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碳纖維歐北介紹(转)

碳纖維歐北介紹(转)

前言
很久很久以前那个古老的年代,从罗光男的光南集团开始,台湾其实已经建立起碳纤维复合材料王国的优势了。打不死的中小企业、天下无敌的模具设计能力、吓死人能够山寨的机械装备和制造厂商、在再加上台塑还他妈的竟然可以生产碳纤维这种高级货,这根本简直就是为碳纤维复合材料量身打造的基础啊。
所以后来光南集团倒闭后(倒闭八卦很多,三天三夜也说不完),培养出来的工程师四散八方,就有如把整篮的种子洒向了肥沃的土壤,创业成功的例子比比皆是,更是造成了台湾复合材料工业百花齐放的盛况。从碳纤球拍、碳纤钓竿、碳纤高尔夫球杆到今天的高级碳纤维自行车。这些可都是货真价实的创造台湾经济奇迹的幕后无名英雄啊。当然了,他们钱也没少赚。
从某方面讲,复合材料很适合台湾中小企业的发展。设备简单,进入门槛低,加上一开始说的台湾整体产业环境相当优良,因此台湾的复合材料厂商实在是数不胜数啊。
说了这么多无聊的话是不是想被人炮轰?不过复合材料这种东西制备工艺千万种,碳纤维跟树脂的搭配更是千奇百怪,这一领域绝对是易懂难精。台湾复合材料公司又这么多,每家公司都还有自己的一套理论,想要自以为是的介绍复合材料领域,难免不被炮轰。
可是说真的,就算已经做了十几年的复合材料研究,也不敢说自己是复合材料领域的专家吧,下边列一些专业知识:
热固性树脂分类:环氧、酚醛、乙烯基、不饱和树脂…
热固性树脂添加剂种类:硬化、催化、抑制、增韧…
热塑性树脂分类:聚乙烯、聚丙烯…
热塑性树脂添加剂种类:增韧、阻燃…
增强纤维种类:玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维…
纤维处理:表面处理、浆液、油剂…
成型方法:挤出、射出、真空袋、真空釜、拉挤、模压、缠绕…
设计分析:应力分析、成型分析、破坏分析、非破坏分析…
只要想做复合材料,上面讲的每一个分类都要了解,但这些分类里面,每一个单项可都是让人钻研数十年也学不全的技术啊。谁还敢自称复合材料专业?


因為本身剛好在此行業,對碳纖維複合材料有些研究

常看到有許多人對於碳纖維強度規格各方面都不甚了解

再加上網路上常有一些錯誤的說法,各種謠言,自以為感覺無敵的謠言一堆

想說趁上班偷懶之際,將碳纖維從頭介紹起吧



要了解碳纖維之前

先簡單介紹一下碳纖維的歷史

什麼愛迪生從竹子抽絲抽出碳纖維那些的起源我就不講了,網路上一堆

我就直接說一些網路上不容易找到的八卦吧

目前全球碳纖維生產公司大致可以分為四大公司,兩大集團

四大公司分別是 TORAY TOHO(帝人) MITSUBISHI 台塑

是的,前三家都是日本頂級的大型集團

是的,你沒看錯

台塑雖然黑心肝愛排毒又搞的台灣西南沿岸生態死光光

不過他確實是全世界前四大的碳纖維生產公司

在碳纖維業界,可以稱得上令人感動的"台灣之光"啊..........


有人說第四大有什麼了不起,但是重點是

碳纖維生產技術,日本之外,台灣是第二

什麼德國英國義大利狗屁蘇聯的全部吃憋,連屁纖維都生產不出來

所以我覺得台塑碳纖維很了不起

因為這些碳纖維養活了台灣很多人

因為這些碳纖維創造了很多台灣產業的世界第一

因為碳纖維這東西是好物,可是生產難度也真的是他媽的頂天

什麼比強度是鋼鐵的八倍,重量是鋁的2/3那些就不說了

只因為 "碳纖維是重要的國防材料"

