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F1 賽車輕又硬的法寶 - 碳纖維

F1 賽車輕又硬的法寶 - 碳纖維. 學號： 99815046 姓名：林本源 雜誌名稱 : 一手車訊 出版年月 ： MAY 2011 期別： NO.245 文章名稱：衝破無形的牆 頁碼： P094 、 P100 、 P108. 1. 黑色魔法 - 碳纖維 1.1 何謂碳纖維 ?. 碳纖維之崛起源自於 50 年代東西兩大集團之首 – 美國、蘇俄為了太空競賽，需要一種質輕而機械強度高的材料，碳纖維因運而生。

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F1 賽車輕又硬的法寶 - 碳纖維

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  1. F1賽車輕又硬的法寶- 碳纖維 學號：99815046 姓名：林本源 雜誌名稱:一手車訊 出版年月：MAY 2011 期別：NO.245 文章名稱：衝破無形的牆 頁碼：P094、P100、P108

  2. 1.黑色魔法-碳纖維1.1何謂碳纖維? • 碳纖維之崛起源自於50年代東西兩大集團之首–美國、蘇俄為了太空競賽，需要一種質輕而機械強度高的材料，碳纖維因運而生。 • 碳纖維的良好性能，主要是由於其石墨的結晶結構，碳元子形成平面六角的共價鍵結合，此平面的碳層互相疊合並捲曲成長柱形，而形成碳纖維。因此碳纖維在纖維的方向，由於共價鍵的緣故，具有較高的強度，而在橫向方面，每一碳層間，則是靠較弱的凡得瓦力來結合。

  3. 1.1續 • 緊密編織的碳纖維完全是用手工製成的。（註1）

  4. 1.2碳纖維的特性 比重小、耐熱性極好、熱膨脹係數小、導熱係數大、耐腐蝕性和導電性良好等。同時，它又具有纖維般的柔曲性，可進行編織加工和纏繞成型。碳纖維最優良的性能是比強度和比模量超過一般的增強纖維，它和樹脂形成的複合材料的比強度和比模量比鋼和鋁合金還高 3倍左右。碳纖維複合材料應用在航太、導彈和運動器材上，可以顯著減輕重量，提高有效載荷，改善性能，是航太工業的重要結構材料。由於成本降低，碳纖維已逐步擴大用在民用工業，如汽車工業和運動器材等方面。

  5. 1.3質輕堅固的碳纖維 • 碳纖維，雖然重量只有鋼材的25％，但是這項著名的高科技材料，卻有鋼材兩倍以上的堅固和韌勁，足以讓它成為應用在高安全標準上的神奇素材。而它的輕盈，更是讓對重量斤斤計較的F1賽車工程師愛不釋手。。 大部分超級跑車的內裝組件也大量使用碳纖維素材(註1)

  6. 1.3續 • 由於碳纖維非常穩定，不會起化學反應，而且幾乎不會受到溫度與壓力的變化而產生質變，它在這方面的表現比鋼材要來得好。其它方面也是，事實上溫度越高的時候它會越堅固，而鋼會在635℃的溫度下會軟化，到了1400℃更會融化；但是碳纖維的堅固和勁韌的程度，卻會在20℃到2000℃的加溫過程中越來越強。

  7. 2.碳纖維的應用-超跑 • 要讓一部跑車能展現過人的速度及運動性，需要克服的障礙可不少，汽車製造廠過去的重點幾乎都放在動力上，用大排氣量引擎或渦輪增壓系統將車輛推向更高的速度境界，但如今隨著觀念與科技的轉變，尋找重量更輕、更強壯的複合材料並充分運用空氣力學設計，已主宰現今的技術走向。

  8. 2.1超跑輕量化 • 讓車輛擁有高剛性車身及優異懸吊系統的同時還能將重量抑制在最低程度，鋁合金及碳纖維材質是兩大主流。F1賽車向來被視為汽車尖端科技的行動實驗室，現今已被超跑所廣泛採用的碳纖維複合材料、自手排變速系統與空氣力學概念便都源自F1，當然其中還是以碳纖維複合材料的運用最受矚目。

