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標題: 碳纖維 [打印本頁]

作者: boddu    時間: 2014-9-29 00:49     標題: 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"。




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