選板材時最常見的錯誤，是把「碳纖維最強」當成通則、整台機器都用碳板。但無人機上至少有一類零件絕對不能用碳纖維——天線座。碳纖維沿纖維方向的導電率是 3.6 × 104 S/m，FR4 約 3.3 × 10-13 S/m，兩者差 17 個數量級。在 GPS 與圖傳的頻段上，碳纖維的行為等同金屬遮蔽層。
一分鐘結論
- 結構件用 CFRP。3K 平紋碳板比剛性 42.2 GPa·cm³/g，是鋁 6061-T6（25.5）的 1.65 倍；比強度 467 對 115，差 4 倍。
- 天線座、GPS 支架必須避開碳纖維。導電率差 17 個數量級，碳纖維在該頻段是導體。
- 絕緣與耐熱件用 FR4／G-10。G-10 最高使用溫度 140°C；高 Tg 的 FR4 玻璃轉移溫度可達 180°C。
- 不要混用織布板與單向板的數據。3K 平紋板模數 64.1 GPa，單向 CFRP 是 135 GPa，差兩倍以上。
- G-10／FR4 廠商只給彎曲模數，不給拉伸模數，不可直接與 CFRP 的拉伸模數並列比較——這是文獻與型錄常見的陷阱。
四種材料的原廠數據對照
下表的數值全部取自原廠技術資料表或材料資料庫，不是二手轉述。要特別注意每一欄的量測方法標註，因為它決定了數字能不能互相比較。
| 項目 | 3K 平紋 CFRP | G-10 / GFRP | FR4（高 Tg） | 鋁 6061-T6 |
|---|---|---|---|---|
| 密度 | 1.52 g/cm³ | 1.80 g/cm³ | 1.82 g/cm³* | 2.70 g/cm³ |
| 拉伸強度 | 710 MPa | 310 MPa | 385 MPa | 310 MPa |
| 模數 | 64.1 GPa（拉伸） | 18.6 GPa（彎曲） | 25.8 GPa（D790） | 68.9 GPa（彈性） |
| 剪切強度 | — | 131 MPa | — | 207 MPa |
| 最高使用溫度 | 依樹脂而定 | 140 °C | Tg 180 °C | — |
| 介電常數 @ 1 MHz | 導體 | 5.0 | 4.24 @ 100MHz | 導體 |
| 吸水率 24hr | — | 0.10 % | 0.15 % | — |
| 阻燃 | — | UL 94 V-0 | UL 94 V-0 | — |
| *FR4 高 Tg 資料表（Isola 370HR）未列密度，此處採 NEMA G-10/FR4 的 1.82。G-10 與 FR4 的模數是彎曲模數（ASTM D790），CFRP 是拉伸模數（ASTM D3039），兩者量測方式不同，並列僅供量級參考，不可當成等價比較。CFRP 數據取自 Rock West Composites 401-3KP-11 產品規格（Toray T300 纖維 + 環氧，樹脂灌注）。 | ||||
比剛性與比強度：無人機真正在意的指標
無人機是重量敏感的載具，所以單看強度沒有意義——要看每公克能換到多少強度與剛性。把上表的數字除以密度：
四種材料的比剛性與比強度定位散布圖
橫軸比強度、縱軸比剛性，越靠右上越適合輕量結構
為什麼天線座絕對不能用碳纖維
這是本文最重要的一節。碳纖維不只是「有點導電」，它是導體。
| 材料／方向 | 導電率（S/m） | 性質 |
|---|---|---|
| CFRP 沿纖維方向 σxx | 3.6 × 10⁴ | 導體 |
| CFRP 面內橫向 σyy | 1.145 | 弱導電 |
| CFRP 厚度方向 σzz | 3.9 × 10⁻³ | 弱導電 |
| 碳纖維單絲（T300 換算） | 5.88 × 10⁴ | 導體 |
| FR4（Isola 370HR 換算） | 約 3.3 × 10⁻¹³ | 絕緣體 |
| CFRP 導電率張量取自 Zhu 等（2021）；T300 單絲由原廠電阻率 1.7 × 10⁻³ Ω·cm 換算；FR4 由 Isola 370HR 體積電阻率 3.0 × 10⁸ MΩ·cm 換算。沿纖維方向與 FR4 相差約 17 個數量級。 | ||
材料導電率對數量級跨距圖
橫軸為 10 的次方，跨距 17 個數量級
有研究量到連續碳纖維複材在 0.03–3 GHz 的 EMI 遮蔽效能達 45–70 dB（2 層以上），其中吸收佔 80–90%。但該研究的試片是 3D 列印 Onyx 加連續碳纖維，不是標準預浸料層壓板，也不是無人機天線座的實測。
我沒有找到任何可靠來源提供「無人機碳纖維天線座在 GPS L1／2.4 GHz／5.8 GHz 的具體衰減 dB 值」——搜尋到的都是論壇貼文與廠商行銷頁。所以本文只主張導電率差 17 個數量級這個有原廠與期刊數據支撐的事實，不提供編造的 dB 數字。
零件與材料的指派對照
| 零件 | 建議材料 | 常見板厚 | 選擇的決定性因素 |
|---|---|---|---|
| 機架主板（上下蓋） | 3K CFRP | 2–3 mm | 比剛性最高，重量敏感 |