  9. 2.1續 • 碳纖維可以降低大約10％的重量。 • 質輕的好處就是可以節省油耗，德國VW車廠已經生產出一部全部使用碳纖維材質製成的單座位車款，重量只有290公斤，而且1公升的油就可以跑100公里。 • 碳纖維可以長期使用，而且幾乎不會受到腐蝕，也因此可以免去汽車塗料的污染。

  10. 2.2超跑的關鍵材料 – 碳纖維 • 在1981年的F1開幕賽中，McLaren F1車隊研發出首款碳纖維單體車身的MP4/1賽車而成為全場矚目焦點，自此引領F1賽車與量產跑車走入碳纖維材質的時代。 第一部全碳纖維超跑McLaren F1 （註2）

  11. 2.2續 • 源自航太技術的碳纖維複合材料同時兼具輕量化與高剛性的特點，重量比同體積的鋼材要輕上50%，剛性也比傳統鋼板車身高出4∼5倍，加上可有效吸收撞擊時的能量，因此即便製作成本較高且初期無法符合大量生產的需求，但隨著經驗累積、生產流程改良與市場需求激增，碳纖維材質已成為超跑不可或缺的關鍵材料。

  12. 2.2續 從F1賽車轉移至量產車的碳纖陶瓷煞車系統，擁有重量輕與耐用的優點，同時也能減低簧下荷重而提高懸吊的作動效率。（註3）

  13. 3.碳纖維要如何修復？ • 碳纖維製品雖然重量輕且鋼性高，受強力撞擊時還能夠吸收衝擊力，但隨之而來的就是成粉碎性破裂，在過去通常需要將整部車送回原廠進行局部拆解才能更換損壞的碳纖維組件。 • 此次Lamborghini特別考量此情況而成立一個特別維修小組，若Aventador LP700-4的碳纖維車艙因撞擊而出現損壞，修護專家會前往該車所屬的經銷商進行修復工作。 。

  14. 3.續 • 限量918部且為第一款使用油電混合動力的超跑918 Spyder，便延續過去Carrera GT的 CFP碳纖維強化塑料車艙製作技術，並與Aventador LP700-4採用相同的組合是鋁合金副車架，此設計在遭受意外撞擊時可充分吸收衝擊能輛而維護碳纖維車體的完整性，損壞的副車架也能夠更換而具備維修的優勢。

  15. 4.後碳纖維時代 • 更多的貴金屬：鋁合金 、鎂合金、鈦合金 F1賽車的車殼全部使用碳纖維或是鈦合金。 （註1）

  16. 4.續 • 360 Modena採用鋁合金管狀車架與全鋁合金的車身鈑件，此設計比前一代F355大幅增加了40%的車身剛性並減輕28%的重量負荷，再結合由F1技術團隊所研發的空氣力學外型，藉此展現了絕佳的操控均衡性與優異速度，讓360 Modena成為現代超跑的最佳典範。

  17. 5.結論 • 碳纖維除了因技術進步，成本不斷降低而更增其競爭力之外，因為質輕而能省油的特性，在燃油成本不斷提高的未來，相信有更大的發展可言。而要將整部超跑的重量抑制在可以接受範圍內，並展現讓客戶滿足的速度與性能，就輕量化的技術層面來看，用碳纖維造車已是必然的趨勢，碳纖維的需求只會與日俱增。

  18. 6.參考資料 • 註1：http://tw.autos.yahoo.com/auto_expert_article/url/d/a/070210/7/131o.html • 註2：http://tw.image.search.yahoo.com/search/images?p=McLaren+F1&ni=20&ei=UTF-8&fr=yfp&fr2=tab-web&xargs=0&pstart=1&b=101 • 註3：http://tw.autos.yahoo.com/auto_information_article2/url/d/a/100514/10/3c3j.html

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