只因為碳纖維這材料如果深入了解就會知道它的重要性真的是屌暴了


舉一個例子就知道碳纖維多重要了

隔壁中國大陸最近有錢了,所以想要搞國防航天技術自主

因此拼了老命的想要國防航天領域中最重要的材料 - 碳纖維的生產技術

但這方面,大陸研究了30年卻連個屁也生不出來

真好笑,核子彈都生產的出來,碳纖維生產不出來

到了2007年,大陸國家研究院實驗室好不容易弄出個T300等級的 3K碳纖維

大陸總理溫家寶參觀後感動到痛哭說: "30年磨一劍" "中國終於可以站起來了"


狗屁,看在複材行家的眼裡,那磨個狗屁劍

大陸現在國產的碳纖維連指甲刀都稱不上

那些等級的碳纖維頂多可以說是一些三流的 "鐵牙籤"

所以說30年磨一隻鐵牙籤出來,也真是辛苦那些大陸的碳纖維研究學者了.......


不過我要澄清,我不是瞧不起大陸人,嚴格說起來我怕死大陸了

大陸為了發展碳纖維,

國家主席一聲令下,立刻幾千億的資金就成立了十幾間碳纖維生產公司

我好怕啊

雖然目前那些大陸廠商還在生產鐵牙籤,技術上還是相差八千里路雲和月

但是我真的還是好怕啊....


所以說到這,還是再讚賞台塑公司一下好了

印像中台塑一向不是以研發技術出名(偷技術和買技術是很有名)

可是碳纖維這種尖端的國防技術卻跌破眼鏡真的的讓台塑自己研發出來了

嚴格說起來,台塑雖然黑心肝愛排毒又搞的台灣西南沿岸生態死光光

不過比起台灣其他產業都是以OEM為主

完全不發展提高自己的技術門檻

台塑能有這種傲人的碳纖維研發技術確實是頗了不起的啊.......


話說回來,早先年台塑碳纖維品質跟另三家日本廠商也是天與地的差別

不過近幾年不知道從哪裡偷學技術,整個品質似乎是突飛猛進了

好幾家對外宣稱全部使用TORAY公司碳纖維的廠商

私底下也都偷用了台塑的碳纖維啊,這是業界公開的不能說的祕密

不過,也因為台塑公司有碳纖維

台灣才可以從碳纖維球拍,碳纖維釣竿,碳纖維高爾夫球杆,到了碳纖維自行車

完整的碳纖維複合材料上中下游生產鏈連結所產生的競爭力

一整個養活多少人啊......



寫到這裡突然發現本來只是想簡單介紹一下碳纖維四大公司

結果不小心打出一篇吹捧台塑的文章

我實在應該拿著文章去跟台塑領錢才是

(麻煩台塑友人看到這篇文章可以跟我聯絡一下嗎?)



下次有空再介紹碳纖維的規格和物性好了

想要罵我的 想要用一些網路新聞 自以為感覺良好店員說法來跟我筆戰的

可以先去底下的TORAY公司官方網頁做一下功課喔

http://www.toraycfa.com/product.html

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碳纖維歐北介紹 (2) 甚麼是碳纖篇

甚麼是碳纖維

一開始為顯此文章含金度不凡,

先故意以一般人聽不懂的說法來定義一下好了

碳纖維定義:『層狀結構的穩定連續碳分子所組成的連續性纖維材質』



OK,聽不懂很正常。因為上面那句話是我硬掰的

不要罵我,寫這種很正經的文章跟我的文章風格不同

隨便亂掰才是我的興趣和專長

歐北唬爛更是我這部落格的宗旨

不過,我下面會盡量努力正經一點寫啦....



