鋼、鋁、銅、鈦、硬塑膠、軟塑膠、碳纖維…何者最適合造車？（二）碳纖維是強是弱？

▲碳纖維管經過擠壓之後，纖維編織結構整個潰散！碳纖維材質原形畢露，事實上成型後的碳纖維材料並不耐擠壓，支撐性並非碳纖維的強項

某個專營工業油壓機的廠商，將鋼、鋁、銅、鈦、硬塑膠、軟塑膠、碳纖維等多種材質通通放到油壓機上進行抗壓力測試，答案跌破許多人的眼鏡，第一回合提到塑膠類的測試結果，如果對測試過程，以及壓克力、PVC材質抗壓性強弱有興趣的讀者，不妨參考第一回合的報導。鋼、鋁、銅、鈦、硬塑膠、軟塑膠、碳纖維…何者最適合造車？（一）先談談塑膠材質

▲此圖可以明確看出碳纖維管的編織結構

▲碳纖維成形之前的碳纖維布就真的是柔軟的布，而且真的是編織結構，其優勢在於抗拉、抗扭、抗折，但是非常不利於壓縮

本回合直接解答許多人看到的一個疑慮，那就是碳纖維的抗壓力怎麼那麼低？如果單純看數字的話，碳纖維2998kg的表現，確實沒有什麼好炫耀，但在此可以明確告訴讀者，碳纖維材質最差、最差的物理特性就是抗擠壓與衝擊破壞！最強、最強的材料特性為抗拉、抗扭、彈性等表現，而且好壞表現差異非常大，以下做個解釋。碳纖維原本為柔軟的纖維材質，其原始狀態就是線狀，成形方式乃是將碳纖維線材編織成布料，夠過層層堆疊，並以不同角度交錯增加強度，之後再透過「環氧樹脂」滲入碳纖維編織縫隙內並加熱固化，成為堅固的碳纖維零件。問題來了，碳纖維材質本身本來就不具備支撐性，就算編織成布料還是沒有支撐性，至於固化成形後，支撐性其實是靠環氧樹指，所以像這種擠壓破壞測試，其實可以說是在測試環氧樹脂的抗壓力，碳纖維其實沒有發揮到支撐作用，因為碳纖維本身就是軟趴趴的纖維線，並沒有支撐功能。這種概念，就像是鋼筋混凝土結構，如果擠壓鋼筋混凝土塊，其實主要是在測試水泥的強度，而不是在測試「鋼」的強度，畢竟混凝土中的鋼筋就這麼細，如何發揮支撐效用？相較下，如果以堅硬物體敲擊鋼筋混凝土塊，這樣的結構也很容易被破壞。換句話說，碳纖維材質同樣很怕敲打、衝擊，尤其是尖硬物體撞擊，結構同樣很容易受損。▲碳纖維必須靠編織、樹脂膠合、層層堆疊、高溫燒製，方能達到高硬度、高韌性之特性，目前技術仍不斷進步當中

所以這項實驗，完全暴露了碳纖維成品的缺點！也可以說，壓縮測試其實與碳纖維材質特性無關，因為碳纖維原本就是軟性材質沒有支撐性，所以這根本就是在測試環氧樹脂的強度！但也可以這麼說：碳纖維車體其實不利於結構安全與撞擊測試，因為擠壓和衝擊很容易看出碳纖維成品的脆弱，改善方法就是以結構幾何造型來應變，分散應力方向，並儘量採用實心設計，儘量避免中空結構。不過若是討論材料重量與最大支撐壓力的比例，碳纖維其實和鈦合金、高剛性鋼材相似，抗擠壓實力其實並不差。但話說回來，如果是比較抗拉、抗扭、抗折等特性，碳纖維材質則是明顯優於測試中的其他材料，因此目前高級羽球拍、網球拍的材質只有碳纖維，頂尖超級跑車的車體結構，也是以碳纖維為主。此外碳纖維材質的特性還有進化空間與量產技術的突破，相較下其他材質多數面臨技術瓶頸難以突破，因此碳纖維其實還有充滿遠景的未來。

材質、重量、最大支撐壓力、重量與支撐壓力比壓克力管 ： 09g 、 1538kg 、 170倍PVC管 ： 11g 、 1004kg 、 91倍

碳纖維管 ： 11g 、 2998kg 、 272倍鋁管 ： 20g 、 3840kg 、 192倍鈦管： 33g 、 9190kg 、 278倍黃銅管： 45g 、2568kg 、 57倍普通焊接鋼管： 58g 、4750kg 、 81倍高硬度無縫不銹鋼管： 59g 、 15800kg 、 267倍

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