碳纖維材料www.tool-tool.com

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又稱碳化纖維，泛指一些以碳纖維編織或多層複合而成的材料。
它是一種強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。它是一種強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。

每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5至8微米。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六角型排列的碳原子所構成。兩者差別在於層與層之間的連結。石墨是晶體結構，它的層間連結鬆散，而碳纖維不是晶體結構，層間連結是不規則的。這樣便防止滑移增強物質強度。

碳纖維是將原料纖維在一定的張力溫度下﹐經過一定時間的預氧化﹑碳化和石墨化處理等過程製成的。以聚丙烯纖維為原料的碳纖維﹐在預氧化過程中﹐聚丙烯原絲中含氧化合物是碳化初期分子間交鏈反應的主因﹐氧是環化反應的催化劑,加熱形成熱穩定性的梯形結構。碳化和石墨化都是在氮氣中進行的﹐碳化反應是使非碳元素藉分子間交鏈反應揮發出來。在熱處理過程中﹐大量氣體揮發後形成更多的石墨層狀結構﹐強度增大﹐模量增加﹐導電性也提高。纖維先由白色變為黃色﹐繼而呈棕黃色﹐最後變為黑色。
碳纖維中碳原子呈層狀結構﹐它的製造過程就是從有機聚合物製成層狀結構聚合物的過程。
a是以纖維素纖維為原料﹐隨著纖維素大分子的分解﹐大分子之間生成許多橋鍵﹐初步形成環狀結構﹔
b是以聚丙烯纖維為原料﹐首先大分子本身環化﹐經過梯形結構再縮合成層狀結構﹔
c是以瀝青為原料時﹐ 利用瀝青的多環芳香結構﹐先結合成高分子物﹐再生成層狀結構聚合物的過程。

