翻譯：@喜歡賽車的小剛（微博）

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對於很多人來說，「碳纖維」說的是一種單一材料，但實質上，它和「金屬」一詞類似。金屬囊括了從鋁到鋅等不同材料，同理，碳纖維所表達的是纖維和樹脂合成的多種材料，每一種都有其獨特、有用的特性。

從一般的工程角度而言，碳纖維還是相對比較新興的材料，我們今天所熟知的這種纖維首次於1860年由Swan所製造，用於燈泡。20世紀中期，高性能纖維樣本在實驗室中出現，但直到1963年，在範堡羅（Farnborough） 的皇家航空研究院（Royal Aircraft Establishment ）的研究員們才開發出具有商業價值的碳纖維，這種材料的應用成為可能。

我還記得，還是個孩子時，父親從範堡羅帶回家裡一塊樣本，告訴我這就是未來的材料。他是多麼富有遠見，但我們兩都沒料到，它會在我的職業生涯中扮演如此重要的角色。

很難準確地考證碳纖維在賽車中的首次使用，但可能是1968年奪得勒芒冠軍的福特GT40。它車體內外都有幾處覆蓋著碳纖維，提高車身強度。

在F1和其他地方大量可見的材料稱為PAN纖維（PAN fibres）。該名來源於製造這種纖維的原材料——聚丙烯腈（polyacrylonitrile）或簡稱PAN。它是一種有機聚合樹脂（organic polymer resin），儘管是一種熱塑性塑料，但不會在正常的升溫中融化。

為了製造PAN纖維，首先要在230℃的空氣中加熱，形成氧化PAN纖維，然後在1000℃的惰性氣體中進行碳化，纔是碳纖維。單根連續的碳纖維直徑是人類頭髮的1/10，把它們纏在捲軸上，幾千根纏在一起就成了一捆。

這些纖維的強度取決於它們晶體結構中瑕疵的尺寸。瑕疵越小，強度越高，不斷優化製作流程，才能持續生產出強度更高的材料。來自於東麗（Toray，日本一家跨國化工公司）的最新纖維，T1100，是早期纖維（如T300）強度的2倍，應用於托勒曼車隊的第一個複合單體殼，我參與了該項目。

有時，硬度比強度更為重要，同樣，有很多不同的材料達到要求。

硬度取決於纖維晶體結構的排列。排列越靠近纖維長軸，加工完成的纖維就越硬。自然，目前的纖維可以達到早期纖維2倍的硬度，但是，這要犧牲一部分強度和脆性。

然而，合成材料的差異不單是纖維特性的不同。

每捆纖維都可以按照不同的方法編織，特性各異。其中最簡單的是單向纖維（unidirectional fibre），顧名思義，把一捆纖維縱向編織而成。

沿著纖維堆積軸向有很高的強度，但垂直方向則毫無強度可言。然而，如果賽車部件的受力方向是已知的，這是碳纖維最高效的利用方式。

更寬泛地講，一個賽車部件，比如單體殼，各個方向都要受力，那麼編織墊（woven mat ）該上場了。

編織是由經紗（0°）纖維和緯紗（90°）纖維的排列而言。簡言之，經紗纖維和緯紗纖維相互間隔編織。

斜紋編織（twill weave），就是由一根或者一根以上的經紗纖維間隔2根或者2根以上緯紗纖維進行編織，這種纖維種類也很多，每一種都有不同的完整度，覆蓋在複雜的三維模具上的能力也不盡相同。

最後一種讓碳纖維在工程上無所不在的要素是樹脂（resin）——它能包住碳，使其配得上該材料的大名——碳纖維強化塑料（carbon fibre reinforced plastic）或簡稱CFRP。

就如同曾經的玻璃纖維覆膜，樹脂把不同材料粘合到一起，通過加熱處理，讓CFRP具有堅固的特性。

在F1賽車製作過程中，樹脂要填充到編織完成的碳纖維墊中，這個過程稱為預填充（pre-preg），得到的材料稱為預填充纖維（pre-impregnated fibre）。

猜對了，樹脂也有多種選擇，每種都有不同的特性，可以調整加工完成後的材料。

雖然差異很大，但是絕大多數的樹脂都是環氧樹脂（epoxy）大家族中的一員，針對不同的用途，要使用不同的樹脂。在預填充階段的未加工樹脂，是把纖維黏在一起，粘黏狀態使得材料能覆蓋到模具上。一旦進行加熱處理，樹脂就會賦予完成品一些機械特性，尤其是在車體內，與編織碳纖維膜垂直的地方。

最終，碳纖維部件還要進行穩定加工：一個核心材料做內層，兩片碳纖維把它包成一個「三明治」結構，進一步強化完成品表面的特性。

你現在可能已經猜到，核心材料也是各種各樣。我在20世紀70年代末設計時用到的第一種核心材料是端粒巴沙木（end-grain balsa wood ）。

目前的核心材料一般是蜂窩結構，要麼是很薄的鋁箔製成，或者是類似紙的蜂巢結構Nomex。對於複雜的形狀，機械加工的複合泡沫塑料（Syntactic foam）經常被用作核心材料。這是種類似泡沫的材料，簡單的機械加工就可以粘合非常輕質的材料，使它可以加工出複雜的曲度。核心的目的不是去提高強度，而是穩定碳層，提供強化結構特性所需的隔離。

以上就是對目前F1常用的幾種碳纖維及其術語的簡單介紹。下次我們繼續F1技術相關的話題。

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