來個照片介紹吧



這就是單一根碳纖維 (SEM相片,第一段裡面唯一正常照)



碳纖維直徑只有頭髮的1/50,這張是頭髮,想像他的1/50細的一根毛

(也是SEM照相,找好久才找到有頭皮屑的SEM照片)



看得懂的人就自己看,看不懂的人不要問我的碳纖維結構圖

  

  

K數的差異

OK,進到了第二段,接下來先從K這個東西說起

一般來說『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3,000根單絲碳纖維

12K就是指一束碳纖維中有12,000根單絲碳纖維

如果你不是跳著看,那應該看過了第一段的介紹,

也應該知道單根碳纖維長甚麼樣子



所以,理所當然的,一束碳纖維大概長下面這個樣子



一般人眼是看不到像上面那樣的情況啦



人的眼睛正常看起來是下面這樣



很明顯,12K碳纖維比3K碳纖維看起來又粗又黑多了 (清新健康部落格)



註:K數的差異先講到這裡,後面再補充

  





T300、T600、T700、T800、T1000的差異



接下來講上述這些型號的差異

這些都是日本東麗(TORAY)公司的碳纖維型號。



因為Toray公司太屌了,做碳纖的誰沒聽過鋒哥啊,

阿,不是,做碳纖的誰沒聽過Toray啊。

所以其餘幾家碳纖生產公司都會跟隨Toray公司的等級生產,簡單來說就是跟風啦

以T700等級的來說,其餘三家碳纖生產公司也都有一模一樣強度的產品

(如果想了解碳纖生產公司的關係,可以參閱下面這篇)

碳纖維生產廠商簡介



心機一點來說,

如果你看到車架介紹上面寫:使用T700『等級』的碳纖維

那麼你也就可以合理懷疑他使用的碳纖維是其他公司生產的(例如FPC 12K36S)



回到正題,因為這些型號是Toray公司當初按照強度下去分的,

所以碳纖強度T300<T600<T700<T800<T1000 是毫無疑問的

但是有一個重點,也是最多人誤解的部分

請先看下表,這是TORAY公司最新的型錄

(注意Number of filaments那一欄代表幾K)



注意到了嗎?!



  

高級貨(T600以上)都只生產12K、24K的碳纖維

  

強度最差的T300那一等級才有1K、3K的碳纖維



所以如果單以強度來說,1K、3K的碳纖維通常是遠不及12K、24K的碳纖維的

(不過售價上越小K數的越貴,成比例關係)

(強度跟編織方法甚麼的也沒很大關係,下一段會解釋)

註:車架用到1K、3K碳纖的部分也都只有表面最外層的外觀材








編織布與UD的差異

上面已經介紹完碳纖維了,下面開始說一些碳纖成型的基礎

覺得我講的速度會太快嗎?

如果覺得我介紹太快的同學,麻煩看慢一點好嗎?



下面繼續,

碳纖維雖然是一束一束的,但是自行車使用的是卻是『碳纖維布』

甚麼是碳纖維布呢? 大概可以分成以下兩種



上面這種交錯式的是編織布(Woven Fabric)

下面這種單一方向的是單向布(Unidirection Prepreg)



OK,編織布(woven)和單向布(UniDirection)用在自行車上各有各的優缺點



編織布優點:好看、層間剪應力高 (後面那一點是我好不容易才想出來的)

編織布缺點:強度低、貴 (編織需要花錢)

一般人一定要看到碳纖編織的花紋,才會覺得裡面是用碳纖

而且越小K數的碳纖維編織出來的花紋越好看,

所以一般編織是使用1K、3K的碳纖維編織,

但1K、3K的碳纖維強度不高又貴,

所以只好用一層在最外層來當外觀材,

另外,在一次意外1K、3K的碳纖維大缺貨時

某家變通的廠商也發展出所謂的大理石紋這種流行的變種外觀



單向布優點:強度高且穩定,疊層角度可設計,價格便宜

單向布缺點:成型後外觀看不出是碳纖維

很多人都知道碳纖布是一層一層疊起來的

所以單向布的好處是可以隨著設計變化角度來應用不同的受力方向



再加上單向布的強度遠高於編織布,

所以目前自行車碳纖維零組件除了最外層之外

內層(約10~30層,各家廠商不同)幾乎都是使用單向布



那有人一定會問為什麼最外層不乾脆也用單向布呢?

