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FRP、ABS、PP分不清材質特性分析

車訊網 2015-06-05 08:59:00

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文、圖/編輯部

協力/虹將、達信、ARMA

一模一樣的空力套件，使用不同材質打造，就會有不一樣的產品特性，這些差別表現在平整度、軟硬、彈性與可修補性等，到底什麼樣的材質最適合用來製作空力套件？以及不同材質的各自特性為何？將是筆者接下來要介紹的內容。

最普遍的空力材料

FRP玻璃纖維

目前市面上製作空力套件時所採用的材質大致可分為FRP、PP、ABS及Carbon等四大類。主要分別在於原料成本、成型後強度、重量及施工難易度等上有所不同。FRP就是俗稱的「玻璃纖維」，製作方式是以樹脂材料製造模具，接著再重複鋪上玻璃纖維布與樹脂，層層手工堆疊的方式，並待乾燥後再行脫模與加工就可完成基本樣貌，因此FRP擁有容易成型、重量較輕、成本較低的優點，且在製造過程中若要修改也是相當方便，而日後若發生破損，也可就小面積的損壞進行修補。

圖中就是FRP部品的製作過程，可以見到是以樹脂材料為模具，接著再重複鋪上玻璃纖維布與樹脂，層層手工堆疊的方式，並待乾燥後再行脫模與加工就可完成基本樣貌。

重點是由於成本低的關係，所以產品售價相對較低廉，同時也有許多造型供消費者選擇，此外，由於玻璃纖維不需要開發專用的鋼鐵模具便能製造成型，因此若有消費者想要訂做特殊造型的外觀套件，FRP會是店家打造時最好材料，因此FRP玻璃纖維也是目前國內外使用最多的空力套件材質，讓FRP玻璃纖維成為外觀改裝的主流。

FRP材質的空力套件擁有容易成型、重量較輕、成本較低的優點，且在製造過程中若要修改也是相當方便，而日後若發生破損，也可就小面積的損壞進行修補。

而FRP的缺點是製造出來的產品材質偏硬且不具韌性，加上模具與手工披覆製程的關係，產品精緻度、表面平整度都會比較差，若遭受微小的撞擊便相當容易破裂，好在玻璃纖維有著修補容易的特點，也讓消費者不是很在乎容易破裂的這項缺點。值得一提，筆者曾看過日本進口的空力套件，雖然採用FRP材質打造，不過由於採用的樹脂成分較佳，製作工法也較特殊的緣故，因此表面平整度與硬度都相當不錯，可與PP材質相比擬，也讓筆者開了眼界。

大部分改裝用空力套件都是以FRP材質製成，判別方式可以從背面有著絲狀平面可確認，有些日本進口的FRP套件，擁有不輸PP材質的平整度、細緻度與硬度，改裝上去後的密合度相當優異。

原廠最喜歡的材質

彈性極佳的PP

接下來要介紹的是PP材質，其本身是一種塑膠化合物，成分為聚氨基甲酸酯。PP屬於熱固性塑膠，經過射出於金屬模具中成型之後冷卻成固化狀態。PP大多用在大量生產的場合，原廠的前後保桿便幾乎都採用PP為材質，較大的改裝廠推出熱門的空力套件也通常會採用PP為原料。

要以PP材質來製作空力套件，須先開發大型金屬模具並透過射出成型機來製作，成本相當驚人，除非是可大量販售的原廠保桿才能用上PP材質，一般小量的改裝套件很難看到PP材質的部品。

PP最大特點是具有極佳的彈性，且韌度也相當足夠，可承受一定程度的變形或撞擊而不會損壞。改裝套件最常使用PP材質的就是前下巴，由於前下巴較容易與地面接觸發生磨擦，若使用FRP玻璃纖維的話相當容易損壞，因此 PP具高韌性的特點便派上用場，而被廣泛推薦使用。此外，由於PP材質的空力套件生產時是透過金屬模具射出成型，因此整體密合度與表面平整度都會比手路差的FRP套件來得好，安裝前不須經過手工研磨與修改，就能烤漆使用。

除PP外，另有PU材質可用，其擁有極佳的彈性與韌性，可彎折輕微碰撞不易破損，表面平整度也相當不錯，是最適合用來製作前下巴的材料之一，缺點是無法披覆碳纖維布，且重量也不輕。

至於PP主要的缺點在於原料與製作成本相當高，這是因為使用PP材質製作車體零件需開發專車專用的金屬模具，並透過超大型射出成型機來製作，因此會採用PP材質製造的空力套件，都是以能大量銷售以量制價的原廠造型前後保桿為主，至於改裝用空力套件，除非是通用款、前下巴或價格相當高的產品，否則很少會看到PP材質的部品。而PP雖然韌性高能承受一定程度的變形，但若是外在衝擊超過PP本身韌性而導致破裂的話，幾乎沒有辦法修復而必須整組更換，這也是PP最大的缺點之一。

ABS材質製程與PP相仿，由於具有表面光滑、硬度佳不易變型，但有較脆耐撞性不足的特性，因此多半會用在水箱護罩、鍍鉻飾品、車門把手與內裝飾板上。

此外， ABS材質的空力套件也是須透過射出成型才能製作出來的部品，與PP一樣是化合物產品。ABS為丙烯晴、丁二烯、苯乙烯的共聚合物，屬於熱塑性塑膠，彈性與耐衝擊性較FRP佳但比PP差，生產方式也與PP類似，採用模具射出成型，生產效率相當高，能夠大量製造，且由於ABS材質硬度較高，因此擁有相當優異的表面平整度，通常不需研磨就能相當光滑，常被使用於車門外把手、鍍鉻飾條、燈殼上與中控檯飾板上，因此跟PP材質常被新車原廠當做市售車的零件原料。至於其缺點則是比PP材質較脆，因此很少會用來製作於前後保桿上，且同樣有著價格較高、不易修復的問題。

