碳纤维扫盲

碳纤维定义：『层状结构的稳定连续碳分子所组成的连续性纤维材质』

OK，听不懂很正常。因为上面那句话是我硬掰的
不要骂我，写这种很正经的文章跟我的文章风格不同
随便乱掰才是我的兴趣和专长
欧北唬烂更是我这部落格的宗旨
不过，我下面会尽量努力正经一点写啦....

来个照片介绍吧


这就是单一根碳纤维 (SEM相片，第一段里面唯一正常照)

碳纤维直径只有头发的1/50，这张是头发，想象他的1/50细的一根毛
(也是SEM照相，找好久才找到有头皮屑的SEM照片)

上面是碳纤维结构图

 

K数的差异

OK，进到了第二段，接下来先从K这个东西说起
一般来说『K数』是指一束碳纤维中有几千根的单丝
3K就是指一束碳纤维中有3,000根单丝碳纤维
12K就是指一束碳纤维中有12,000根单丝碳纤维
如果你不是跳着看，那应该看过了第一段的介绍，
也应该知道单根碳纤维长甚　样子
所以，理所当然的，一束碳纤维大概长下面这个样子



不过，一般人眼是看不到像上面那样的情况啦

人的眼睛正常看起来是下面这样


很明显，12K碳纤维比3K碳纤维看起来又粗又黑多了

T300、T600、T700、T800、T1000的差异

接下来讲上述这些型号的差异
这些都是日本东丽(TORAY)公司的碳纤维型号。

因为Toray公司太屌了，做碳纤的谁没听过锋哥啊，

阿，不是，做碳纤的谁没听过Toray啊。
所以其余几家碳纤生产公司都会模仿Toray公司的等级生产，简单来说就是跟风啦
以T700等级的来说，其余三家碳纤生产公司也都有一模一样强度的产品
如果你看到车架介绍上面写：使用T700『等级』的碳纤维
那　你也就可以合理怀疑他使用的是其他公司生产的碳纤维(例如FPC 12K36S)
回到正题，因为这些型号是Toray公司当初按照强度下去分的，
所以碳纤强度T300＜T600＜T700＜T800＜T1000 是毫无疑问的
但是有一个重点，也是最多人误解的部分

请先看下表，这是TORAY公司最新的型录
(注意Number of filaments那一栏代表几K)

注意到了吗？！


高级货(T600以上)都只生产12K、24K的碳纤维

强度最差的T300那一等级才有1K、3K的碳纤维

所以如果单以强度来说，1K、3K的碳纤维通常是远不及12K、24K的碳纤维的
(不过售价上越小K数的越贵，成比例关系)
(强度跟编织方法甚　的也没很大关系，下一段会解释)
注：车架用到1K、3K碳纤的部分也都只有表面最外层的外观材

 

编织布与UD的差异

上面已经介绍完碳纤维了，下面开始说一些碳纤成型的基础
觉得我讲的速度会太快吗？
如果觉得我介绍太快的同学，麻烦看慢一点好吗？

下面继续，
碳纤维虽然是一束一束的，但是自行车这领域使用的是却不是碳纤维，而是『碳纤维布』这种材料

甚　是碳纤维布呢？ 粗略大概可以分成以下两种



上面这种交错式的是编织布(Woven Fabric) 的示意图
下面这种单一方向的是单向布(Unidirection Prepreg) 的示意图


既然有两种不同的种类，那表示编织布(woven)和单向布(UniDirection)用在自行车上各有各的优缺点


编织布优点：好看、层间剪应力高 (后面那一点是我好不容易才想出来的)
编织布缺点：强度低、贵 (编织需要花钱)
一般人一定要看到碳纤编织的花纹，才会觉得里面是用碳纤
而且越小K数的碳纤维编织出来的花纹越好看，
所以一般编织是使用1K、3K的碳纤维编织，
但1K、3K的碳纤维强度不高又贵，
所以只好用一层在最外层来当外观材，
另外值得一提的是，在一次1K、3K的碳纤维大缺货时
某家变通的厂商竟发展出所谓的大理石纹这种流行的变种外观花纹，真可谓是台湾中小企业应变能力的典范啊


上图为单向布
单向布优点：强度高且稳定，迭层角度可设计，价格便宜
单向布缺点：成型后外观看不出是碳纤维
很多人都知道碳纤布是一层一层迭起来的
所以单向布的好处是可以随着设计变化角度来应用不同的受力方向


再加上单向布的强度远高于编织布，
所以目前自行车碳纤维零组件除了最外层之外
内层(约10~30层，各家厂商不同)几乎都是使用单向布

 

那有人一定会问为什　最外层不干脆也用单向布呢？
老实说，你如果看到下面这根欧唛唛的碳纤维管，会很high吗？



那你再看看这个闪亮亮碳纤维箱外表花纹，嗨嗯嗨啊！？


这个社会是很现实的，碳纤维世界也是这样
没有最外面那层皮，你会看得起他吗？
如果韩狗艺人都不整型，那　碳纤外观材还会需要编织布吗？…………



强度与模数的差异

接着，这是今天最后一段碳纤维复材介绍了
不是因为已经讲得差不多了，而是因为我累了。

OK，最后我想介绍的是
强度(Tensile Strength)和模数(Tensile Modulus)的不同

简单来说 (完全是想草草结束的嘴脸)
强度越高越拉不断，强度越低轻拉就断
模数越高就硬梆梆，模数越低就软趴趴

自行车对于这两项特性都有需求
一般的T700、T800、T1000就是针对强度的需求
所谓的M35J、M50J、M60J针对的则是模数的需求
以自行车来说，T1000强度虽高，但绝对无法整车都用T1000，
而M60J模数虽然顶天，也是绝对无法整车都用M60J的碳纤维。

一台骑起来软硬适中的车一定要T系列和M系列的碳纤维都有，
所以有良心的车厂除了标示使用T1000碳纤维做强度补强外，
还会再注明模数是以M60J补强，让信息透明。
不过呢，再有良心的车厂，只要达到强度和重量的需求
车架里面一定会多多少少放一些T700来降低成本啦
我就曾亲眼看过一台定价15000欧元以上的欧洲车厂车
里面车架部分还是有给他偷偷使用T700的碳纤啊，这就是成本观念啊

不过这里一定要提出的是，M60J主要是模数强化系列的碳纤维，
所以不要只看他强度好像还比T800低，以为他是三流碳纤。
拜托，M60J的模数是T1000的两倍不只啊
老实说，
买的到T1000的碳纤，还不一定买的到M60J的碳纤勒，
M60J的碳纤维在复材行家眼里根本就是Toray所开发的一种伟大艺术品啊

综合今天上述所讲的，希望对大家能多一点帮助
简单来说碳纤车架不需要去注意到底是几K，
那只跟最外层花纹有关系
如果真的在意，不如去了解车架里用了哪些碳纤维
T700 or T800 or T1000，比例多少？
M35 or M50 or M60，比例多少？
不过话说回来，知道了又怎样，骑起来会飞天吗？