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S2000-Carbon打造奧義-真空抽取、重量強度兩立

2016.02.04  作者:OPTION  

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源自於航太科學製品,美觀取代於最早之用意。

碳纖維的製成基本上可分為「樹脂轉注成型」及「預浸布模內熱壓成」,碳纖維(Carbon)是目前比鋼鐵、鋁合金重量更輕、剛性更高、韌性更強的材料,經過高溫碳化、燒結的碳纖維,竟然擁有重量不到鐵材1/4的優勢,而且抗拉強度是鐵材的七倍以上,因此,碳纖維可實現輕量化的訴求,變形率相對降低許多,另外具備了熱膨脹係數小、耐腐蝕高等特性,碳纖維可說是無往不利,可是為何無法被廣泛使用呢?碳纖維是一種強化纖維,自然在耐撞擊性的表現上會比較差,再者,碳纖維材料居高不下的價格,以及加工技術較高、較繁雜等問題,都是碳纖維無法普及的原因。

排氣管裁切下來合成,保留炮管的魄力及鈦合金的色澤呈現。

正因為碳纖維成本高、加工繁雜等缺點,早期碳纖維材料先被使用在航太科技上,例如Air Bus A350、A380等飛機製造上,可大幅降低機體重量,便可達成增加飛行距離、改善油耗等目的,但是現在不同了,碳纖維加工技術日新月異,碳纖維材料被廣泛使用在Formula 1、Le Mans等競技用車的製作上,另外像是超跑、甚至是高單價跑車也會大量使用碳纖維材料,像是車艙、鈑件或是內裝飾板等部分,用途非常廣泛,就算原廠沒有碳纖維件也沒關係,諸如Mansory、ABT等改裝品牌,也會推出許多外觀、內裝碳纖維產品,透過改裝仍可感受碳纖維的優點。

 

注意看碳纖維製品,不難發現碳纖維是「交叉編織」而成,而依照編織方式的差異可分為「菱格紋」或「十字紋」。碳纖維產品的製造商會購買編織完成的碳纖維布,再進行加工成所需的產品。碳纖維布會依照碳纖維絲的「密度」不同而有等級之分,像是2k、3k、4k、6k等,而k就是1000,k數越大就表示碳纖維絲密度越高、強度越高、重量也越重、價格當然也是三級跳,而汽車所使用的碳纖維布以3k左右為大宗,強度、韌性符合加工成型用,原料價格也最為平易近人。

真空抽取能有效將模內熱壓成型時的多餘樹脂,以及碳纖維間的氣泡吸除,費用也是所有製程中最高的,但強度、韌度及重量都是最佳。

很常在碳纖維的製造上聽到「抽真空」這個3個字,其實這並不是一種成型的方式,前述的「樹脂轉注成型」及「預浸布模內熱壓成」也都可以配合真空抽取來達到理想的強度與重量,因為在碳纖維布的堆疊,難免有空氣或是多餘膠料,這會影響碳纖維產品的強度,抽真空可減少氣泡產生,並抽出多餘樹脂,使多層碳纖維布更緊密結合,減低重量並同時提升密度與剛性,即使是濕式碳纖維製作,品質也能比目前情況更為提高改善,但製程與設備上之成本的增加也是無法避免的問題之一,因此為了成本上的考量碳纖維包覆FRP的做法更被大肆採用,畢竟也不是每一輛車都會計較那幾公斤,而荷包卻是絕對是斤斤計較,因此車主決定自己打造「碳纖維」,就在自家後院開始了「碳纖維」素人邁向達人的旅程。

在濕式成型的情況,也能藉由特殊的真空袋抽出,達到一定程度的幫助,這也是這輛AP1車主的打造方式,利用真空袋及專業真空機在家裡一樣能達成效果。
目前F1或是超跑等級的單體車艙,為了追求極致的剛性與輕量化,都會採用模內熱壓成型,再配合真空抽取,將不必要的樹脂重量移除,也讓碳纖維高密度的結合,大多用於航太或是競技車輛等高階碳纖維應用。
除了純碳,碳纖維也常與圖中左上方玻璃纖維(FRP)或是左下方的克維拉纖維(Kevlar)製成複合材料,達到降低成本或是增添韌性等用途,與黑色碳纖維編織後形成右方交織的布料,這些碳纖維布在塗上樹脂前就像是布料與纖維,相當柔軟。
碳纖維材料較早被使用於航太科技,主要是強度夠且輕量化,可以大幅減輕機體重量,增加飛行距離、節省油耗。
注意釣竿與魚之間的拉拔、彎曲的刺激張力,這雖然多數塑膠或是樹脂複合材料都可以達成滿足其需求,但是碳纖維管材所賦予彈性張力及耐用度,可是前者的數倍甚至數十倍優越。
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