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碳纤维已经如此普及,但你真的了解吗?
来源: | 作者:pmo9a88cb | 发布时间: 601天前 | 947 次浏览 | 分享到:
碳纤维的优势已不需要多做赘述。这种材料在自行车产品领域的用量仅次于波音787客机,但很多车友对于碳纤维的了解只停留在表面。当然对于骑车来说也已足够,不少专业车手对自行车也并没太多了解,哪怕每天在上面呆几个小时。不过如果感兴趣,稍微了解深入一些也不是坏事。


碳布


首先要说的是比较明显的碳布,碳纤维是非常细的纤维,而要使用碳纤维材料首先得把这些纤维弄成布,才能一层一层铺上去,这也就是碳纤维布。



上图粗的是人的头发,细的是碳纤维。

单向布(UD, unidirectional)


很多车友认为单向布是不好的,便宜的,实际上完全不是这样。碳纤维是一束一束的,把碳纤维朝一个方向排成一排,就是单向布。这只是碳纤维的排列方式,与碳纤维材料本身的质量并没任何关系。




单向布在车架的应用是最多的,顺着碳纤维排列的方向,具有更高的强度。比较容易理解的是锁鞋的鞋底,受力大多是纵向的,而不是横向的,所以在锁鞋的鞋底竖着用单向布是更好的选择。车架同样如此,很多部位的受力都是有方向的,所以那些位置用单向布去制造会有更高的强度。



但因为单向布难看啊,所以有了所谓的大理石纹路,但很少人知道大理石纹路是怎么来的。其实只是外观的处理罢了,把碎的碳纤维弄到已经制造好的产品的表面,然后涂上树脂,抽真空,让这些碎的渣渣粘到上面,就是所谓的大理石纹路了。这种外观处理只达到美观效果,并不会对材料强度等方面起到任何实际的作用。

编织布


编织布就是常说的1K,3K,12K碳布了,跟碳纤维本身同样也没关系。1K的意思就是1000根的碳纤维组成一份,然后编织起来;3K也就是3000根,12K也就是12000根,非常容易理解。




就像上面提到的大理石纹路,其实编织布更多的情况也只是用作外观的处理,里面糊的基本都是单向布,所以也并不需要太在意这个说法。



模量(Modulus)


简单的说,模量就是硬度。听到高模往往能想到更轻更硬,的确高模的碳纤维更硬,但实际并不是越硬的也就越好,车架的设计同时还会综合其他因素,比如舒适性,强度,这与硬度是相违背的。为了更好的理解,得把硬度与拉力分开讲解——


硬度(Stiffness)


硬度就是上面说的模量,有两块不同模量,同样大小厚度的薄板,在前方吊一根重物,模量高的材料,这块板发生的形变就会更小,也就是更硬。在需要更高硬度的地方需要高模量的碳纤维,比如五通。


强度(Strength)


同样还是上面两块薄板,但这回是固定着上下两端,然后用力往外扯。在被扯断时,需要用力更大的强度也就更大。


平衡


更硬的碳纤维强度会更低,受力变形更小,也就更容易被破坏。反之更软的碳纤维受力会更不容易被破坏。同时,更硬的材料吸震会更差,骑行的感受也就会更差。一个真正好的车架会在不同的部位使用不同的碳纤维,让整辆车做到刚性,舒适性的平衡。




树脂


碳纤维在没涂上树脂之前,是几乎没有任何强度可言的,3000根碳丝用手很容易就能扯断。而涂上了树脂固化后才会变得比铁还硬,比钢还强。


涂树脂的方法有两种,一种叫预浸,另一种则是普通方法。预浸是在碳布粘到模具上之前就已经预先涂上了树脂;普通的方法是碳布在使用时,才涂上树脂。


预浸布的保存与使用比较麻烦,得低温保存,甚至固化之前的有效期会很短,同时固化时也需要高温高压。但这样做出来的碳纤维制品会具有更高的强度,一般大厂的产品都会使用这样的制造方法。普通方法制作则比较简单了,在使用时混合树脂与固化剂,涂到碳布上,然后黏上去,有条件再抽个真空,常温下放上几个小时就好了。这样比较方便,用在强度不高的地方也没不同,更适合像小编这样自己买些碳布树脂回来胡乱折腾。



还需要说的是碳圈的烧框问题,碳纤维材料本身是耐高温的,但树脂不行。刹车边过热的情况下树脂就会被气化,碳纤维没了树脂就变回了完全没有强度的状态,同时内胎给轮圈的压力也非常大(尤其开口胎),轮圈到了承受不住压力的时候,就会爆了。要不爆框的关键是点刹,一瞬间的松开刹车,刹车边的温度也会立即下降很多。尤其是在陡坡,一直捏着刹车不放下到底,烧框的概率会增大很多很多。当然好的轮圈用的树脂能耐更高的温度,更好的刹车皮产生的热量也会更低,但更关键还是车手刹车的方式。

 

意外


损坏

更好的车架为了更轻,会使用更好的碳布,用更少的层数达到同样的强度。但需要注意的是这里的强度是车架正常受力的强度,并不是非正常受力的强度。反之更好的车架用了更高模(硬)的碳布,同时碳布的层数更少,这样的结果就是在非正常受力的状况下更容易坏。



比如美利达斯特拉 9000LTD车架就非常轻,最薄的地方厚度只有0.4mm。再比如几万块的Dogma F8 Xlight车架,上管用了很好的碳布,做到了又轻又薄,但如果停车没放稳什么的,不小心摔下来磕到了某样硬物,那这架子受损的概率会更高。


而如果是国产的两三千的无标碳架,车架会比较重,碳布的层数比较多,车架也比较厚,那么这样磕一下或许只是有些痕迹,车架的强度或许并不会因此下降。


其实碳纤维车架是非常结实耐用的,无需太过于担心损坏的问题,关键在于运输时打包好,停车时靠稳了,正常的骑行是几乎不会损坏的,即便坏了也能有质保。当然意外总有,摔车或不小心什么的坏了,但也是可以修复的。



小结

碳纤维增强复合材料有着绝佳的物理特性:比铝轻30%、比钢轻50%,强度却是钢的7至9倍,最早用于航空、航天、军工等科技高精尖领域。

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