| 機臂 | 3K CFRP | 5–6 mm | 彎曲剛性隨厚度三次方，5″ 主流 5mm、7–10″ 為 6mm |
| 側板／相機支架 | 3K CFRP | 1.5–3 mm | 剛性優先，非電子介面 |
| GPS／天線座 | FR4 或 G-10（絕不用 CFRP） | 1–2 mm | 必須透波，碳纖維會遮蔽 |
| 電調隔板／絕緣墊 | FR4 | 0.5–1 mm | 絕緣、阻燃 UL 94 V-0 |
| 耐熱墊片 | G-10 / FR4 | 1–2 mm | G-10 可用至 140°C |
| 電池托板 | CFRP 或 G-10 | 1.5–2 mm | 若貼近電池且顧慮短路，選 G-10 |
| 加強片（試片用） | G-10 / 玻纖環氧 | 1.5–1.6 mm | ASTM 標準明確不建議用與試片同材質 |
| 板厚取自 iFlight、GEPRC、Armattan 等機架廠商的官方規格頁。板厚會因軸距而異，5 吋機臂主流 5mm、7–10 吋為 6mm，底板 2.5–3mm、頂板 2mm。 | |||
碳纖維導電。如果電池托板直接接觸電池的正負極接點或裸露焊點，理論上可能形成導通路徑。實務上多數設計會加一層絕緣墊或使用有膠膜的碳板，但如果你是自己設計零件，這一點必須在圖面階段就處理掉——不要等到裝機後才發現。
兩個容易踩到的數據陷阱
陷阱一：織布板與單向板的模數差兩倍
Toray T300 單向複材（60% 纖維體積分率）的拉伸模數是 135 GPa、拉伸強度 1,860 MPa。但同樣用 T300 纖維做成的 3K 平紋織布板只有 64.1 GPa、710 MPa。
原因是織布板的纖維分成 0° 與 90° 兩個方向交織，任一方向都只有一半的纖維在承力，而且織造造成的纖維彎曲（crimp）進一步降低效率。市面上絕大多數無人機用的碳板是織布板，所以引用數據時務必確認是哪一種——用 135 GPa 去算你的 3K 平紋機臂，會高估一倍以上。
陷阱二：彎曲模數不等於拉伸模數
G-10 與 FR4 的廠商資料表只提供彎曲模數（ASTM D790），不提供拉伸模數。把 18.6 GPa 直接拿去跟 CFRP 的 64.1 GPa（拉伸模數，ASTM D3039）比較，嚴格說是不成立的——兩者的量測方式與應力狀態不同。
本文的比剛性散布圖已經標註這一點。實務上做量級比較沒問題，但如果你要做結構計算，務必回到原始資料表確認每個數字的量測標準。
加工性差異：三種材料在同一台機器上
| 項目 | CFRP | GFRP / G-10 | FR4 |
|---|---|---|---|
| 刀具磨耗 | 最嚴重，磨粒磨耗主導 | 同樣嚴重，玻纖亦具磨蝕性 | 嚴重 |
| 切削參數 | 刀具廠資料表多將 Carbon/Glass Fiber 合併列出，參數區間可共用 | 接近 GFRP | |
| 粉塵導電性 | 導電，威脅電氣設備 | 不導電 | 不導電 |
| 粉塵刺激性 | 刺激皮膚與呼吸道 | 玻纖機械刺激更明顯 | 同 GFRP |
| 分層傾向 | 高，出口側需背襯支撐 | 中等 | 中等 |
| 集塵需求 | 三者皆必須集塵，並使用 P100 等級呼吸防護 | ||
| Harvey Tool 的複合材料切削資料表本來就是「Carbon/Glass Fiber」合併分類，依纖維含量（5–20% 與 21–40%）而非材料種類區分建議切削速度。實務上換材料時參數不必大改，但仍建議在餘料上先試切驗證。 | |||
常見問題
3K、6K、12K 差在哪？無人機該用哪一種？
數字是每束紗線的單絲根數（3K = 3,000 根）。K 數越大、紗束越粗，織出來的布紋越明顯、單價越低，但纖維彎曲程度也越大，力學效率略降。無人機零件以 3K 平紋或斜紋為主流。另外要注意 ASTM D5379 標準明訂 12K 以上大絲束織物不適用其標準試片尺寸，若你會做材料驗證，選 3K 比較沒有後續麻煩。
碳纖維板可以直接取代鋁件嗎？
在承受彎曲與拉伸的場合可以，而且優勢明顯（比剛性 1.65 倍、比強度 4.06 倍）。但有三個場合不建議直接替換：需要螺紋的部位（碳板攻牙強度差，應改用嵌入螺母）、需要導熱的部位（鋁 167 W/m·K 遠優於複材）、承受局部壓潰或衝擊的部位（複材的層間強度是弱項）。
FR4 和 G-10 是同一種東西嗎？
非常接近但不完全相同。兩者都是玻璃纖維環氧層壓板，FR4 是加了阻燃劑的 G-10（FR = Flame Retardant），符合 UL 94 V-0。實務上 NEMA 規格常把 G-10/FR4 合併列表，數據幾乎相同（密度 1.80–1.82、介電常數 5.0–5.2）。若你的應用有阻燃需求就選 FR4，純結構或絕緣用途兩者皆可。
為什麼有些機架的天線座還是用碳纖維？
通常是因為那不是天線本體的安裝面，而是天線的機械支撐臂——天線本體用塑膠或 FR4 隔開一段距離。碳纖維在近場會嚴重影響天線，但拉開足夠距離後影響下降。這需要實測驗證，不是可以憑感覺決定的。自己設計時最保險的做法仍是天線周圍的結構件全部避開碳纖維。
