複材迷思-2
二、T1000比T700厲害
T1000價格是T700好幾倍,形象上是貴而強的碳纖維。
以公司公佈的規格,T1000比T700強度高出了30%,做成複材之後強度可望明顯提升。
看似理想,然而純纖維只能承受一種力量,就是拉力,上述強度指的就是拉伸強度。
因幾何形狀及外力因素,複材件內部可能同時受到拉伸、壓縮、剪切等應力。所以,複材可能因拉伸、壓縮、剪切而造成破壞,也就是複材強度不是一個,而是至少有3個: 拉伸強度、壓縮強度、剪切強度。而纖維能做出有效貢獻就只有拉伸強度。
思考一下,原始纖維如果不加樹脂,和頭髮一樣,抗壓能力是0,加樹脂硬化後才能抗壓縮。因此,壓縮強度是決定在樹脂(與界面)而非纖維本身。所以在受壓的情況,用T1000沒有比T700 厲害。
受剪切情況類似,樹脂與界面才是主角。複材著名的破壞模式之一是脫層,決定在層間剪切強度,而層與層之間是沒有纖維,所以,用T1000沒有幫助。
就算是受拉力,如果拉力方向和纖維不平行,纖維也使不上力,以90度橫向拉伸而言,T1000沒有比T700 厲害,兩個都一樣弱。
複材破壞會從最弱的點和最弱的的方向發生,因此要以T1000取代T700,而能發揮效果,放對位置和放對方向很重要。
上述這段文章內容取自於逢甲大學郭文雄老師
同時他也是SAPME尖端科技協會現任理事長
致力於碳纖維微觀分析與碳纖產業的推廣
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這段文章在我的社團裡有了些討論,我覺得蠻有意思
所以把它寫成痞客邦文章
車友:
現在都有T1100的碳纖公路車架了
我:
之前有看過材料,可以往下找我之前發的文章
車友:
有拜讀過了!
如果用T1100來作整車似乎不合理,但用來作局部補強是可以增加強度的!
我:
一定是局部
但強度與拉伸量你可以參考一下這張圖表
T1000有點像用拉伸量來換強度(Elongation%)
斜率的關係式對自行車所需的剛性有多少幫助?
強度,是拉的方向才派得上用場
且要0度方向才會大家預備起的同心協力
增加自行車純粹的強度意義在哪?
若要低延展+高模量,M系35以上的碳纖隨便一支都能屌打T1000/T1100
車友:
一台騎起來軟硬適中的車是要搭配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, 有的還會再註明模數是以M系列的布補強!
但大多數車廠都簡單的説這車用T1000的布所打造?
其實只是補強而已!
我:
實際上,複材的材料特性思考並非如此單純
T700是24K級碳纖
T1000是30K級,T1100照業界的說法應該會是33K級
模量可以用剛性來解釋
模量差5個Gpa就會有感覺了
更何況是差這麼多級別的程度
首先會被考量到的行為模式是層間剪力強度(ILSS)
纖維剛性落差過大,樹脂的層間剪力強度首先受到考驗
因兩種碳纖的變形量落差過大
樹脂容易有脫層的風險發生
加上現在預浸布的樹脂RC常見含量只有40%左右
風險就不斷的往上堆疊
我修過的這款GIANT PROPEL就是你說的結構設計方式
T700鋪底,主力用M60
我現役車子之一的RIDLEY NOAH 碟煞公路車車也是這樣的結構設計
至於我怎會知道PROPEL是用T700跟M60的碳纖做組合就別問了((問這種事不厚道...))
對碳纖維種類未知卻想了解的,可以參考我這篇文章:
https://samwu660730.pixnet.net/blog/post/464989643-%e7%a2%b3%e7%ba%96%e5%88%86%e6%9e%90part-2
車友:
所以說補強還不能亂補,還要考慮膠材的剪切強度才行!!
我:
然而,很多人忽略掉這部分
除了樹脂自身的特性要被探討
加工製程也會影響到這環節
煮過頭的一大堆
特別是我最近在做碳纖維的蛙鞋舌片,對樹脂與加壓加熱的控管結果相當有感受
即便纖維與樹脂是同一條件,變因只在加壓加熱
出來的結果仍有差異...
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郭老師的""以90度橫向拉伸而言,T1000沒有比T700 厲害,兩個都一樣弱""
這段我有提出我的觀點做諮詢:
我提出一樣受90度橫向拉力時,T700的表現理應比T1000好
因線徑較大,樹脂抓附面積較多
理應可以提供較多於T1000的樹脂機械性質
這樣的論點是從上面圖2所做的T1000/T800複材成型後的機械性質數據比較所推導而來
T800的抗彎模量與90度Tensile strength還有Tensile modulus(拉伸模量)都高於T1000
T800在複材抗彎與90度拉伸測試的表現為何比T1000高?
主因是T800的纖維線徑:
1.截面積略大於T1000
2.真圓度平均值略差於T1000,長短軸落差較大
兩種條件加成了樹脂抓附纖維的面積,提供較多的界面強度所得結果
因此同理可證,T700複材在承受90度拉伸強度時的表現應比T1000好
等老師們的回覆
PS:
在更進一步的探討
碳纖維絲的側面表層造型也會有影響到界面強度的因子
PS2:
現在回頭去看我之前寫的碳纖文章
真的有點菜....真不知以前哪來的勇氣....
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