推进复合材料自行车技术：第二部分——提升车架与轮圈耐久性

我最近关于 HIA Velo 自行车的博客，涉及用高分子量聚丙烯（HMWPP）结合碳纤维制造更耐用车架。但这话题还有更多：结合碳纤维和 HMWPP 以提高韧性的自行车轮圈（车轮）。我最近有机会与 Derby Rims LLC（美国加州圣安塞尔莫）创始人、所有者兼产品设计师 Ray Scruggs 交谈。公司名源于 Scruggs 昵称（derby），来自他在加州山区参加的友好山地车聚会（derbys）。

Scruggs 2012 年开始设计测试碳纤维自行车轮圈，2013 年销售首款山地车轮圈，其宽度超当时市面所有产品。Scruggs 说：“我的碳纤维轮圈设计大幅改进了上轮圈壁厚度和耐用性，并提升胎圈保持安全性，超越现有碳轮圈。”高阶骑手认可宽度、耐用性和安全性的改进。Scruggs 将轮圈销售收益全部再投资，同时保留白天测试开发商业软件的工作。他解释曾为自我保护申请新设计专利，但补充：“我的设计立刻被几乎所有碳纤维轮圈品牌紧密复制。”

Scruggs 的轮圈设计由一家在碳复材和自行车方面有专长的中国公司制造。他评估首批轮圈性能时“惊讶不已”。该保密制造商使用钢模，在模具中铺设单向碳纤维，用气囊对中空轮圈内部施加固结压力。固化和模具冷却后，轮圈脱模、修边、打磨、钻孔（辐条孔）和表面处理（部分喷漆）。Scruggs 说：“Derby Rims 工厂每只轮圈生产过程中有 24 道质量控制签署。”

Scruggs 称山地车轮圈可能是碳纤维最苛刻的冲击应用。它们在岩石和树根小径上承受频繁不规则挠曲，在撞击障碍和协商陡降或跳跃落地时承受重力加速度（G-loads）多次重载压缩，骑手全体重常重重砸在车座上将悬挂压到底。Derby Rims 产品推出后，其质量和性能在骑手和山地赛车手中迅速传播。首款 Derby 碳纤维轮圈内宽 34 mm、外宽 40 mm、深度 31 mm（上下），壁厚 3 mm，极大提升岩石小径尖锐撞击抗性和抗过度轮圈挠曲能力，比铝轮圈和其他复材轮圈强。确实，Derby Rims 2013 年即比市面任何其他碳纤维山地轮圈耐用 3-5 倍。但 Scruggs 说碳纤维轮圈在极硬撞击下仍可能在上轮圈壁区域（轮胎连接轮圈处）发生分层和微裂纹。

“我寻求进一步耐用性改进，遇到 Oxeon（瑞典博罗斯）的人，受邀参加 2016 年阿纳海姆 CAMX 展会。我去了展会，他们介绍我认识 Innegra Technologies（美国南卡罗来纳州格林维尔）的 Jen Hanna。”Hanna 推荐 Scruggs 联系 Innegra 的 Russ Emanis，后者提供各种 Innegra 织物和混杂碳-Innegra 纤维材料，以及含 Innegra 的山地车轮圈设计多层铺层建议。

在轮圈不同位置试验 Innegra 后，Scruggs 针对各轮圈型号调整铺层。“2017 年底进行的首批校准机器负载挠曲测试显示，Innegra S/碳‘混杂’测试轮圈的挠曲耐受载荷数值优于同重量、同层数的 100% 碳纤维 UD 铺层量产轮圈，”Scruggs 说。这些结果给他信心投资更多测试轮圈和实车供专家山地车手测试。

2018 年春，含 Innegra 的测试轮圈提供给两名专家和职业组下坡赛车手进行真实极限骑行测试。测试车手在近 12 个月频繁训练赛中未经历轮圈失效。Scruggs 说：“提供给测试车手的 Innegra 混杂测试轮圈铺层比他们常用的 100% 碳纤维‘下坡’款 Derby 轮圈轻得多。车手和我预期轻得多的 Innegra 混杂铺层轮圈会很快失效。但 Innegra 混杂测试轮圈持续用于频繁训练骑行超 2000 英里，经受极硬使用包括 25 英尺跳跃落地和高速下坡赛道岩石地形障碍。”

Scruggs 称计划今冬在洛杉矶一家知名耐久性测试实验室继续测试，配备动态滚筒机可同时测试 6 个轮圈，滚筒附带大凸块且测试轮轴加重。将测试两套 Innegra 混杂测试轮和两套基线量产轮至失效。“测试后我将有信心投资 Innegra 混杂轮圈量产。”

访问 Scruggs 的 Derby Rims 网站：https://www.derbyrims.com/leader-of-rim-design.html.