老實說,你如果看到下面這根歐嘜嘜的碳纖維管,會很嗨嗎?



那你再看看這個碳纖維箱外表紋路,嗨嗯嗨啊!?



這個社會是很現實的,碳纖維世界也是這樣

沒有最外面那層皮,你會看得起他嗎?

如果韓狗藝人都不整型,那麼碳纖外觀材還會需要編織布嗎?…………

(我這人的文章風格就是降,不管怎樣都可以隨便凹回來罵韓國人)







強度與模數的差異

接著,這是今天最後一段碳纖維複材介紹了

不是因為已經講得差不多了,而是因為我累了。



OK,最後我想介紹的是

強度(Tensile Strength)和模數(Tensile Modulus)的不同



簡單來說 (完全是想草草結束的嘴臉)

強度越高越拉不斷,強度越低輕拉就斷

模數越高就硬梆梆,模數越低就軟趴趴



自行車對於這兩項特性都有需求

一般的T700、T800、T1000就是針對強度的需求

所謂的M35J、M50J、M60J針對的則是模數的需求

以自行車來說,T1000強度雖高,但絕對無法整車都用T1000,

而M60J模數雖然頂天,也是絕對無法整車都用M60J的碳纖維。



一台騎起來軟硬適中的車一定要T系列和M系列的碳纖維都有,

所以有良心的車廠除了標示使用T1000碳纖維做強度補強外,

還會再註明模數是以M60J補強,讓資訊透明。

不過呢,再有良心的車廠,只要達到強度和重量的需求

車架裡面一定會多多少少放一些T700來降低成本啦

我就曾親眼看過一台定價15000歐元以上的歐洲車廠車

裡面車架部分還是有給他偷偷使用T700的碳纖啊,這就是成本觀念啊



不過這裡一定要提出的是,M60J主要是模數強化系列的碳纖維,

所以不要只看他強度好像還比T800低,以為他是三流碳纖。

拜託,M60J的模數是T1000的兩倍不只啊

老實說,

買的到T1000的碳纖,還不一定買的到M60J的碳纖勒,

M60J的碳纖維在複材行家眼裡根本就是Toray所開發的一種偉大藝術品啊



綜合今天上述所講的,希望對大家能多一點幫助

簡單來說碳纖車架不需要去注意到底是幾K,

那只跟最外層花紋有關係

如果真的在意,不如去瞭解車架裡用了哪些碳纖維

T700 or T800 or T1000,比例多少?

M35 or M50 or M60,比例多少?

不過話說回來,知道了又怎樣,騎起來會飛天嗎?





最後,講一件八卦好了(唯恐天下不亂)

大家知道碳纖很貴,那大家知道碳纖的價格嗎?

T700大概1公斤17美金吧,T800價格約T700的3倍左右

(T1000就不是價格問題,是買不買的到的問題)

(請各家業者採購不要說我唬爛,你買不到這價格是因為貴公司等級不夠)



如果加上樹脂的最後成品(樹脂較便宜,碳纖/樹脂重量比大概6:4)

T700材料成本價格大概1公斤12美金左右

T800比較貴,大概要到1公斤35美金吧

不過整車內部也通常不會全是T800,看廠商誠意意思意思放個幾層吧………



我累了,今天就先講到這裡,下回預告

1.各碳纖車廠的八卦

2.碳車的保養與注意事項

3.碳纖車架的選擇與優勢

這三個題目中,看心情選一個出來寫

不過我猜更有可能的是我會寫一個完全不一樣的題目出來…總之看心情啦……

中高模数的碳纤维一直是一种高科技国防管制用品
用途相当广泛,简单来说

不管是航太方面,

或是汽车方面,

都能找到其使用的踪迹,实在是人类科技文明跃升进步背后的动力支撑来源啊..........