最具戰鬥力材質

Carbon碳纖維

最吸引人的空力套件，莫過於採用Carbon碳纖維材質打造的部品，外觀最大特色就是清晰可見的立體纖維，碳纖維會被當成許多賽車或高科技的應用品，最主要的原因在於相同面積下，能擁有比其他材質（鋁合金或鋼等）還要高的強度及更輕的重量，而且藉由編織手法的不同，還能創造出不同的強度及韌性，但碳纖維最大的缺點就是成本相當高，當然也反映在售價上，一塊全碳纖維引擎蓋單價往往超過3萬以上，營造出高不可攀的性能象徵。不過大家是否知道，同樣是擁有碳纖維紋路的空力套件，底子裡的製程若不同，特性與重量可是天差地別。

碳纖維空力套件，依照製程方式大致上可分成「手積層」、「真空抽吸」與「熱壓成型」三種類。首先介紹的是「手積層」工法，此方式也是目前所有看得到改裝用碳纖維產品的主要製程，製造時只須有「外模具」，目的在塑造產品外型曲線，先把以手工方式將玻璃纖維一層層黏貼於模具上以建立強度，乾燥後再從模具中取出，進行表面碳纖維布的披覆、上金油與研磨工作，此工法製成的產品優點在於生產成本低，技術力不高，因此產品售價比較能讓人接受，仍是汽車改裝市場上的主力。缺點是耐熱性差、又厚且重，產品精密度低，而內層為玻璃纖維，不只光滑度不佳，且由於碳纖維只在外層具美觀效果而已，並不能算是真正的碳纖維製品。

碳纖維之所以會被大量使用於賽車上，除其擁有輕量化效果外，硬度與抗衝擊的能力也是關鍵之一，圖中的碳纖維錐狀物經過撞擊後，並不會整個碎裂，而是呈現網狀破損，代表碳纖維可有效吸收撞擊力道。

最費工的製程技術

熱壓成型碳纖維

碳纖維「熱壓成型」製程有別於手積層技術，且就連使用的原料也不盡相同。手積層所使用的碳纖維布就是一般布料，可摸到纖維絲、觸感軟趴趴，但熱壓成型可就不同了，其所使用的碳纖維布已經加入「Epoxy」(環氧樹脂)，可使碳纖維布變硬、且附有彈性，而且摸起來會黏黏的，平常需要冷藏保存，也因為經過加工，所以光是原料就比手工披覆所使用的碳纖維布要高出2~3倍左右?p>>

許多頂尖超跑的內外車體結構性零件都是採用碳纖維材質所打造，其中的製作技術層次已大大超越一般改裝部品的領域，是真正的高科技賽車產物。

為對應高溫、高壓成型，必須使用鋼製模具，所以在產品製造前需要精準丈量尺寸，才能製作模具，而且需要正反模才能成型，因此需要「一對」鋼模，不像手積層只需要一個。而熱壓成型的過程其實不難了解，成型過程中需加熱到130~140℃左右，同時也會加壓使其成型，因此製造過程需要專用的熱壓設備，產品越大所需要的熱壓設備也越大，成本當然相對提高，這些種種原因都是熱壓產品無法在汽車市場上普及的原因。

圖中為少數有能力打造F1賽車車架的公司才擁有的碳纖維部品生產設備，可以見到真正的碳纖維部品是透過碳纖維絲線一層層編織而成。

不過隨著碳纖維產品需求量大增，運用性也越來越廣，汽車用熱壓產品也有逐漸增加的趨勢。正因為傳統手積層披覆碳纖維無法使產品細節突出，體積過小的產品也有製作困難度，使用熱壓成型反而可以解決這些問題。汽車的後視鏡、晴雨窗、方向盤、中控台與排檔座等，都可以善用熱壓方式，第一、這類飾板的面積小，所需要的模具、熱壓設備也會相對縮小，可以更有效控制成本，再者、熱壓成型的產品厚度薄如紙，運用於飾板上恰到好處。

成本品質均衡點

真空抽吸加壓

至於最後的「真空抽吸加壓」工法，則同樣需要「內外模具」，只是模具不需金屬模，外模一樣是塑型用，內模則是加壓用，製造時會先在外模上鋪設碳纖維布，之後套入內模，內模上有許多條管子，其中一條管子是用來抽吸內外模間的空氣，兩個模具間是無法讓空氣進入，因此內模將會緊緊壓住碳纖維材質與外模，另一條連接黏著用的樹脂，開始抽吸真空時，環氧樹脂會因此被吸入模具中，待樹脂流到另一條導流管時，表示模具已被樹脂填滿，且成型時還會加熱內外模具，目的在穩定環氧樹脂的性質，並提高產品製成後的耐高溫與耐撞擊能力，等樹脂乾燥之後，再行脫模完成打模、修補、噴金油等後續加工。

「手積層」碳纖維製造工法是在FRP部品表面，再貼上一層碳纖維布，並進行上金油與研磨工作，因此底子裡還是FRP的材質，重量並無法減輕太多，且整體硬度遇熱偏軟，尤其是引擎蓋更為明顯。

而此製程有何優點？完成後的產品不只內外層表面都看得見碳纖維紋路，厚度也超薄重量更輕，成品厚度約1.5mm(手積層碳纖維件厚度約6mm)，重點是產品精度高，因此即使製成集氣箱，也不用擔心上下蓋子會裝不上去，或對不到螺絲孔等問題，能在節省製造成本下，又不會犧牲產品品質，是目前國內外各廠商極力發展的碳纖維部品製造技術。