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FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析

2020-06-07   分类: E潮生活   参与: 960人  作者:
文、图/编辑部

协力/虹将、达信、ARMA

一模一样的空力套件,使用不同材质打造,就会有不一样的产品特性,这些差别表现在平整度、软硬、弹性与可修补性等,到底什幺样的材质最适合用来製作空力套件?以及不同材质的各自特性为何?将是笔者接下来要介绍的内容。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析 

最普遍的空力材料

FRP玻璃纤维

目前市面上製作空力套件时所採用的材质大致可分为FRP、PP、ABS及Carbon等四大类。主要分别在于原料成本、成型后强度、重量及施工难易度等上有所不同。FRP就是俗称的「玻璃纤维」,製作方式是以树脂材料製造模具,接着再重複铺上玻璃纤维布与树脂,层层手工堆叠的方式,并待乾燥后再行脱模与加工就可完成基本样貌,因此FRP拥有容易成型、重量较轻、成本较低的优点,且在製造过程中若要修改也是相当方便,而日后若发生破损,也可就小面积的损坏进行修补。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析图中就是FRP部品的製作过程,可以见到是以树脂材料为模具,接着再重複铺上玻璃纤维布与树脂,层层手工堆叠的方式,并待乾燥后再行脱模与加工就可完成基本样貌。

重点是由于成本低的关係,所以产品售价相对较低廉,同时也有许多造型供消费者选择,此外,由于玻璃纤维不需要开发专用的钢铁模具便能製造成型,因此若有消费者想要订做特殊造型的外观套件,FRP会是店家打造时最好材料,因此FRP玻璃纤维也是目前国内外使用最多的空力套件材质,让FRP玻璃纤维成为外观改装的主流。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析FRP材质的空力套件拥有容易成型、重量较轻、成本较低的优点,且在製造过程中若要修改也是相当方便,而日后若发生破损,也可就小面积的损坏进行修补。

而FRP的缺点是製造出来的产品材质偏硬且不具韧性,加上模具与手工披覆製程的关係,产品精緻度、表面平整度都会比较差,若遭受微小的撞击便相当容易破裂,好在玻璃纤维有着修补容易的特点,也让消费者不是很在乎容易破裂的这项缺点。值得一提,笔者曾看过日本进口的空力套件,虽然採用FRP材质打造,不过由于採用的树脂成分较佳,製作工法也较特殊的缘故,因此表面平整度与硬度都相当不错,可与PP材质相比拟,也让笔者开了眼界。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析大部分改装用空力套件都是以FRP材质製成,判别方式可以从背面有着丝状平面可确认,有些日本进口的FRP套件,拥有不输PP材质的平整度、细緻度与硬度,改装上去后的密合度相当优异。

原厂最喜欢的材质

弹性极佳的PP

接下来要介绍的是PP材质,其本身是一种塑胶化合物,成分为聚氨基甲酸酯。PP属于热固性塑胶,经过射出于金属模具中成型之后冷却成固化状态。PP大多用在大量生产的场合,原厂的前后保桿便几乎都採用PP为材质,较大的改装厂推出热门的空力套件也通常会採用PP为原料。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析要以PP材质来製作空力套件,须先开发大型金属模具并透过射出成型机来製作,成本相当惊人,除非是可大量贩售的原厂保桿才能用上PP材质,一般小量的改装套件很难看到PP材质的部品。

PP最大特点是具有极佳的弹性,且韧度也相当足够,可承受一定程度的变形或撞击而不会损坏。改装套件最常使用PP材质的就是前下巴,由于前下巴较容易与地面接触发生磨擦,若使用FRP玻璃纤维的话相当容易损坏,因此 PP具高韧性的特点便派上用场,而被广泛推荐使用。此外,由于PP材质的空力套件生产时是透过金属模具射出成型,因此整体密合度与表面平整度都会比手路差的FRP套件来得好,安装前不须经过手工研磨与修改,就能烤漆使用。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析除PP外,另有PU材质可用,其拥有极佳的弹性与韧性,可弯折轻微碰撞不易破损,表面平整度也相当不错,是最适合用来製作前下巴的材料之一,缺点是无法披覆碳纤维布,且重量也不轻。

