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優點無敵 Vacuum Carbon Process 碳纖維進化系列報導 (2)


刊登時間: 2014/04/12

高含碳量之纖維 加工複雜高單價
碳纖維是如何製成的?本刊於177期2013年10月號已有詳細說明,此單元就不再贅述,而在了解碳纖維材料的運用之前,先來談談碳纖維所擁有的優點。

碳纖維是目前比鋼鐵、鋁合金重量更輕、剛性更高、韌性更強的材料,經過高溫碳化、燒結的碳纖維,竟然擁有重量不到鐵材1/4的優勢,而且抗拉強度是鐵材的七倍以上,因此,碳纖維可實現輕量化的訴求,變形率相對降低許多,另外具備了熱膨脹係數小、耐腐蝕高等特性,碳纖維可說是無往不利,可是為何無法被廣泛使用呢?碳纖維是一種強化纖維,自然在耐撞擊性的表現上會比較差,再者,碳纖維材料居高不下的價格,以及加工技術較高、較繁雜等問題,都是碳纖維無法普及的原因。

領導汽車科技的F1方程式賽車,大量使用碳纖維材料,才能讓引擎性能完全發揮,而且不只是輕,還必須符合空氣力學。

特殊花紋無可取代 4000k質感出眾
正因為碳纖維成本高、加工繁雜等缺點,早期碳纖維材料先被使用在航太科技上,例如Air Bus A350、A380等飛機製造上,可大幅降低機體重量,便可達成增加飛行距離、改善油耗等目的,但是現在不同了,碳纖維加工技術日新月異,碳纖維材料被廣泛使用在Formula 1、Le Mans等競技用車的製作上,另外像是超跑、甚至是高單價跑車也會大量使用碳纖維材料,像是車艙、鈑件或是內裝飾板等部分,用途非常廣泛,就算原廠沒有碳纖維件也沒關係,諸如Mansory、ABT等改裝品牌,也會推出許多外觀、內裝碳纖維產品,透過改裝仍可感受碳纖維的優點。

碳纖維材料的成本實在過高,汽車的使用上並不普及,不過高單價的超跑對車重錙銖必較,就連車艙也是使用碳纖維材料製成。

注意看碳纖維製品,不難發現碳纖維是「交叉編織」而成,而依照編織方式的差異可分為「菱格紋」或「十字紋」。碳纖維產品的製造商會購買編織完成的碳纖維布,再進行加工成所需的產品。碳纖維布會依照碳纖維絲的「密度」不同而有等級之分,像是2k、3k、4k、6k等,而k就是1000,k數越大就表示碳纖維絲密度越高、強度越高、重量也越重、價格當然也是三級跳,而汽車所使用的碳纖維布以3k左右為大宗,強度、韌性符合加工成型用,原料價格也最為平易近人。

這輛由Mansory以Lamborghini Aventador為基礎所打造的Carbonado,改裝使用碳纖維材料製成的套件,並包含前加寬40mm、後加寬50mm的葉子板,重量僅比原廠增加了47公斤、為1622公斤,由此可知,碳纖維輕量化的功能。

碳纖維內裝飾板與輕量化沒有絕對關係,但是沒有其它材料可以取代碳纖維花紋所呈現的高質感。

汽車之碳纖維運用 重量減輕性能提高
不管是貼紙、水轉印,碳纖維的特殊花紋令人愛不釋手,就算是「偽」碳纖維也沒關係,因此碳纖維在汽車領域中擔任一個非常重要的角色…裝飾,千萬別這樣就小看碳纖維的功能,此材質之所有會被賽車、超跑甚至是改裝市場所青睞,就是因為碳纖維有著輕量化的重要任務,與其引擎改上渦輪或機械增壓、改裝晶片/改寫ECU程式等動力升級,都比不上輕量化來得重要,在引擎動力保留原廠的條件下,車身重量得以減輕,車輛加速性能就會改變,引擎出力降低、自然能夠改善油耗,當然碳纖維有著高剛性的優點,不會影響行車安全,而這也是為何排氣量已高達五、六千c.c.的超跑,還是要使用碳纖維材料製作車身鈑件,甚至是座艙的原因。

ABT將多年參賽經驗運用到市售產品的開發上,這輛以Audi R8 5.2L V10為基礎所打造的R8 GTR,利用碳纖維材料減重了100公斤,加上最大馬力升級到620hp,0-100km/h加速由原廠的3.9秒縮短到3.2秒,與其花大錢提升動力,不如減輕重量來得實在。

舉個例子來說,超跑等級的Lamborghini在2008年推出Gallardo LP 560-4,其所搭載的5.2L V10引擎可榨出560hp/55.1kgm動力輸出,搭配1410公斤的車重,0-100km/h加速只要3.7秒,真是超級會跑!到了2010年,Lamborghini使用Gallardo LP 560-4為基礎,再推出LP 570-4 Superleggera輕量化車型,除了最大馬力多了10hp之外,藉由引擎蓋、後下擾流板、後下分流器與尾翼等,車內的門板、桶型座椅、方向盤等部分換裝碳纖維製品之後,大幅減重70公斤、到達1340公斤,0-100km/h加速時間也因此縮短了0.3秒、為3.4秒,由此可知,使用碳纖維減輕車重對於性能的影響之大。

Lamborghini會利用碳纖維推出Superleggera輕量化車型,像圖中的Gallardo LP 570-4 Superleggera,透過碳纖維板件的改裝成功減輕70公斤,在最大馬力僅提升10hp的條件下,0-100km/h加速可縮短0.3秒(3.4秒),由此印證碳纖維對性能的影響頗大。

煞車碟盤的尺寸越來越大,加上必須對抗高溫,碳纖維/陶瓷複合材料的運用成為影響制動性能的關鍵。

內裝使用大量的麂皮與碳纖維飾板,看起來質感出眾,也增添幾分神秘感。