一篇臺灣人寫的關於碳纖維的介紹，觀點雖有失偏頗，但是有一些思考方式還是值得我們借鑑的。分享出來，以饗讀者。獲取信息請關注碳纖維資訊公眾平臺cfrp888，個人交流請加蘇格拉偉微信zahawe.
前言
很久很久以前那個古老的年代，從羅光男的光南集團開始，臺灣其實已經建立起碳纖維複合材料王國的優勢了。打不死的中小企業、天下無敵的模具設計能力、嚇死人能夠山寨的機械裝備和製造廠商、在再加上臺塑還他媽的竟然可以生產碳纖維這種高級貨，這根本簡直就是為碳纖維複合材料量身打造的基礎啊。
所以後來光南集團倒閉後（倒閉八卦很多，三天三夜也說不完），培養出來的工程師四散八方，就有如把整籃的種子灑向了肥沃的土壤，創業成功的例子比比皆是，更是造成了臺灣複合材料工業百花齊放的盛況。從碳纖球拍、碳纖釣竿、碳纖高爾夫球桿到今天的高級碳纖維自行車。這些可都是貨真價實的創造臺灣經濟奇蹟的幕後無名英雄啊。當然了，他們錢也沒少賺。
從某方面講，複合材料很適合臺灣中小企業的發展。設備簡單，進入門檻低，加上一開始說的臺灣整體產業環境相當優良，因此臺灣的複合材料廠商實在是數不勝數啊。
說了這麼多無聊的話是不是想被人炮轟？不過複合材料這種東西製備工藝千萬種，碳纖維跟樹脂的搭配更是千奇百怪，這一領域絕對是易懂難精。臺灣複合材料公司又這麼多，每家公司都還有自己的一套理論，想要自以為是的介紹複合材料領域，難免不被炮轟。
可是說真的，就算已經做了十幾年的複合材料研究，也不敢說自己是複合材料領域的專家吧，下邊列一些專業知識：
熱固性樹脂分類：環氧、酚醛、乙烯基、不飽和樹脂…
熱固性樹脂添加劑種類：硬化、催化、抑制、增韌…
熱塑性樹脂分類：聚乙烯、聚丙烯…
熱塑性樹脂添加劑種類：增韌、阻燃…
增強纖維種類：玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉縴維…
纖維處理：表面處理、漿液、油劑…
成型方法：擠出、射出、真空袋、真空釜、拉擠、模壓、纏繞…
設計分析：應力分析、成型分析、破壞分析、非破壞分析…
只要想做複合材料，上面講的每一個分類都要了解，但這些分類裡面，每一個單項可都是讓人鑽研數十年也學不全的技術啊。誰還敢自稱複合材料專業？
因為自己本身剛好就在這個行業，對碳纖維複合材料有一些研究，常看到許多人對於碳纖維強度規格各方面都不是很了解，再加上網上常常有一些錯誤的表述，誤導人的說法，就像從頭介紹一下碳纖維。
先要了解碳纖維首先簡單介紹一下碳纖維的歷史。什麼愛迪生從竹子抽出碳纖維的那些起源我就不講了，自己可以百度一下。我就直接說網上找不到的八卦吧。目前全球碳纖維生產公司大致可以分為四大公司、兩大集團。四大公司分別是東麗、東邦、三菱、臺塑。是的，你沒看錯，前三甲都是日本頂級的集團公司，臺塑雖然搞得臺灣西南沿岸生態惡化，不過他確實是全世界前四大碳纖維生產公司。所以臺塑碳纖維確實很了不起，因為他確實養活了很多人，因為這些碳纖維創造了很多臺灣產業的第一，因為碳纖維確實是個好東西，生產難度也極大，什麼比強度就不說了，只因為碳纖維是重要的國防材料，深入了解就知道重要性真是屌爆了。
舉個例子就知道碳纖維多重要了，隔壁中國大陸最近有錢了，所以想要搞國防航天技術自主。因此拼了老命的想要國防航天領域中最重要的材料——碳纖維的生產技術。但這方面，大陸研究了30年卻連個屁也生不出來。真好笑，原子彈都生產出來了，卻造不出碳纖維。到了2007年，大陸實驗室好不容易弄出個T300等級的3K碳纖維，國務院總理溫家寶參觀後感動的說「30年磨一劍」，「中國人終於可以站起來了」。狗屁，在複合材料行家眼裡，那磨個狗屁劍，大陸現在的國產碳纖維連指甲刀都稱不上。這種等級的碳纖維頂多可以稱為「鐵牙籤」。所以說30年磨一隻鐵牙籤出來，也真是辛苦那些大陸的碳纖維研究學者了。