同一台 CNC 切這三種材料，需要換刀具嗎？
不必換刀具類型，但要注意刀具壽命的計算要分開。Harvey Tool 的資料表把 Carbon/Glass Fiber 合併分類，依纖維含量而非材料種類給參數，所以同一支複合材料專用銑刀三種都能切。真正需要分開的是集塵與防護配置——碳纖維粉塵導電，切碳板後務必清潔機台再切其他材料，避免碳粉留在導軌與電氣區。
資料來源
- Rock West Composites, 401-3KP-11 產品規格（3K 平紋碳板：模數 9.3 Msi ≈ 64.1 GPa、拉伸 103 ksi ≈ 710 MPa、密度 0.055 lb/in³ ≈ 1.52 g/cm³）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.rockwestcomposites.com/401-3kp-11.html
- Toray Carbon Fibers America, T300 Technical Data Sheet No. CFA-001（纖維 3,530 MPa / 230 GPa、密度 1.76 g/cm³、電阻率 1.7 × 10⁻³ Ω·cm；複材 1,860 MPa / 135 GPa）— 擷取日期 2026-09-03 — https://media.easycomposites.co.uk/datasheets/T300DataSheet.pdf
- Laminated Plastics, G-10 Technical Data Sheet（密度 1.80 g/cm³、彎曲模數 18.6 GPa、最高使用溫度 140°C、介電常數 5.0 @1MHz）— 擷取日期 2026-09-03 — https://laminatedplastics.com/g-10.pdf
- Professional Plastics, NEMA G-10/FR4 Data Sheet（比重 1.82、介電常數 5.2 @1MHz、剪切強度 131 MPa）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.professionalplastics.com/professionalplastics/PhenolicG-10FR4DataSheets.pdf
- Isola, 370HR Data Sheet Rev C（Tg 180°C、Td 340°C、Dk 4.24 @100MHz、體積電阻率 3.0 × 10⁸ MΩ·cm）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.isola-group.com/wp-content/uploads/data-sheets/370hr.pdf
- ASM / MatWeb, Aluminum 6061-T6 Material Data Sheet（密度 2.70 g/cc、UTS 310 MPa、彈性模數 68.9 GPa）— 擷取日期 2026-09-03 — https://asm.matweb.com/search/specificmaterial.asp?bassnum=ma6061t6
- Zhu, Ming, Wang, Duan, Xiao, Zhang, Sun & Tian (2021), Materials 14(18):5210（CFRP 導電率張量 σxx 3.6 × 10⁴、σyy 1.145、σzz 3.9 × 10⁻³ S/m） — https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8467610/
- Martins, Silva, Fernandes, Sampaio & Pontes (2023), Polymers 15(24):4649（連續碳纖維複材 0.03–3 GHz 遮蔽效能 45–70 dB；試片為 3D 列印 Onyx 加連續碳纖維） — https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10748082/
- iFlight / GEPRC 機架官方規格頁（各機型板厚：底板 2.5–3mm、頂板 2mm、機臂 5–6mm）— 擷取日期 2026-09-03 — https://shop.iflight.com/Chimera7-ECO-Frame-kit-Pro2079
- Harvey Tool, Speeds & Feeds — End Mills for Composites（Carbon/Glass Fiber 合併分類，依纖維含量給參數）— 擷取日期 2026-09-03 — https://harveyperformance.widen.net/content/lp2peneiuc/original/SF_785200.pdf
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