Carbon碳纖維材質介紹 @ SD Motor 祥登汽車

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。