不過我要澄清，我不是瞧不起大陸人，嚴格說起來我怕死大陸了，大陸為了發展碳纖維，國家主席一聲令下，立刻幾千億的資金就成立了十幾間碳纖維生產公司，我好怕啊。雖然那些大陸廠商還在生產「鐵牙籤」，技術上還是相差八千裡路雲和月，但是我真是好怕啊。所以說，還是要讚賞一下臺塑公司。印象中臺塑公司一向不是以研發技術出名（偷技術和買技術是很有名）。可是碳纖維這種尖端國防技術卻跌破眼鏡真的讓臺塑自己研發出來了。臺塑有這種傲人的碳纖維研發技術確實是了不起啊。
話說出來了，早先臺塑碳纖維品質與另外三家日本廠商也是天壤之別，不過近幾年不知從哪裡偷學技術，整個品質似乎突飛猛進了。好多對外宣稱全部使用東麗的碳纖維廠商，私底下也偷用了臺塑的碳纖維，這是業界公開不能說的秘密。不過也因為臺塑有碳纖維，臺灣才可以從碳纖維球拍、碳纖維釣魚竿、碳纖維高爾夫球桿到了碳纖維自行車。完整的碳纖維複合材料上中下遊產業鏈所產生的競爭力，養活了多少人啊。
寫到這裡突然發現本來只想簡單介紹一下碳纖維四大公司，結果不小心打出吹捧臺塑的文章。言歸正傳，先了解什麼是碳纖維。
先故意以一般人聽不懂的說法定義好了：亂層結構的穩定連續碳原子組成的連續性碳纖維材質。OK，聽不懂很正常，因為上面這句話是我瞎掰的。不要罵我，寫這種很正經的文章不是我的風格，隨便瞎掰才是我的興趣和專長，不過，我下面會儘量努力正經一點寫啦....
來個照片介紹吧
這就是單一根碳纖維(SEM相片，第一段裡面唯一正常照)
碳纖維直徑只有頭髮的1/50，這張是頭髮，想像他的1/50細的一根毛(也是SEM照相，找好久才找到有頭皮屑的SEM照片)。
看得懂的人就自己看，看不懂的人不要問我的碳纖維結構圖
K數的差異
OK，進到了第二段，接下來先從K這個東西說起。一般來說『K數』是指一束碳纖維中有幾千根的單絲。3K就是指一束碳纖維中有3,000根單絲碳纖維。12K就是指一束碳纖維中有12,000根單絲碳纖維。如果你不是跳著看，那應該看過了最開頭的介紹，也應該知道單根碳纖維長甚麼樣子。
人的眼睛正常看起來是這樣，很明顯，12K碳纖維比3K碳纖維看起來又粗又黑多了。
T300、T600、T700、T800、T1000的差異
接下來講上述這些型號的差異，這些都是日本東麗(TORAY)公司的碳纖維型號。因為Toray公司太屌了，做碳纖的誰沒聽過鋒哥啊，不是，做碳纖的誰沒聽過Toray啊。所以其餘幾家碳纖生產公司都會跟隨Toray公司的等級生產，簡單來說就是跟風啦。以T700等級的來說，其餘三家碳纖生產公司也都有一模一樣強度的產品。心機一點來說，如果你看到車架介紹上面寫：使用T700『等級』的碳纖維那麼你也就可以合理懷疑他使用的碳纖維是其他公司生產的(例如FPC 12K36S)回到正題，因為這些型號是Toray公司當初按照強度下去分的，所以碳纖強度T300＜T600＜T700＜T800＜T1000 是毫無疑問的但是有一個重點，也是最多人誤解的部分請先看下表，這是TORAY公司最新的型錄。
(注意Number of filaments那一欄代表幾K)
注意到了嗎？！
高級貨(T600以上)都只生產12K、24K的碳纖維
強度最差的T300那一等級才有1K、3K的碳纖維
所以如果單以強度來說，1K、3K的碳纖維通常是遠不及12K、24K的碳纖維的(不過售價上越小K數的越貴，成比例關係)(強度跟編織方法甚麼的也沒很大關係，下一段會解釋)註：車架用到1K、3K碳纖的部分也都只有表面最外層的外觀材。
編織布與UD的差異
上面已經介紹完碳纖維了，下面開始說一些碳纖成型的基礎。覺得我講的速度會太快嗎？如果覺得我介紹太快的同學，麻煩看慢一點好嗎？
下面繼續，碳纖維雖然是一束一束的，但是自行車使用的是卻是『碳纖維布』。甚麼是碳纖維布呢？大概可以分成以下兩種
上面這種交錯式的是編織布(Woven Fabric)
下面這種單一方向的是單向布(Unidirection Prepreg)
OK，編織布(woven)和單向布(UniDirection)用在自行車上各有各的優缺點