碳化加工處理溫度約在 400～1300（1500）℃，主反應在1000℃以下，400～600℃時主要為脫氫、脫水反應，600～1300℃時主要為脫HCN與脫氮反應，其化學反應，然仍有CO2、CO、CH4或其他化合物產生，故其碳化收取率較理論值59～68％為低。
碳化溫度與碳纖之強度、彈性率之關係，彈性率隨著溫度之昇高而提高；
但強度隨著碳化溫度上昇而提高至1300℃以上時，其強度隨著溫度上昇而平移，甚至微降。
碳化工程時將分解之氣體往纖維外部放出，然而部份如氮氣於纖維中發生，在往纖維外側擴散出時，若昇溫過快，則氣泡膨脹於纖維中，形成了微孔之瑕疵。因此，碳化初期昇溫速度僅為每分鐘1℃以下，至後期才加快昇溫速度。
利用小角散射觀察，微孔多發生在纖維之外側，可能是分解氣體通過率較高之位置。
溫度於 1400～1500℃時仍有少數氮原子在纖維中，一直昇到1750℃左右時氮原子才完全被釋放出。
因為 1300～1500℃時，雖然脫氮似乎縮合反應終了，並形成石墨化結構，但於1500～1750℃之溫度範圍內，仍有paracyan之生成，有4級氮原子之蹤跡，故需更高的溫度2300～3000℃來處理，結構再配列，使石墨結晶成長完成。
http://ttf.textiles.org.tw/Textile/TTFroot/aa02n.htm
碳纖維材料製程(第三點腳踏車部分)
1.真空高壓製程
在抽真空下，以20~30公斤的壓力去壓製成型，
不論是在耐高溫，光澤度，平整度，品質上，都是最好的，密度也最高，比較常運用在F1賽車上。
2.熱壓製程
在高溫鍋爐裡，施加6~15公斤的壓力，同樣也是有，耐高溫，平整度，光澤度佳的效果，只是沒有第一種方法好。
3.手工製程
最常見的製程方式，模具是用一般的樹酯模具或玻璃纖維披覆而成，
優點是價格比較便宜，缺點是不能耐高溫，而且鋼性也沒有那麼好，密合度較差，比較容易產生龜裂的情況。
什麼是剛性:
鋼性是說本身的結構,剛性越高相對的也較耐撞，而鋼性也是互相扶持的！！
車輛鋼性好過彎的穩定度也會提高，鋼性越好的車子通常都會比較重
DIY
材料:
碳纖維布，目的是在塑膠芯外面一層一層包覆，不過還是得在加熱情況，以及一些纖維或者是黏著劑，才能附著在表面。
支架:
泡沫塑膠芯，用來製程大致上的車架，就像是骨頭依樣。 在支架與支架之間，用一些黏著劑黏合起來。
最後步驟:
接著就是精加工，打磨整個車身，將一些不必要的材料去除。
以上是簡單的說明，以下是網址
http://www.bmeres.com/carbonframe1.htm
腳踏車比較
‧鋁合金或鋁碳混合車架
硬沒有彈性，質輕但是堅固,這樣的車架可以讓騎乘者踩踏的功率近百分之一百的輸出(在完美的狀態)，但是地面的衝擊也是近百分之一百的傳達給騎乘者，所以長時間下的騎乘，會因地面震動所造成的不適而產生疲勞。
鋁車架可承受的應力會隨著時間及每次施力後累積疲乏,造成衰退，所以一般鋁合金車經常使用的狀況下,不會建議使用5年以上。
‧鈦合金車架
鋼性與強度接近鐵，耐腐蝕，重量密度接近鋁合金，製作昂貴，因為製造極不容易，跟鋼車架或鋁合金車架不同的是，鈦合金車架在燒焊的時候就必需燒在最完美的角度，一但焊接完成，因為本身彈性和晶形結構的問題使它幾乎沒有校正的空間，製做成本就高了非常多，漆料也因為分子附著性低所以不便上漆, 也有不少使用者嫌因為彈性過好而導致踩踏的硬度不夠。
‧鋼車架
使用在單車上時間最久的材質，主要的優點是長時間剛性最強，管材有彈性, 不易累積金屬疲勞，管材接合方式多而且施工較容易，因此廣為低價的車種使用，而鋼管的缺點則是重量過重，保養不當容易生鏽，管材塑形較為困難。
‧ 碳纖維腳踏車
利用碳結的纖維絲編織壓模而成，若沒上漆或是只上透明漆的話會看到它編織的紋路，質輕、強硬、堅固、耐用、幾乎不會壞、又可以在同一台車架上安排不同應力的管材，也給予車架設計者沒有拘束的設計空間，缺點是不能受到過大外力的擠壓或受力不均勻，像一些碳纖座管或碳纖把手、龍頭都會要求最大的鎖緊力道不能超過一定的限制，
材質是編織而成所以不能被它硬度高的材質磨擦否則會破壞它的編織結構，要斷裂時也是說斷就斷。
而碳纖維布的種類有很多，強度的產生可以由碳纖維布加工時的層數，交叉的角度以及碳纖維布的等級來設定，例如要減輕重量可能就是把原本12層的加工減少到8 層，但是強度一定會下降，所以可能原本使用3K的碳纖維布12層，就改為1K的碳纖維布8層才能維持強度，可是成本可能會增加好幾倍。
碳纖維之其它應用
優點:質量輕、機械強度高、耐熱、耐腐蝕、良好的導電與導熱性之碳素材料,更可像纖維般的柔軟