简单来说,自从1961年 近藤昭男博士发明PAN系碳纤维之后
(南韩媒体:近藤 昭男是南韩人,所以碳纤维是南韩人发明的)
TORAY公司到目前已经是碳纤复材业界最屌的一家碳纤维原料生产公司了
以Toray公司来说
其碳纤维产品大致可分为以强度为主的T系列和以模数为主的M系列

两者在外观上差异不大,但生产方式有所差别
在最后的高温炉烧结温度到达极限(1500度C以上)之后
再以超高温石墨炉将碳纤石墨化(2000度C以上)后才可以生产出M系列
所以如果你看到网路规格中有HM,那就表示有高模数补强
24HM约T700等级 (业界俗称24 吨)
30HM约T800等级 (业界俗称30 吨)
40HM约M40J等级 (业界俗称40 吨)
60HM约M60J等级 (业界俗称60 吨)

(复制贴上真是个好东西,不过自行车业者爱乱标,大家自行推理吧)
其中T1000 和M60J 等级的碳纤维可都是其他家竞争对手望尘莫及的高规格产品
写到这里,可能还是有人分不清甚麼是模数,甚麼是强度
我很想说,如果不了解的请去看我前面的文章
不过老实说,我前面的文章写到这段时懒病发作,一整个偷懒
所以我建议也不需要特地去找来看了
就直接在这里稍微讲详细一点吧

所谓的引张强度就是指,可以把材料拉断的力量大小
强度越高越拉不断,强度越低轻拉就断
举例来说
橡皮筋引张强度低,所以稍用点力就可以把他拉断了
钢丝引张强度高,你再怎麼用力也拉不断........

而所谓的引张模数呢,就是指材料受力变型的程度
模数越高就硬梆梆,模数越低就软趴趴
举例来说
玻璃就是硬梆梆界的最佳范例(模数高)
你再怎麼用力去扭他,也很难去把他扭到变形
而黏土就是软趴趴界的最佳代表(模数低)
随便轻轻一扭,黏土就整个变形了

如果要提高碳纤维的模数,就需要超高温石墨化,不过碳纤在石墨化之后
随著石墨炉内最高温度的增加,模数(Tensile Modulus)虽然随之增加
但是强度 (Tensile Strength)确会逐渐下降,此为碳纤维之理论特性
从下面第一张图的碳纤分布就可以略知一二
引张弹性率(就是所谓的模数)增加时,引张强度会逐渐下降
所以要做T1000的强度容易 (其实也不容易啦)
要生产M60J的模数可就不是那麼简单了.................

M系列的碳纤维跟T系列的碳纤维在外观上长的几乎是一模一样
不过手感会比较软,也比较容易起毛,但从外观来看一般人是分不出来的
至於使用的方法 一样是做成UD PREPREG (单向预浸布)后,一卷一卷再去裁切叠层
主要用来补强车架里需要刚性的部分啦
但为甚麼我说高模数的碳纤维是极品呢
先看下面这张图

上图是TORAY公司的所有碳纤维强度分布,纵轴是强度,横轴是模数
所以你可以看出里面大致分为以纵轴强度为主的高强度系(T系列)
和以横轴的弹性模量为主的高模数系(M系列)
那是两个截然不同的强化方向啦不过为何我钟爱M系列呢
再看下面这张碳纤维应用分布图就知道了

看到没,两张图一比较
就可以知道高模数M系列可是为了 "宇宙" 用途而开发的啊
那可是"宇宙"用途啊
光听到那两个字,双手握拳的我,左胸口的热血就开始噗通噗通的一直乱喷啊
历史上打败恶魔党,保护地球,维护宇宙和平,在大气层里面外面飞来飞去的传说 靠的就是高模数M系列啊

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要是造桨,应该达到什么强度
3K
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引用:
原帖由 牛牛大拿 于 2014-9-10 15:41 发表
要是造桨,应该达到什么强度
3K
簡單來說碳纖車架不需要去注意到底是幾K,

那只跟最外層花紋有關係

如果真的在意,不如去瞭解車架裡用了哪些碳纖維

T700 or T800 or T1000,比例多少?

M35 or M50 or M60,比例多少?

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我看他们工厂都是出个产品之后给厂家去测试,达标了就可以!
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