編織布優點：好看、層間剪應力高 (後面那一點是我好不容易才想出來的)
編織布缺點：強度低、貴 (編織需要花錢)
一般人一定要看到碳纖編織的花紋，才會覺得裡面是用碳纖
而且越小K數的碳纖維編織出來的花紋越好看，
所以一般編織是使用1K、3K的碳纖維編織，
但1K、3K的碳纖維強度不高又貴，
所以只好用一層在最外層來當外觀材，
另外，在一次意外1K、3K的碳纖維大缺貨時
某家變通的廠商也發展出所謂的大理石紋這種流行的變種外觀
單向布優點：強度高且穩定，疊層角度可設計，價格便宜
單向布缺點：成型後外觀看不出是碳纖維
很多人都知道碳纖布是一層一層疊起來的
所以單向布的好處是可以隨著設計變化角度來應用不同的受力方向
再加上單向布的強度遠高於編織布，
所以目前自行車碳纖維零組件除了最外層之外
內層(約10~30層，各家廠商不同)幾乎都是使用單向布
那有人一定會問為什麼最外層不乾脆也用單向布呢？老實說，你如果看到下面這根歐嘜嘜的碳纖維管，會很嗨嗎？
這個社會是很現實的，碳纖維世界也是這樣
沒有最外面那層皮，你會看得起他嗎？
如果韓狗藝人都不整型，那麼碳纖外觀材還會需要編織布嗎？…………
(我這人的文章風格就是降，不管怎樣都可以隨便凹回來罵韓國人)
強度與模數的差異
接著，這是今天最後一段碳纖維復材介紹了
不是因為已經講得差不多了，而是因為我累了。
OK，最後我想介紹的是
強度(Tensile Strength)和模數(Tensile Modulus)的不同
簡單來說 (完全是想草草結束的嘴臉)
強度越高越拉不斷，強度越低輕拉就斷
模數越高就硬梆梆，模數越低就軟趴趴
自行車對於這兩項特性都有需求
一般的T700、T800、T1000就是針對強度的需求
所謂的M35J、M50J、M60J針對的則是模數的需求
以自行車來說，T1000強度雖高，但絕對無法整車都用T1000，
而M60J模數雖然頂天，也是絕對無法整車都用M60J的碳纖維。
一臺騎起來軟硬適中的車一定要T系列和M系列的碳纖維都有，
所以有良心的車廠除了標示使用T1000碳纖維做強度補強外，
還會再註明模數是以M60J補強，讓資訊透明。
不過呢，再有良心的車廠，只要達到強度和重量的需求
車架裡面一定會多多少少放一些T700來降低成本啦
我就曾親眼看過一臺定價15000歐元以上的歐洲車廠車
裡面車架部分還是有給他偷偷使用T700的碳纖啊，這就是成本觀念啊
不過這裡一定要提出的是，M60J主要是模數強化系列的碳纖維，
所以不要只看他強度好像還比T800低，以為他是三流碳纖。
拜託，M60J的模數是T1000的兩倍不只啊
老實說，
買的到T1000的碳纖，還不一定買的到M60J的碳纖勒，
M60J的碳纖維在復材行家眼裡根本就是Toray所開發的一種偉大藝術品啊
綜合今天上述所講的，希望對大家能多一點幫助
簡單來說碳纖車架不需要去注意到底是幾K，
那隻跟最外層花紋有關係
如果真的在意，不如去了解車架裡用了哪些碳纖維
T700 or T800 or T1000，比例多少？
M35 or M50 or M60，比例多少？
不過話說回來，知道了又怎樣，騎起來會飛天嗎？
最後，講一件八卦好了(唯恐天下不亂)
大家知道碳纖很貴，那大家知道碳纖的價格嗎？
T700大概1公斤17美金吧，T800價格約T700的3倍左右
(T1000就不是價格問題，是買不買的到的問題)
(請各家業者採購不要說我唬爛，你買不到這價格是因為貴公司等級不夠)
如果加上樹脂的最後成品(樹脂較便宜，碳纖/樹脂重量比大概6:4)
T700材料成本價格大概1公斤12美金左右
T800比較貴，大概要到1公斤35美金吧
不過整車內部也通常不會全是T800，看廠商誠意意思意思放個幾層吧………
高模數碳纖維一直是我心中的藝術品，
尤其碳纖維四大公司中 Toray 公司所生產的M60J 更是我心目中的偉大傳奇
如果不了解的人，請去看我前面的文章吧....
