，看到这个标号是不是很眼熟，我们现在自行车上的铝合金制品，大多来自6061和7075，不同的标号代表合金内部不同比例的合金元素。比如我最近体验的电助力山地车，车架就来自6061铝合金，除了铝作为基础材料外，添加了镁和硅元素，具有耐腐蚀、中等强度、可焊接、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。6061、6069等标号的铝合金材料广泛运用于自行车各部件，很多人口中的“6系铝”，说的就是这种合金。

7075合金是一种冷处理锻压合金，强度远高于软钢，也是商用最强力合金之一，7075、7050等标号的铝合金材料一般运用于高端车把、把立等部位。

在七十年代，铝合金车架就逐渐替代传统钢管车架，成为职业赛场上的主流材质。但受限于当时的技术，车架普遍保持了钢架时代的平直、纤细风格，并没有像现在这样造型夸张的异型管设计，直到1995年，成立于1995年的Cervelo是公认第一家“把圆管拍扁”的品牌，这时候，人们已经在航空、航天等领域总结了空气动力学这个新鲜学科的先进经验，并开始应用在自行车领域。水滴形管型的出现，为自行车带来了新的活力，但却也带来了新的问题，相比于圆管造型，水滴形等异形车架在重量上并不太理想。因此在铝合金的处理方面，不同的厂家都会有针对性的做一些调整，在刚性、重量、成本间找到各自的平衡点，形成自家独有的特点，比如闪电的E5铝合金、崔克的Alpha铝合金、捷安特的ALUXX SL铝合金、BMC的TCC铝合金、美利达的HFS铝合金以及佳能戴尔著名的CAAD铝合金等等。1999年，捷安特初代TCR在环法中亮相，首次采用的压缩车架设计也为铝合金这种材料的应用开启另一扇窗。

在铝合金车架快速发展的时候，还短暂出现了镁合金车架，从材料上来说，镁合金的比重要比铝合金轻，加工性也不亚于铝合金，理论上可以制造出更为轻量化的金属车架，很多商家宣传镁合金车架更轻、更高级，但事实上是这样吗？由于镁合金的密度比铝合金要低，杨氏模量也要低于铝合金，所以如果要保证同等强度，就要加大管径或增厚管壁，里外里算下来和铝合金车架没有什么明显差距，所以这种镁合金材料如昙花一现，暂时退出了自行车车架的领域。不过现在，你依旧可以在“某宝神车”上看到镁合金的身影。

与6063、7075合金几乎同时出现的，还有一种特别的合金，这也是很多车友们心心念念的另一种材料——钛合金。为解决航空发动机的结构问题，这种高强度、耐高温、抗腐蚀的钛合金被美国研发，但直到现在，由于这种材料的工艺性能差，仅在航空航天、军工以及需要高度耐腐蚀的行业中广泛使用。成为自行车车架的主体材料时间较晚，一直以来都属于小众类别，如果你接触自行车足够久，你应该还记得早年间的钛合金自行车不但没有涂装，造型也比较朴素，出现个麻花车架就算是重大创新了，相比普通的铝合金产品，钛合金产品售价也非常昂贵，无疑自带一种“高贵”的光环，这也是为什么现如今钛合金车架成为一种“情怀”的代表。

但钛合金材料在自行车领域还是有种生不逢时的感觉，最开始，人们可能认为在金属车架中，钛合金车架的性能要优于铝合金，加之他的处理工艺更为复杂，产量更低，因此售价也与铝合金车架拉开了较大差距，但不怕不懂货，就怕货比货，随着另一种材料的兴起，钛合金车架还没享受几天王者待遇，就退居二线了。

同样在二十世纪五十年代，也是为了航空、航天、军事领域寻求一种高模量、高强度、高耐热材料，人们在爱迪生发明的纤维素纤维的基础上，研制出了碳纤维。当时正值二战结束，冷战开始，美苏两大超级大国开始“军备竞赛”，虽然这段时间是人类历史上较为灰暗的时期，但直接推动了基础材料的快速发展，在随后的几十年内，美国、日本在碳纤维领域开始长跑。我们现在提到碳纤维就会提到的东丽，成立于1926年，在1969年开始就生产出了高性能聚丙烯腈基碳纤维，直到现在都领先市场。

但碳纤维在当年属于妥妥的“高精尖”产品，受产量限制，大多数用于军工航天，在一般行业和民用市场应用较少，这种情况一直持续到了二十世纪八、九十年代。按照能考证到的历史，1986年法国品牌LOOK推出了第一台碳纤维自行车LOOK KG86（环法特别版），为自行车的碳纤维化拉开了序幕，那时距离苏联解体还有五年，我国第二汽车制造厂才刚刚在湖北十堰建成投产。

虽然碳纤维车架在80年代就已经出现在环法赛场，但直到90年代初期，大部分职业车手还是选用了铝合金车架配合碳纤维前叉的组合形式。

随着碳纤维车架制作工艺的不断完善，尽管铝合金车架涌现出譬如CAAD系列等优秀产品，但在职业赛场尤其是在环法这种顶级赛事上，铝合金车架被性能更优的碳纤维材料替代只是时间问题。

