boddu 2014-9-29 00:49
碳纖維
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"。