(不過老實說我前面的文章也是寫得很不清楚，所以建議就不用浪費時間了)
好吧，回歸正題
中高模數的碳纖維一直是一種高科技國防管制用品
用途相當廣泛，簡單來說
不管是航太方面，
或是汽車方面，
都能找到其使用的蹤跡，實在是人類科技文明躍升進步背後的動力支撐來源啊..........
簡單來說，自從1961年 近藤昭男博士發明PAN系碳纖維之後
(南韓媒體：近藤 昭男是南韓人，所以碳纖維是南韓人發明的)
TORAY公司到目前已經是碳纖復材業界最屌的一家碳纖維原料生產公司了
以Toray公司來說
其碳纖維產品大致可分為以強度為主的T系列和以模數為主的M系列
兩者在外觀上差異不大，但生產方式有所差別
在最後的高溫爐燒結溫度到達極限(1500度C以上)之後
再以超高溫石墨爐將碳纖石墨化(2000度C以上)後才可以生產出M系列
所以如果你看到網路規格中有HM，那就表示有高模數補強
24HM約T700等級 (業界俗稱24 噸)
30HM約T800等級 (業界俗稱30 噸)
40HM約M40J等級 (業界俗稱40 噸)
60HM約M60J等級 (業界俗稱60 噸)
(複製貼上真是個好東西，不過自行車業者愛亂標，大家自行推理吧)
其中T1000 和M60J 等級的碳纖維可都是其他家競爭對手望塵莫及的高規格產品
寫到這裡，可能還是有人分不清甚麼是模數，甚麼是強度
我很想說，如果不了解的請去看我前面的文章
不過老實說，我前面的文章寫到這段時懶病發作，一整個偷懶
所以我建議也不需要特地去找來看了
就直接在這裡稍微講詳細一點吧
所謂的引張強度就是指，可以把材料拉斷的力量大小
強度越高越拉不斷，強度越低輕拉就斷
舉例來說
橡皮筋引張強度低，所以稍用點力就可以把他拉斷了
鋼絲引張強度高，你再怎麼用力也拉不斷........
而所謂的引張模數呢，就是指材料受力變型的程度
模數越高就硬梆梆，模數越低就軟趴趴
舉例來說
玻璃就是硬梆梆界的最佳範例(模數高)
你再怎麼用力去扭他，也很難去把他扭到變形
而黏土就是軟趴趴界的最佳代表(模數低)
隨便輕輕一扭，黏土就整個變形了
如果要提高碳纖維的模數，就需要超高溫石墨化，不過碳纖在石墨化之後
隨著石墨爐內最高溫度的增加，模數(Tensile Modulus)雖然隨之增加
但是強度 (Tensile Strength)確會逐漸下降，此為碳纖維之理論特性
從下面第一張圖的碳纖分布就可以略知一二
引張彈性率(就是所謂的模數)增加時，引張強度會逐漸下降
所以要做T1000的強度容易 (其實也不容易啦)
要生產M60J的模數可就不是那麼簡單了.................
M系列的碳纖維跟T系列的碳纖維在外觀上長的幾乎是一模一樣
不過手感會比較軟，也比較容易起毛，但從外觀來看一般人是分不出來的
至於使用的方法 一樣是做成UD PREPREG (單向預浸布)後，一卷一卷再去裁切疊層
主要用來補強車架裡需要剛性的部分啦
但為甚麼我說高模數的碳纖維是極品呢
先看下面這張圖
上圖是TORAY公司的所有碳纖維強度分布，縱軸是強度，橫軸是模數
所以你可以看出裡面大致分為以縱軸強度為主的高強度系(T系列)
和以橫軸的彈性模量為主的高模數系(M系列)
那是兩個截然不同的強化方向啦不過為何我鍾愛M系列呢
再看下面這張碳纖維應用分布圖就知道了
看到沒，兩張圖一比較
就可以知道高模數M系列可是為了 "宇宙" 用途而開發的啊
那可是"宇宙"用途啊
光聽到那兩個字，雙手握拳的我，左胸口的熱血就開始噗通噗通的一直亂噴啊
歷史上打敗惡魔黨，保護地球，維護宇宙和平，在大氣層裡面外面飛來飛去的傳說 靠的就是高模數M系列啊