應用:軍事及民生用品、人體之骨骼，建築物之鋼筋、光電科技、碳纖維布加固鋼筋混凝土構件、高分子及碳/碳複合材料的補強材、防電磁波……等等
碳纖維應用廣泛的原因
碳纖維與複合材料的結合: 強化纖維
原因
應用:人體之骨骼，建築物之鋼筋
複合材料應用之層面既深且廣，足以影響人們之各個生活面，但分析材料組成，複合材料能充分發揮其長處且展現各種特性，追根究底在複合材料之強化物。這些強化物之種類可謂琳瑯滿目，但以其材質、種類等分類，舉其重要者不外是碳纖維（石墨纖維）、玻璃纖維及克拉纖維等三種，其他纖維因價格高，產量少，多數僅供研究或特殊用途，碳纖維、玻璃纖維及克拉纖維構成現今複合材料補強物之三大主流，尤其是碳纖維和玻璃纖維幾佔整個強化纖維之全部。
強化物顧名思義即在補強材料之強度、勁度，或某特定功能，其作用譬如人體之骨骼，建築物之鋼筋等具支撐人體肌肉或強化房子之功能，且忍受外界所加諸之負載。它可改變原材之機械性質、物理性質或化學性質等，其改變量之大小與所使用之強化物種類、類型及用量有關，此類型包括纖維是連續性、非連續性、短纖維、顆粒或鬚晶等，
用量少則10~20％，多則60~70％。強化物之加入，在機械強度之提昇大致皆有正面之效果，且其效應隨著纖維加入量之增加而增加。
加入尼龍樹脂: 增強其導電性及耐磨性
應用: 這些強化物為有機材料、無機材料，或為粉末、顆粒、短纖維、長纖維、
纖維蓆或纖維編織物等。
氣相成長系碳維與納米碳管的結構及性質相近:納米碳管束的發現使得新吸附材，觸媒和電發體可以結合在一起
應用: 光電科技
碳纖維主要應用於高分子及碳/碳複合材料的補強材：而氣相成長系碳維與納米碳管的結構及性質相近，做為新一代的碳材料，納米碳管束的發現使得新吸附材，觸媒和電發體可以結合在一起。進而將碳材料延伸應用在光電科技。
樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼於混凝土表面:對結構及構件加固補強的目的
優點
應用: 碳纖維布加固鋼筋混凝土構件
碳纖維具有強度高、自重輕、施工方便、快捷、應用廣泛等優良性能，
因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構件以提高承載力及延長壽命是目前比較流行的方法，在建築業中有著廣泛的發展前景。
本文以一個小型改造工程應用為例介紹了碳纖維複合材料在因功能改變引起荷載變化的結構構件加固中的計算方法和施工工藝，供同行參考。
碳纖維布加固修補結構技術是一種新型的結構加固技術，它是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼於混凝土表面，以達到對結構及構件加固補強的目的。近年來發展十分迅速，在航空、航天、汽車、環境工程、化工、能源、交通、建築、電子、運動器材等眾多領域得到了廣泛的應用。
採用碳纖維布加固具有以下幾個優點：
1、抗拉強度高，是普通鋼材的10倍；
2、加固後能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性；
3、自重輕（約200g/m2） ，密度只有普通鋼材的1/4；基本不增加結構自重及截面尺寸；
柔性好，易於裁剪，適用範圍廣，適合任何形狀
4、施工簡便（不需大型施工機構及周轉材料），沒有濕作業，易於操作，經濟性好；
5、適用範圍廣，施工工期短。
高分子複合材料: 遮蔽電磁波
原因
應用:防電磁波
由於上述電磁波對人體的影響，大部分都是不好的，我們又無法完全與電磁波隔離，
如何既便利又安全地與電磁波共處，實乃現代人必須重視的問題。由於電磁波干擾是一種電磁波雜訊，
嚴重者會造成產品誤動作、失控、失效或對人體產生危害。
高分子材料具有設計自由度高、質輕、美觀、可射出成型及價廉等諸多優點，特別是在非結構性材料的應用上，高分子材料具有質輕且價廉的優勢。傳統的高分子材料具有良好的絕緣性，因此無法有效遮蔽電磁波，然而導電性高分子材料對電磁波則具有良好的遮蔽性。所謂「導電性高分子材料」，是在高分子材料中添加導電性填充物，或改變高分子材料的性質，以增加電荷轉移的能力，使材料能迅速傳導電荷而達到導電的效果，進而提高對電磁波干擾的遮蔽能力。導電性高分子複合材料（電磁波遮蔽材料）
參考資料 http://www.cdn.com.tw/live/2003/06/07/text/920607e9.htm
http://jaredkreuk.blogspot.com/
http://www.lunwentianxia.com/product.free.1553317.1/

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