新手聊天室---碳纖維

震波

近來碳纖車非常熱門，好多車友

省吃儉用；勒緊褲袋，莫不以擁有一台有著華麗紋路的黑金單車為目標!

但是，零配件等級先不談，一樣是carbon車價錢差怎麼會這麼大?

關鍵就在於所使用的碳纖維布(CARBON FIBER PREPREG/CARBON FIBER WEAVEN CROSS)!!!
       

怎麼由石油提煉物變成碳纖維，這裡就略過，

碳纖維絲怎麼變成碳纖維布?

沒錯!你想的沒錯!

就像把棉紗紡成布一樣。

但是，多了一個步驟:預浸(Prepreg)。
       
       
Prepreg原為Pre-impregnation，意思為預備含浸，

因此一般此業界稱Carbon fiber prepreg為碳纖維預浸布，

也就是將熱硬化樹脂(TS)聚合至預備硬化階段(即樹脂之B-stage)。
       
編織出來的形式有兩種：

UD Prepreg(Unit direction prepreg).單向纖維布

Cloth Prepreg編織布



而預浸布（prepreg）有兩種做法:

一種是熱溶膠（hot-melt）的製程，

將環氧樹脂(Expoy)加熱使其處於融溶狀態，然後將碳纖維束浸潤於環氧樹脂(Expoy)當中，

使碳纖維和環氧樹脂(Expoy)形成複合材料，再加熱成型。

而熱溶膠（hot-melt）型預浸布為防止受熱硬化，必須儲存在冷凍室內，

使用時必須取出解凍，才能積層加熱製造成型。

因為當時是用來製造航太用品是為高科技產品，不容許產品有任何瑕疵，所以價格非常昂貴。

而另一種製程是溶劑（solvent-type）預浸布，因為在加熱成型時，

溶劑的蒸發可能產生微小的空孔而造成弱點(Weak Point)影響複合材料的物性及化性，

在航空太空科技因為安全的考量，以前是沒有人敢冒險大膽嘗試來使用的。

在碳纖維絲同等級下，預浸的環氧樹脂配方比例，就是大家比輸贏的不傳秘方!!!


碳纖維絲經過樹脂槽的樹脂充分浸透（wetting）後，然後像織布一樣纏繞到滾筒上成為預浸布，

由於結構設計的需要，預浸布必需裁成不同的角度，

有人想到把角度線直接刻在滾筒上，在滾筒上刻角度切割線，

就可以得到不同角度的預浸布，然後沿線割下來，就變成有角度的平行四邊形，

再剪裁之後就成了有角度的預浸布。

然後再利用不同的角度設計不同應力的結構，

小角度排列碳纖預浸布有較多的高強度的，

要彈性好的就增加45度方向排列的碳纖維預浸布，等方法來設計車架的剛性及彈性。

紗束方向和管材平行(一般稱為0度方向)，震動傳遞明確，相對擁有很好的路感。

若是60度這種大角度的，較為吸震/軟調，

而45度通常是車架設計師最喜歡的設計角度，它的抗扭曲效果最佳。

各管材要設計哪種形狀，是各家自行車廠最能發揮設計功力的地方，

沒有說哪種形狀最吸震，哪種形狀強度最佳

但萬變不離其宗，同樣的重量下，管徑越粗強度越佳。


碳纖維布的等級，大約可分為:

高模量:High modulus (HM)

中級模:Intermediate modulus (IM)

高強度:High tenacity (HT)

超高韌性:Ultra high tenacity (UT)



Tensile strength 抗張強度，也就是碳纖的強度

Tensile Modulus 引張彈性模數，也就是碳纖的彈性

依用途決定，

例如:

高強度低彈性的碳纖維適合做車架

低強度高彈性的碳纖維適合做釣具

那麼T幾百是表示啥東西?


T600
Tensile Strength理論值約 : 370 kgf/mm2 =每平方公分承受37頓

T700
Tensile Strength理論值約 : 500 kgf/mm2 =每平方公分承受50頓

T800
Tensile Strength理論值約: 560 kgf/mm2 =每平方公分承受56頓

T1000
Tensile Strength理論值約: 700 kgf/mm2 =每平方公分承受70頓



選購碳纖車架時，除了看得到的塗裝與造型的設計之外，

也應該盡量去瞭解它的碳纖材質，

最近有滿多車架廠商會用最外層塗裝12K、3K、1K、大理石紋來區隔產品，

然而，一般來說12K、3K、1K、大理石紋等，都只是外層視覺塗裝而已。


就碳纖布來說，只要碳纖維絲是相同等級，12K、3K、1K強度是一樣的，

但是堆疊起來 k 數越少的碳纖布之間的空隙就越小，

可以用比較少的樹脂黏合，在同樣重量下整體強度會比較高。

同樣的也可以這麼說:在同樣強度要求下，k 數越少的車架就會比較輕。

結論就是:

單位強度 "低" 的碳纖製品，要用比較 "多" 的材料來做到預定強度，因此會比較 "重" 一點，就會比較 "便宜"，

而單位強度 "高" 的碳纖製品，可以用比較 "'少" 的材料，就做到預定強度，所以會比較 "輕" 點，卻比較 "貴"。


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人家說買車要做功課，做什麼功課?

上面這些就是功課!


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《 本帖最後由 震波 於 2010-5-20 18:00 編輯 》

s3000024

資訊接收中..感謝震波大的指教..
原來碳纖維就是貴在這種地方阿..
一直以來我都的想法都只存在 碳纖維 很貴 貴翻天了 一撞就完了..

5575808

不好意思....

請大大幫我解迷..

人家說碳纖維不能摔  是真的嗎?

有一般高炭鋼車架或其他材質來的脆弱?

震波

原帖由 5575808 於 2010-5-20 20:51 發表
不好意思....

請大大幫我解迷..

人家說碳纖維不能摔  是真的嗎?

有一般高炭鋼車架或其他材質來的脆弱?

碳纖維車不是怕摔，而是怕垂直應力(就人家說的剪力啦!)，尤其是點撞擊。

碳纖維的剛性很強，甚至比大多數的金屬材料強，但是它一旦受到超乎設計範圍的剪力時，

它不會變形；而是直接斷裂!

尤其是受到點撞擊時，傷及車架的碳纖維，這個點就會成為破壞原始設計的應力負荷，

而成為應力集中點，繼續破壞周邊的碳纖維，

一旦承受不住，就是直接斷裂。

所以，車架或零件是碳纖製品時，大家都一直在強調要用扭力板手，以免不小心鎖裂了。

但是，你也不必太緊張!

碳纖維就算對剪力比較肉腳，但是能讓碳纖維斷裂的剪力也必定能讓金屬車架彎曲的很嚴重，

CARBON車沒你想像的那麼脆弱啦!

《 本帖最後由 震波 於 2010-5-21 23:10 編輯 》

震波

原帖由 jackual 於 2010-5-20 21:08 發表
...........，

新手就講這個 會不會跳太快!  ...

有興趣的就看，我寫的也不一定是對的。

磚頭亂拋，看看美玉會不會出來吐槽一下!?

互相漏氣，求進步!

5575808

喔喔   

我大致了解了

謝謝!

jason5473

讀完文章愛益良多謝謝

hotcake

很棒的一堂課，解釋的很清楚，受益良多，謝謝大大！！