至于PP主要的缺点在于原料与製作成本相当高,这是因为使用PP材质製作车体零件需开发专车专用的金属模具,并透过超大型射出成型机来製作,因此会採用PP材质製造的空力套件,都是以能大量销售以量制价的原厂造型前后保桿为主,至于改装用空力套件,除非是通用款、前下巴或价格相当高的产品,否则很少会看到PP材质的部品。而PP虽然韧性高能承受一定程度的变形,但若是外在冲击超过PP本身韧性而导致破裂的话,几乎没有办法修复而必须整组更换,这也是PP最大的缺点之一。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析ABS材质製程与PP相仿,由于具有表面光滑、硬度佳不易变型,但有较脆耐撞性不足的特性,因此多半会用在水箱护罩、镀铬饰品、车门把手与内装饰板上。

此外, ABS材质的空力套件也是须透过射出成型才能製作出来的部品,与PP一样是化合物产品。ABS为丙烯晴、丁二烯、苯乙烯的共聚合物,属于热塑性塑胶,弹性与耐冲击性较FRP佳但比PP差,生产方式也与PP类似,採用模具射出成型,生产效率相当高,能够大量製造,且由于ABS材质硬度较高,因此拥有相当优异的表面平整度,通常不需研磨就能相当光滑,常被使用于车门外把手、镀铬饰条、灯壳上与中控檯饰板上,因此跟PP材质常被新车原厂当做市售车的零件原料。至于其缺点则是比PP材质较脆,因此很少会用来製作于前后保桿上,且同样有着价格较高、不易修复的问题。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析 

最具战斗力材质

Carbon碳纤维

最吸引人的空力套件,莫过于採用Carbon碳纤维材质打造的部品,外观最大特色就是清晰可见的立体纤维,碳纤维会被当成许多赛车或高科技的应用品,最主要的原因在于相同面积下,能拥有比其他材质(铝合金或钢等)还要高的强度及更轻的重量,而且藉由编织手法的不同,还能创造出不同的强度及韧性,但碳纤维最大的缺点就是成本相当高,当然也反映在售价上,一块全碳纤维引擎盖单价往往超过3万以上,营造出高不可攀的性能象徵。不过大家是否知道,同样是拥有碳纤维纹路的空力套件,底子里的製程若不同,特性与重量可是天差地别。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析 

碳纤维空力套件,依照製程方式大致上可分成「手积层」、「真空抽吸」与「热压成型」三种类。首先介绍的是「手积层」工法,此方式也是目前所有看得到改装用碳纤维产品的主要製程,製造时只须有「外模具」,目的在塑造产品外型曲线,先把以手工方式将玻璃纤维一层层黏贴于模具上以建立强度,乾燥后再从模具中取出,进行表面碳纤维布的披覆、上金油与研磨工作,此工法製成的产品优点在于生产成本低,技术力不高,因此产品售价比较能让人接受,仍是汽车改装市场上的主力。缺点是耐热性差、又厚且重,产品精密度低,而内层为玻璃纤维,不只光滑度不佳,且由于碳纤维只在外层具美观效果而已,并不能算是真正的碳纤维製品。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析碳纤维之所以会被大量使用于赛车上,除其拥有轻量化效果外,硬度与抗冲击的能力也是关键之一,图中的碳纤维锥状物经过撞击后,并不会整个碎裂,而是呈现网状破损,代表碳纤维可有效吸收撞击力道。

最费工的製程技术

热压成型碳纤维

碳纤维「热压成型」製程有别于手积层技术,且就连使用的原料也不尽相同。手积层所使用的碳纤维布就是一般布料,可摸到纤维丝、触感软趴趴,但热压成型可就不同了,其所使用的碳纤维布已经加入「Epoxy」(环氧树脂),可使碳纤维布变硬、且附有弹性,而且摸起来会黏黏的,平常需要冷藏保存,也因为经过加工,所以光是原料就比手工披覆所使用的碳纤维布要高出2~3倍左右?p>>FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析许多顶尖超跑的内外车体结构性零件都是採用碳纤维材质所打造,其中的製作技术层次已大大超越一般改装部品的领域,是真正的高科技赛车产物。

为对应高温、高压成型,必须使用钢製模具,所以在产品製造前需要精準丈量尺寸,才能製作模具,而且需要正反模才能成型,因此需要「一对」钢模,不像手积层只需要一个。而热压成型的过程其实不难了解,成型过程中需加热到130~140℃左右,同时也会加压使其成型,因此製造过程需要专用的热压设备,产品越大所需要的热压设备也越大,成本当然相对提高,这些种种原因都是热压产品无法在汽车市场上普及的原因。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析图中为少数有能力打造F1赛车车架的公司才拥有的碳纤维部品生产设备,可以见到真正的碳纤维部品是透过碳纤维丝线一层层编织而成。