碳纤维在自行车领域，同样长时间被欧美垄断，在工艺、形制上也经历过不同的发展阶段，早期人们将碳纤维管拼接做成车架，这种套管结构碳纤维可以在一体成型技术尚不完善时提供一种相对方便的解决方案，但面对竞技赛事，一体成型工艺的发展，才真正赋予碳纤维材料车架真正的生命。在技术不断完善的时期，我们也能看到诸如“碳包铝”、后叉为碳纤维而前三角为铝合金材质的“半碳车架”等过渡产品，但最终因为重量、耐久性等问题，被全碳纤维材料取代。

随着对材料等深入理解，人们发现通过对不同模量不同规格的碳布进行排列组合、优化环氧树脂配方，车架设计师可以在性能、重量、强度、成本等方面找到不同的设计方案，而随着模具制造、加工技术的发展，碳纤维车架也可以满足更多样的外部形态，相比于传统金属材质，可以降低重量、优化风阻、满足强度等更多样性、更细微的要求。

在新千年后，碳纤维在一定程度上彻底取代了铝合金等金属合金，成为顶级自行车车架主要的材料。

又一个二十年过去了，碳纤维车架在设计理念、制作工艺已经相对完善，除了代表最新技术的顶级产品，中高端碳纤维制品的售价也不再是遥不可及。从前些年“干他一半”，到现在的“入门碳”，碳纤维材料可以称得上是走入寻常百姓家。而传统金属材料车架，则走向两个发展方向，其一是入门化低端化，在民用车上大放异彩，比如成本低廉的传统铬钼钢、高碳钢、入门级别的铝合金，在通勤、入门健身领域依旧占有举足轻重的地位。另一个方向上高端化、情怀化，譬如采用“鸽子”钢管的复古车型、性能接近碳纤维但价格更实惠的运动车型，或是走高端定制的钛合金手工车架。

而除了车架外，自行车的其他零部件，同样也经历了一代又一代的材料变革，以轮组为例，从早期的木轮组、钢丝轮组到近现代的钢轮组、铝合金轮组、碳纤维轮组，我们同样可以看到不同时间段社会基础材料变化带来的前沿变革。在前几年石墨烯材料被发现后，马上就有品牌将石墨烯与外胎结合，推出对应产品。不难看出，自行车材料应用离不开先进工业的发展，也离不开现代科学的进步。

未来新突破

要预测自行车领域的材料应用新突破，我们不妨看看近些年哪些领域的材料应用有新突破。

根据国家十四五报告以及重点新材料首批应用示范指导目录，目前相对前沿的材料主要以硅材料和碳材料为主，其中包含半导体、高分子、原子能、生物工程、纳米、石墨烯、超导材料、特种塑料、自修复材料、液态金属、记忆合金、3D材料、特种玻璃、特种陶瓷、稀土永磁等等，主要集中于军工、电子通信、芯片半导体、新能源等等领域。其中高性能纤维及复合材料、纳米材料、3D打印材料、新型能源材料等等先进材料的发展可能会在未来对自行车领域产生深刻的影响。

以3D打印为例，在1986年，美国科学家就开发出第一台商业3D打印机，2010年美国打造出第一辆3D打印骑车Urbee，2011年南安普顿大学开发出第一台3D打印飞机，2012年苏格兰科学家首次打印出人造肝脏组织，2013年美国3D打印金属手枪，在2015年，国务院召开专题讲座讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。

3D打印也在发展早期就与自行车领域相融合，2013年，捷安特推出了3D打印的自行车坐垫，将尼龙材料粉碎后支撑坐垫表层，2014年，英国两家公司携手打造出首款3D打印钛合金车架，使用了一台大功率镱光纤激光器选择性地把钛合金粉末颗粒融合在一起，然后这些融合起来的钛合金层按照实现设计好的模型打印出车架来。2015年，采用可降解PLA材质的3D打印自行车获得当年欧洲自行车展金奖。2016年，荷兰大学团队利用弧焊技术3D打造了不锈钢自行车。同年，打造出首款3D打印钛合金车架的其中一家英国公司又拉上另外两个伙伴打造出3D打印钛碳山地车，并支持定制几何。一时间仿佛全世界都在用3D打印钛合金自行车。天空车队更是一步到位，在计时车Pinarello Bolide上搭载了根据车手几何定制的3D打印休息把，如果你仔细看计时赛或是器材盛宴系列文章，你能看到天空队车的计时车车把都是眉飞色舞奇形怪状的。2016、2017年，CeramicSpeed分别推出了两款3D打印钛合金导轮。2018年，3D打印头盔Hexo问世，采用了聚酰胺11材料，据说缓冲效果比传统EPS发泡材料要强68%。

2019年，闪电发布S-Works Power Mirror 3D打印坐垫，虽然看起很高级，但洞洞坐垫在雨骑之后很难清理。同年，Fizik也发布了3D打印坐垫。可以看到，在面对3D打印这一新技术时，自行车行业的大厂都是从坐垫、车把这些小零件开始玩起的，没有个人团队或小公司那么激进，这意味着此刻大厂可能还没有开始真正发力，不知道还在研究什么大招。

根据现有的发展现状不难预测，依托3D打印技术的特点，未来很可能会在轻型材料、高度定制这两个方向发展，届时，我们或许能看到更多改变我们骑行生活的产品。

未来往往转眼即来，我们需要做的，是准备好包容的胸怀与开阔的视野，说不定明天，我们所期待的未来就会到来。

责任编辑：KzMe