Carbon碳纖維材質介紹

 最吸引人的空力套件,莫過於採用Carbon碳纖維材質打造的部品,外觀最大特色就是清晰可見的立體纖維,碳纖維會被當成許多賽車或高科技的應用品,最主 要的原因在於相同面積下,能擁有比其他材質(鋁合金或鋼等)還要高的強度及更輕的重量,而且藉由編織手法的不同,還能創造出不同的強度及韌性,但碳纖維最 大的缺點就是成本相當高,當然也反映在售價上,一塊全碳纖維引擎蓋單價往往超過3萬以上,營造出高不可攀的性能象徵。不過大家是否知道,同樣是擁有碳纖維 紋路的空力套件,底子裡的製程若不同,特性與重量可是天差地別。

※碳纖維空力套件,依照製程方式大致上可分成「手積層」、「真空抽吸」與「熱壓成型」三種類。

1.手積層

首先介紹的是「手積層」工法,此方式也是目前所有看得到改裝用 碳纖維產品的主要製程,製造時只須有「外模具」,目的在塑造產品外型曲線,先把以手工方式將玻璃纖維一層層黏貼於模具上以建立強度,乾燥後再從模具中取 出,進行表面碳纖維布的披覆、上金油與研磨工作,此工法製成的產品優點在於生產成本低,技術力不高,因此產品售價比較能讓人接受,仍是汽車改裝市場上的主 力。缺點是耐熱性差、又厚且重,產品精密度低,而內層為玻璃纖維,不只光滑度不佳,且由於碳纖維只在外層具美觀效果而已,並不能算是真正的碳纖維製品。


「手積層」碳纖維製造工法是在FRP部品表面,再貼上一層碳纖維布,並進行上金油與研磨工作,因此底子裡還是FRP的材質,重量並無法減輕太多,且整體硬度遇熱偏軟,尤其是引擎蓋更為明顯。


碳纖維之所以會被大量使用於賽車上,除其擁有輕量化效果外,硬度與抗衝擊的能力也是關鍵之一,圖中的碳纖維錐狀物經過撞擊後,並不會整個碎裂,而是呈現網狀破損,代表碳纖維可有效吸收撞擊力道。

 

2.熱壓成型碳纖維

 碳纖維「熱壓成型」製程有別於手積層技術,且就連使用的原料也不盡相同。手積層所使用的碳纖維布就是一般布料,可摸到纖維絲、觸感軟趴趴,但熱壓成 型可就不同了,其所使用的碳纖維布已經加入「Epoxy(環氧樹脂),可使碳纖維布變硬、且附有彈性,而且摸起來會黏黏的,平常需要冷藏保存,也因為經 過加工,所以光是原料就比手工披覆所使用的碳纖維布要高出2~3倍左右

 為對應高溫、高壓成型,必須使用鋼製模具,所以在產品製造前需要精準丈量尺寸,才能製作模具,而且需要正反模才能成型,因此需要「一對」鋼模,不像手積層 只需要一個。而熱壓成型的過程其實不難了解,成型過程中需加熱到130~140℃左右,同時也會加壓使其成型,因此製造過程需要專用的熱壓設備,產品越大 所需要的熱壓設備也越大,成本當然相對提高,這些種種原因都是熱壓產品無法在汽車市場上普及的原因。

圖中為少數有能力打造F1賽車車架的公司才擁有的碳纖維部品生產設備,可以見到真正的碳纖維部品是透過碳纖維絲線一層層編織而成。

 不過隨著碳纖維產品需求量大增,運用性也越來越廣,汽車用熱壓產品也有逐漸增加的趨勢。正因為傳統手積層披覆碳纖維無法使產品細節突出,體積過小的產品也 有製作困難度,使用熱壓成型反而可以解決這些問題。汽車的後視鏡、晴雨窗、方向盤、中控台與排檔座等,都可以善用熱壓方式,第一、這類飾板的面積小,所需 要的模具、熱壓設備也會相對縮小,可以更有效控制成本,再者、熱壓成型的產品厚度薄如紙,運用於飾板上恰到好處。

 

3.真空抽吸加壓

 至於最後的「真空抽吸加壓」工法,則同樣需要「內外模具」,只是模具不需金屬模,外模一樣是塑型用,內模則是加壓用,製造時會先在外模上鋪設碳纖維 布,之後套入內模,內模上有許多條管子,其中一條管子是用來抽吸內外模間的空氣,兩個模具間是無法讓空氣進入,因此內模將會緊緊壓住碳纖維材質與外模,另 一條連接黏著用的樹脂,開始抽吸真空時,環氧樹脂會因此被吸入模具中,待樹脂流到另一條導流管時,表示模具已被樹脂填滿,且成型時還會加熱內外模具,目的 在穩定環氧樹脂的性質,並提高產品製成後的耐高溫與耐撞擊能力,等樹脂乾燥之後,再行脫模完成打模、修補、噴金油等後續加工。 

 而此製程有何優點?完成後的產品不只內外層表面都看得見碳纖維紋路,厚度也超薄重量更輕,成品厚度約1.5mm(手積層碳纖維件厚度約6mm),重點是產 品精度高,因此即使製成集氣箱,也不用擔心上下蓋子會裝不上去,或對不到螺絲孔等問題,能在節省製造成本下,又不會犧牲產品品質,是目前國內外各廠商極力 發展的碳纖維部品製造技術。


碳纖維紋路還可以K數來區分,K數是指一束碳纖維中有幾千根的單絲,3K就是指一束碳纖維中有3000根單絲碳纖維,12K就是指一束碳纖維中有12000根單絲碳纖維,反映在紋路上就是K數愈大紋路愈大塊。

-------------以上貼文及圖片出自於"GOO車訊網"

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