不过随着碳纤维产品需求量大增,运用性也越来越广,汽车用热压产品也有逐渐增加的趋势。正因为传统手积层披覆碳纤维无法使产品细节突出,体积过小的产品也有製作困难度,使用热压成型反而可以解决这些问题。汽车的后视镜、晴雨窗、方向盘、中控台与排档座等,都可以善用热压方式,第一、这类饰板的面积小,所需要的模具、热压设备也会相对缩小,可以更有效控制成本,再者、热压成型的产品厚度薄如纸,运用于饰板上恰到好处。

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成本品质均衡点

真空抽吸加压

至于最后的「真空抽吸加压」工法,则同样需要「内外模具」,只是模具不需金属模,外模一样是塑型用,内模则是加压用,製造时会先在外模上铺设碳纤维布,之后套入内模,内模上有许多条管子,其中一条管子是用来抽吸内外模间的空气,两个模具间是无法让空气进入,因此内模将会紧紧压住碳纤维材质与外模,另一条连接黏着用的树脂,开始抽吸真空时,环氧树脂会因此被吸入模具中,待树脂流到另一条导流管时,表示模具已被树脂填满,且成型时还会加热内外模具,目的在稳定环氧树脂的性质,并提高产品製成后的耐高温与耐撞击能力,等树脂乾燥之后,再行脱模完成打模、修补、喷金油等后续加工。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析「手积层」碳纤维製造工法是在FRP部品表面,再贴上一层碳纤维布,并进行上金油与研磨工作,因此底子里还是FRP的材质,重量并无法减轻太多,且整体硬度遇热偏软,尤其是引擎盖更为明显。

而此製程有何优点?完成后的产品不只内外层表面都看得见碳纤维纹路,厚度也超薄重量更轻,成品厚度约1.5mm(手积层碳纤维件厚度约6mm),重点是产品精度高,因此即使製成集气箱,也不用担心上下盖子会装不上去,或对不到螺丝孔等问题,能在节省製造成本下,又不会牺牲产品品质,是目前国内外各厂商极力发展的碳纤维部品製造技术。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析这张碳纤维引擎盖就是手积层工法所打造,因此背面仍可见玻璃纤维的纹路,且从切面来看,可明显看出中间为半透明的树脂层,表面散热孔还可见黑色未批覆碳纤维布的地方。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析 

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FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析此为「热压成型」工法会使用到的钢製模具与热压机,由于製造过程需要专用的热压设备,产品越大所需要的热压设备也越大,成本当然相对提高,这些种种原因都是热压产品无法在汽车市场上普及的原因。

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FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析传统手积层披覆碳纤维无法使产品细节突出,体积过小的产品也有製作困难度,使用热压成型工法反而可以解决这些问题,因此愈来愈多的汽车用碳纤维后视镜、方向盘、中控台与排档座饰板等,都可见到热压成型的「薄型」碳纤维部品。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析「真空抽吸加压」是兼具品质与成本的最佳製造方式,製造时需要「内外模具」,先在外模上铺设碳纤维布,之后套入内模,其上有管子用来抽吸内外模间的空气,内模将会紧紧压住碳纤维材质与外模,另一条管子可让环氧树脂吸入模具中。

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FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析此为真空抽吸加压製成的碳纤维部品,可以发现边缘丝状物为碳纤维,而非玻璃纤维,因此是真正的全碳纤维部品,完成后的产品不只内外层表面都看得得碳纤维纹路,厚度也超薄重量更轻,成品厚度约1.5mm(手积层碳纤维件厚度约6mm)。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析此为採用真空抽吸製作而成的碳纤维引擎盖(日本Varis部品),可以从背面纹路看出是真正的碳纤维製品,而非以FRP为底的半碳纤维製品,重量轻且强度不会因高温而软化。

FRP、ABS、PP分不清 材质特性分析碳纤维纹路还可以K数来区分,K数是指一束碳纤维中有几千根的单丝,3K就是指一束碳纤维中有3000根单丝碳纤维,12K就是指一束碳纤维中有12000根单丝碳纤维,反映在纹路上就是K数愈大纹路愈大块。

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