【技術】深入碳纖工廠 解讀幹碳纖製作過程

2021-02-20 無敵汽車網

原文撰於:2009-12(轉載請註明出處)

我們改裝經常使用的碳纖維部件有溼碳纖與幹碳纖之分,如果不是經常接觸乾濕碳纖的人,很難分辨出究竟眼前的碳纖維製品是幹還是溼,但只要細看便能夠發現出幹碳纖擁有截然不同的質感,幹碳纖絕對的優勢就在於輕,優質的幹碳纖有可能會比一般溼碳纖輕50%。究竟是什麼讓乾濕碳纖差別如此大呢?難道是材料問題?否,乾濕碳纖使用的原材料均是碳素纖維編織而成的碳纖布料,兩者最大的區別就在於加工方法。幹碳纖使用的碳纖布料為一種稱為「Dry Pre-preg Carbon」的預浸材料,是一種預先使用樹脂浸漬並固化到一定程度的薄片型碳纖布,未加工的Dry Pre-preg Carbon容易破碎,由於預先浸漬有樹脂的緣故,必須存儲於大型的冷房內。因此,造就了幹碳纖成本貴的其中主要原因就是原材料Pre-preg Carbon。圖:著名的GT-R改裝品牌——Mine's,就是一家擅長使用幹碳纖製作部件的改裝廠。

幹碳纖的製作過程:

一、首先準備好要做的模體,先將模體表面的雜質進行清理,灰塵等雜質會導致塑造出的碳纖出現瑕疵,因此準備工作第一步是對模體進行徹底的清理。在貼上碳纖布塑型之前,先要對模體塗上一層脫離劑,方便碳纖布成型之後的離型。注意塗抹一定要均勻。接下來便要對幹碳纖布進行cutting,根據模體進行幹碳纖布的切割這個工序必須要很小心,接位必須分毫不差。順帶一提,當碳纖布從冷藏庫裡取出後,對於工作環境的室溫、溼度和空氣的乾淨度都有很密切的關係。接著要將幹碳纖布貼上模體的表面,貼的時候必須很小心,並且必須把模體與幹碳纖布之間的空氣完全擠出才不會影響成品的硬度和外型,在貼上模體時候,對於選擇粘貼角度和方向也必須仔細考慮。

圖:在製作前,先從冷庫中取出Pre-preg Carbon。
二、碳纖布粘帖完成後,便對其進行包裹的工序。包裹一環節分為三個步驟,離型膜、透氣棉、真空袋三層包裝缺一不可。首先在碳纖布的表面貼上離型用的薄膜,再在四周貼上一層固定用的保護膜。將貼好保護膜的模體放進裝有透氣棉的真空袋裡,再進行密封。密封完畢後,便進行真空抽取的工序。抽真空的一個過程需要十分嚴謹,真空狀況將會直接影響成型效果。圖:這一層離型能夠阻止在幹碳纖成型過程中樹脂吸附於透氣棉之上,確保幹碳纖的質量。圖:確保離型膜、固定用保護膜的完工後,套上透氣棉。圖:真空袋包裹後一定要進行真空的測試,不然會影響整個成型過程。圖:真空袋密封過後便要進行真空抽測試,確保真空袋裡面的壓力在-0.09至0.01Mpa之間。注意一點是,要測試出是否有漏風狀態,在抽取過程中暫停氣壓泵,看看真空袋內的壓力是否有變動,有變動則對真空袋進行更改或修補,否之則繼續進行抽壓。

三、準備功夫完成,現在可以進行硬化的操作。低溫時的樹脂處於半硬化的狀態,隨著溫度上升樹脂便逐漸液化,而當溫度超過一定程度後樹脂便會硬化。為此,必須在高壓爐內進行加壓加熱,通過調節高壓爐的溫度和時間之間的比例以燒出一件優質的成品成了關鍵一環。當製品進入高壓爐後,在高壓爐的自動控制面板上進行時間與溫度的操作,溫度保持在多少度,每分鐘的升溫多少度等等複雜的參數必須準確的設定,此外,幹碳纖布使用的層數對於溫度和時間的影響也是存在的。加熱時間的循環由被稱作「Cure Schedule」,這個對於加熱時間的控制是每間碳纖製作廠長期不斷的研究的機密級技術。圖:真空抽取完畢後,便進入到大型的高壓爐(autoclave)內進行加工,為了確保效率,一般都會數件幹碳纖一併入爐。圖:加熱過程中,高壓爐的溫度、壓力的掌握十分關鍵,不同的廠房擁有的參數影響到製作出來的幹碳纖質量。至於這些know-how就各廠有各法,必須靠經驗來獲得。圖:最後便是進行離型的操作,在硬化過程中,被壓縮了的透氣棉上可以看見滲進了加壓過程中多餘的樹脂,透氣棉可以隨意剝取,但如果幹碳纖和模體之間的離型劑塗得不夠的話,幹碳纖有可能會粘住模體。幹碳纖的製作最後一部就是針對部件進行修邊和表面處理。其實幹碳纖也有分兩種,分別是賽車用和日常用。由於幹碳纖的長期處於紫外線的照射下會出現損耗的弱點,一般都會分為經過表面處理和未經表面處理兩種。賽車運動這種不講求耐久只求性能,因此,賽車上經常使用未經處理過的幹碳纖,我們常見的賽車上使用的猶如紙一般薄的幹碳纖便是未經過表面處理的緣故。而經過表面處理的幹碳纖獲得了對抗紫外線的能力,因而適應日常行車所需的耐久度,但是經過表面處理的幹碳纖會比未處理的重10%-20%。

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