对于很多人来说，“碳纤维”说的是一种单一材料，但实质上，它和“金属”一词类似。金属囊括了从铝到锌等不同材料，同理，碳纤维所表达的是纤维和树脂合成的多种材料，每一种都有其独特、有用的特性。

从一般的工程角度而言，碳纤维还是相对比较新兴的材料，我们今天所熟知的这种纤维首次于1860年由Swan所制造，用于灯泡。20世纪中期，高性能纤维样本在实验室中出现，但直到1963年，在范堡罗（Farnborough） 的皇家航空研究院（Royal Aircraft Establishment ）的研究员们才开发出具有商业价值的碳纤维，这种材料的应用成为可能。

我还记得，还是个孩子时，父亲从范堡罗带回家里一块样本，告诉我这就是未来的材料。他是多么富有远见，但我们两都没料到，它会在我的职业生涯中扮演如此重要的角色。

很难准确地考证碳纤维在赛车中的首次使用，但可能是1968年夺得勒芒冠军的福特GT40。它车体内外都有几处覆盖着碳纤维，提高车身强度。

在F1和其他地方大量可见的材料称为PAN纤维（PAN fibres）。该名来源于制造这种纤维的原材料——聚丙烯腈（polyacrylonitrile）或简称PAN。它是一种有机聚合树脂（organic polymer resin），尽管是一种热塑性塑料，但不会在正常的升温中融化。

为了制造PAN纤维，首先要在230℃的空气中加热，形成氧化PAN纤维，然后在1000℃的惰性气体中进行碳化，才是碳纤维。单根连续的碳纤维直径是人类头发的1/10，把它们缠在卷轴上，几千根缠在一起就成了一捆。

这些纤维的强度取决于它们晶体结构中瑕疵的尺寸。瑕疵越小，强度越高，不断优化制作流程，才能持续生产出强度更高的材料。来自于东丽（Toray，日本一家跨国化工公司）的最新纤维，T1100，是早期纤维（如T300）强度的2倍，应用于托勒曼车队的第一个复合单体壳，我参与了该项目。

有时，硬度比强度更为重要，同样，有很多不同的材料达到要求。

硬度取决于纤维晶体结构的排列。排列越靠近纤维长轴，加工完成的纤维就越硬。自然，目前的纤维可以达到早期纤维2倍的硬度，但是，这要牺牲一部分强度和脆性。

然而，合成材料的差异不单是纤维特性的不同。

每捆纤维都可以按照不同的方法编织，特性各异。其中最简单的是单向纤维（unidirectional fibre），顾名思义，把一捆纤维纵向编织而成。

沿着纤维堆积轴向有很高的强度，但垂直方向则毫无强度可言。然而，如果赛车部件的受力方向是已知的，这是碳纤维最高效的利用方式。

更宽泛地讲，一个赛车部件，比如单体壳，各个方向都要受力，那么编织垫（woven mat ）该上场了。

编织是由经纱（0°）纤维和纬纱（90°）纤维的排列而言。简言之，经纱纤维和纬纱纤维相互间隔编织。

斜纹编织（twill weave），就是由一根或者一根以上的经纱纤维间隔2根或者2根以上纬纱纤维进行编织，这种纤维种类也很多，每一种都有不同的完整度，覆盖在复杂的三维模具上的能力也不尽相同。

最后一种让碳纤维在工程上无所不在的要素是树脂（resin）——它能包住碳，使其配得上该材料的大名——碳纤维强化塑料（carbon fibre reinforced plastic）或简称CFRP。

就如同曾经的玻璃纤维覆膜，树脂把不同材料粘合到一起，通过加热处理，让CFRP具有坚固的特性。

在F1赛车制作过程中，树脂要填充到编织完成的碳纤维垫中，这个过程称为预填充（pre-preg），得到的材料称为预填充纤维（pre-impregnated fibre）。

猜对了，树脂也有多种选择，每种都有不同的特性，可以调整加工完成后的材料。

虽然差异很大，但是绝大多数的树脂都是环氧树脂（epoxy）大家族中的一员，针对不同的用途，要使用不同的树脂。在预填充阶段的未加工树脂，是把纤维黏在一起，粘黏状态使得材料能覆盖到模具上。一旦进行加热处理，树脂就会赋予完成品一些机械特性，尤其是在车体内，与编织碳纤维膜垂直的地方。

最终，碳纤维部件还要进行稳定加工：一个核心材料做内层，两片碳纤维把它包成一个“三明治”结构，进一步强化完成品表面的特性。

你现在可能已经猜到，核心材料也是各种各样。我在20世纪70年代末设计时用到的第一种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窝结构，要么是很薄的铝箔制成，或者是类似纸的蜂巢结构Nomex。对于复杂的形状，机械加工的复合泡沫塑料（Syntactic foam）经常被用作核心材料。这是种类似泡沫的材料，简单的机械加工就可以粘合非常轻质的材料，使它可以加工出复杂的曲度。核心的目的不是去提高强度，而是稳定碳层，提供强化结构特性所需的隔离。

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