去年車展，跟設計師討論到碳纖車圈成型製程工法
裡頭提到了，碳纖其實沒甚麼秘密可言
他講解廠商提供的車圈樣品製程與日後需提防可能發生的現象
後來這句"碳纖沒甚麼秘密可言"在網路上引起少數人有意見
偏偏，我這個人很背骨，你越愛說，我偏越不順你心
搭了這個話題，深入進行碳纖分析的研究
自行車的複材領域，著重在疊層設計
角度與平衡與不同碳纖特性的運用，在這裡被深入演繹
然而，成型後卻難以從外觀看出纖維疊層與種類
解開疊層，可以有效的判斷纖維的疊層方式與角度，進而進行反推甚至計算出剛性數據
但有了疊層角度又如何?
材質呢?
纖維的種類，也是有很大的差異
但這裡主要是以纖維母材作為主要分類
PAN系是聚丙烯腈，生產出來的纖維主要是以強度較高為特色，模量則較一般
PITCH系是瀝青系，生產出來的纖維是以較高模量為特色，強度則一般
還有嫘縈，這個比較少見，所以不討論
簡單的說，
強度越高，破斷(斷裂點)強度越大，意思就是越不容易被拉斷
模量越高，剛性的表現就越高，受力後的變形量會越小
要深入的進行纖維類型做實驗
首先必須要先取得材料樣品，山姆這次的實驗對象為T700/T800/T1000/玻纖
T1000是取得門檻較高的樣品，也許是平時都有在做功德，扶老婆婆過馬路
我手邊一共有三組不同的T1000樣品數據
採樣之後，分別送往不同機台設備的實驗室進行分析
感謝逢甲大學郭老師協助
幫我作了電子顯微鏡與單絲拉力試驗
這個部分是機械性質的分析
用線徑做分類，個人手邊了解的資訊顯示，力度稍嫌不足
於是再次請郭老師進行單絲拉力試驗
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郭老師做出來的報告，圖片多到連我都看到很揪心
我濃縮一下概要，證明山姆不是豪洨或神壇桌頭，是真的有去做實驗分析
這裡作簡單說明
官方公布的拉伸試驗都是有含樹脂的試片
我們作的是單絲拉力
且考量切入點是以逆向工程為主，原本計畫委請大葉大學王博士進行的拉力測試就作罷
畢竟，自行車領域不會有純粹0度堆疊而成的碳纖工件，做試片的意義不大
所以拉力的部分只採單絲試驗
然而，單絲拉力因無樹脂保護且檢驗條件不同，所得結果會與官方公布有些落差
且因纖維線徑的關係，測值範圍會有落差，故取平均值與趨勢來分析
纖維類型的差異，在強度與模量的表現上，可看出發展方向的不同
拉力/拉伸量:
T700平均破斷強度(g):14.299 位移量(mm):0.397
T800平均破斷強度(g):9.013 位移量(mm):0.341
T1000平均破斷強度(g):10.267 位移量(mm):0.407
玻纖平均破斷強度(g):7.880 位移量(mm):0.433
強度/應變/模量
T700平均強度3500Mpa 應變量:(%)1.59 模量220.273Gpa
T800平均強度3370Mpa 應變量:(%)1.36 模量247.659Gpa
T1000平均強度3768Mpa 應變量:(%)1.653 模量(請參考上頭圖示)
玻纖平均強度936Mpa 應變量:(%)1.73 模量56.026Gpa
為何T700的破斷強度比T1000還高?答案在線徑(截面積)
T1000破斷強度也高，但拉伸量也蠻高
近代自行車領域，追求的目標之一是剛性的表現
添加T1000的幫助是甚麼?
考量成本+採購門檻與更大模量，T700/T800/M系會是材料剛性的主力
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本想要另外再寫一個拉曼光譜的實驗單元
但，看那麼多圖片與數據，我的心臟快受不了了
直接濃縮講重點
拉曼光譜儀被用來做碳纖分析的歷史，可以往前追溯到至少2008年
當時就有幾則國際期刊與相關論文
感謝車友游先生鼎力協助山姆進行了這項實驗
拉曼光譜試驗之後，就能明確的藉由D/G判斷出T700/T1000/玻纖的纖維類型
尤其是玻纖，D/G幾乎不會動
拉曼光譜搭配上頭的單絲拉力試驗，上述幾款纖維類型可以被有效的分類出來
分析碳纖，對我而言
只是想了解這部分材料在車架或輪組上頭扮演的角色關係
然而，使用這些纖維就能讓車架或輪組剛性爆表嗎?
並不是
不考慮疊層設計與材質差異，光是管徑加大，剛性數據就能三級跳
看看以下幾個例子
RIDLEY 標榜用M系碳纖，加上它粗大的管材
有這台車的車主就知道它的路感有多硬
CERVELO S3的下管與五通結構也做超大
說到這，眼光飄向了LOOK 695....那個五通大小，拳頭都快可以伸進去了...
TREK 爬坡車架
最講求剛性重量比的爬坡車架
僅也是使用T700，就能表現出設計師的預期效能
疊層設計跟材料，誰比較重要?
在說明一點:剛性越高代表車子或輪組效能越好嗎?
錯!!
去看看汽車界的評比，VOLVO 撞擊測試得分最高的車款跟市售評價最高的車款
是兩台不同型號的車
自行車界裡的車架/輪組亦然
至於甚麼樣的角度會有較佳的剛性表現
容我保留
畢竟，還有一個很深的樹脂系統是鮮少被討論的
By 山姆叔叔技研
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