碳纖維可用於碟式煞車盤嗎？Samuel 實測。

碳纖維碟盤煞車盤引起了人們的關注。在輪圈煞車領域，這種材料散熱不良的名聲是眾所周知的，因此，詢問它是否適合煞車表面附近是一個合理的問題。Samuel 對 TC-160 進行了第三方認證測試，以數據回答了這個問題。

碳纖維輪圈煞車的爭論，以及為何不適用於碟式煞車盤

圖 1：來源：dandyhorse.cc，碳纖維輪圈煞車軌道失效的圖片。

這種批評是這樣的：碳纖維的導熱性差，因此在持續煞車下，碳纖維輪圈無法散熱，導致輪圈溫度升高，並可能導致輪圈失效甚至輪胎爆裂。

碳纖維複合材料由兩種材料組成：碳纖維長絲和將它們粘合在一起的環氧樹脂。

碳纖維長絲本身的耐熱性通常不是問題，而是環氧樹脂，特別是其玻璃轉化溫度（Tg）。

當樹脂達到 Tg 時，它會軟化，結構會失去完整性。

許多輪圈製造商在紙面上使用額定為 200-230°C 的高 Tg 樹脂，但在生產過程中跳過了關鍵的後固化階段。沒有適當的後固化（通常在升高溫度下 90-120 分鐘），樹脂永遠無法達到其額定的 Tg，並且故障可能發生在低至 100°C 的溫度下。

後固化與生產效率衝突。它耗時、限制了每日產量並增加了成本。

許多中國大陸輪圈品牌宣傳高產量和低價格。在許多情況下，原因只是完全跳過了後固化階段。沒有它，就無法生產出具有高耐熱性的輪圈。這也是自行車產業從輪圈煞車轉向碟式煞車的另一個原因，因為追求空氣動力學最佳化的輪組意味著在煞車安全方面做出妥協。

圖 2：帶碳纖維散熱片的氣動 Samuel 碟盤。

然而，對於碟式煞車，碳纖維結構上的熱負荷完全改變了。煞車表面是獨立的材料，通常是不銹鋼或鋼+鋁+鋼，如 Shimano 所做的那樣。輪組中的碳纖維不再處於熱循環中。

所以現在的問題是：碳纖維鰭片碟盤在熱負荷下的性能如何？

但首先，讓我們探討一下 TC-160 碳纖維鰭片碟盤有何不同。

TC-160 有何不同？

TC-160 使用航空級樹脂，並經過後固化處理，使碳纖維散熱片能夠在高達 350°C 的溫度下保持結構完整性。

相比之下，鋁合金的安全工作溫度範圍約為 110-120°C。

結合中高模量碳纖維疊層，碟盤的結構比同等鋁製碟盤更堅硬，減少了熱變形導致煞車摩擦的風險。

後固化過程每批次運行 8-9 小時。零件在烤箱內自然冷卻，以避免溫度快速變化導致的內部應力，這將產量限制為每天一個烤箱循環，每週只有兩到三個循環。

您可以理解為什麼許多公司為了滿足需求而傾向於跳過後固化過程。然而，Samuel 不走捷徑，選擇以犧牲生產能力為代價，以正確的方式做事。

許多人不熟悉的一點是，碳纖維具有比金屬更高的固有振動頻率。這意味著 TC-160 本身更不容易在煞車時因摩擦而產生煞車尖叫聲，比帶有鋁鰭片的普通碟盤更不容易。

TC-160 與 Shimano 的比較如何？

Samuel 使用熱成像儀進行了測試。顯示的顏色是相對溫度，而不是絕對溫度。

對於絕對溫度，必須調整參數以對應每種材料的發射率，才能獲得每個位置的真實溫度。因此，目前的色塊僅用於視覺識別。

帶有鋁鰭片設計的兩片式碟盤（以 Shimano Dura-Ace 為參考）導熱性良好，能有效地將熱量從不銹鋼煞車軌道帶走。

圖 3：Dura-Ace 碟盤的熱成像

圖 3 確實顯示出強大的導熱性。熱量從煞車軌道傳導到鋁鰭片，如紅色高光所示。

圖 4：TC-160 碟盤的熱成像。

TC-160 的碳纖維鰭片導熱性確實不如 Dura-Ace 碟盤，但是：

1. 碳纖維鰭片和煞車軌道之間的連接處的不銹鋼鉚釘作為熱屏障，限制了熱量傳遞到碳纖維結構中。
2. 碳複合材料本身導熱性低，耐熱性高。

簡而言之，鋁鰭片導熱性好，但與碳纖維相比剛性較差。

TC-160 的散熱效率不如前者，但其結構設計以高耐熱性而非導熱性為基礎，通過保持鰭片出色的剛性，降低了碟盤翹曲的風險。

碳纖維鰭片在熱負荷下的性能如何？

圖 5：在 15% 陡坡和重煞車後收集的溫度數據。

圖 6：15% 坡度後 10 秒收集的溫度數據。

圖 5 顯示不銹鋼煞車軌道溫度很高，而周圍區域在 15% 坡度重煞車後仍然保持涼爽，如藍色/淺綠色冷區所示。

圖 6 顯示不銹鋼煞車軌道的溫度逐漸降低。同時，不銹鋼肋條上的熱量緩慢傳遞到鉚釘點，並擴散到碳纖維鰭片頂部。

這表明不銹鋼摩擦板的高熱量通過肋條逐漸擴散到鉚釘點。因此，在鉚釘點周圍可以看到一個綠色的溫暖區域。

雖然樹脂是儲熱介質，但碳纖維的軸向導熱係數（k 值）仍然高得驚人，因此仍然觀察到熱量被碳纖維帶走的部分出現色塊。

第三方驗證：CHC 測試報告

Samuel 將 TC-160 送交台灣自行車暨健康科技工業研究發展中心 (CHC) 進行獨立測試，該機構擁有 TAF (財團法人全國認證基金會) 認證。TAF 認證意味著結果具有國際認可。

CHC 報告證實 TC-160 符合碟式煞車盤的熱性能基準。

在測試機上的實際測試中，不銹鋼煞車表面溫度超過 600°C，而碳纖維鰭片部分在相同條件下測得的溫度僅略高於 100°C，遠低於其 350°C 的極限。

實際上，公路車無法產生超過 600°C 的碟式煞車摩擦溫度，這驗證了這些碟盤的堅固性。

空氣動力學版本

TC-160/140 氣動版本採用了改進的鰭片輪廓，以最大程度地減少軸向切向氣流擾動。其缺點是與標準 TC-160 相比，對側風敏感度略有增加。它適合專用的氣動公路車和三鐵設置，在這些情況下這種權衡是合理的。

總結

碳纖維碟盤煞車盤與碳纖維輪圈煞車不同。由於工程設計上的差異，碳纖維碟盤煞車盤不會像碳纖維輪圈煞車那樣容易失效。

碳纖維複合材料的適當後固化至關重要，並增加了這些碟盤的堅固性，使得在實際條件下，TC-160 碟盤因環氧樹脂軟化而失效是不可能的，這使其能夠通過台灣認證基金會認可的 CHC 認證。