[Turpinājums no: Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu attīstība un tendences sportā un atpūtā (I daļa) (1)]
3.1. Autoklāva formēšana: "Zelta standarts" labākajam sacensību aprīkojumam
Autoklāva formēšana nodrošina visaugstāko kvalitāti un augstākās izmaksas starp oglekļa šķiedras liešanas procesiem, ar produkta porainību zem 1% un mehāniskajām īpašībām, kas ir tuvu teorētiskajām robežām. Sporta precēs to izmanto gandrīz visās augstākā līmeņa sacensību aprīkojumā: vadošajos šosejas velosipēdu rāmjos, piemēram, Trek Madone un Specialized S-Works Tarmac, tiek izmantots Toray T800/T1000 klases prepreg, kas izturēts 120–180 grādu temperatūrā un 5–7 bāru spiedienā 2–4 stundas, ar rāmja svaru tikai 70000–80000 g; augstas klases golfa šahtās no Fujikura un Graphite Design izmanto Toray T1100G oglekļa šķiedras prepreg ar autoklāva konservēšanu, lai līdzsvarotu ārkārtēju stingrību un vieglo svaru; Arī America's Cup burāšanas komponenti ir veidoti autoklāvā, lai nodrošinātu maksimālu uzticamību. Iekārtu ieguldījumi parasti ir RMB 20–50 miljoni, un vienības izmaksas ir ļoti augstas, ierobežojot procesu ar augstākā līmeņa konkurētspējīgiem produktiem.
3.2. Kvēldiega uztīšana: "dvēseles process" makšķerēm un golfa šahtām
Kvēldiegu uztīšana ir viens no visvairāk izmantotajiem oglekļa šķiedras sporta preču liešanas procesiem, un tas ir neaizstājams makšķerēs un golfa šahtās. Ar sveķiem piesūcinātas oglekļa šķiedras grīstes tiek uztītas uz serdeņa precīzos leņķos - iekšējie slāņi mazos leņķos (15 grādi – 25 grādi) nodrošina lieces stingrību, ārējie slāņi lielos leņķos (45 grādi – 60 grādi) nodrošina vērpes stingrību – tā, lai vairāku leņķu izvietojuma dizains optimizētu izstrādājuma mehānisko veiktspēju.
Weihai Guangwei Composites sākās tieši šeit, ar makšķeres kvēldiega uztīšanu. 1998. gadā tas importēja Ķīnas pirmo plata platuma oglekļa šķiedras prepreg līniju, lai apkalpotu stieņu ražošanu, pēc tam to paplašināja līdz oglekļa šķiedras materiāliem, galu galā kļūstot par visas ķēdes līderi Ķīnas oglekļa šķiedras nozarē. Tā oglekļa šķiedras prepreg joprojām ir galvenā Weihai makšķerēšanas piederumu klastera izejviela. Veihai, pasaulē lielākais makšķerkātu ražošanas centrs, izvieto visu ķēdi, kas sākas no oglekļa šķiedras sagatavošanas → kvēldiega uztīšanas → stieņu ražošanas → komponentu apstrādes → zīmola mārketinga, un tas veido aptuveni 60% no pasaules makšķerēšanas produkcijas.
3.3. Kompresijas formēšana: "masveida ražošanas rīks" raketēm un oglekļa apavu plāksnēm
Kompresijas formēšana ievieto prepregu metāla veidnē un sacietē zem karstuma un spiediena, nodrošinot augstu efektivitāti, labu precizitāti un piemērotību lielas sērijas ražošanai. Sporta precēs tenisa un badmintona rakešu rāmji gandrīz pilnībā ir izgatavoti, izmantojot prepreg kompresijas formēšanu - oglekļa šķiedras novietojuma leņķis (0 grādi / ± 45 grādi / 90 grādi) kontrolē raketes lieces un vērpes stingrību, optimizējot "saldo vietu". Visās Yonex, Li-Ning, Wilson un Babolat augstākās klases raketes izmanto Toray oglekļa šķiedras prepreg ar kompresijas formējumu.
Sporta apavu oglekļa plāksnes tiek presētas arī vidējās un lielās partijās - vairāki oglekļa šķiedras slāņi tiek sacietēti zem karstuma un spiediena veidnē un pēc tam sagriezti zoles formās. Šo procesu izmanto ar oglekli pārklāti skriešanas apavi no Nike, Li-Ning, Xtep un Anta. Velosipēdu detaļas (stieņi, sēdekļu stabi, kloķi), slēpju stiprinājumi un aizsargiekārtu apvalki arī tiek plaši veidoti ar kompresiju; zīmoli, piemēram, Giant un Merida, izmanto lielu skaitu kompresijas veidā veidotu oglekļa detaļu.
3.4 RTM un VARI: no velosipēdu diskiem līdz sacīkšu laivu korpusiem
RTM (Resin Transfer Molding) izmanto slēgtu veidni ar spiediena sveķu iesmidzināšanu, lai panāktu gludas virsmas abās pusēs un gandrīz tīkla formas ražošanu. Sporta precēs RTM galvenokārt izmanto oglekļa šķiedras velosipēdu diskiem (viengabala formēšana samazina savienojumu skaitu), golfa nūju galvām (augstas precizitātes sarežģītas ģeometrijas veidošana) un hokeja nūju vārpstām (mainīgs sienu biezums vieglam svaram). Salīdzinot ar prepreg–autoklāva maršrutu, RTM paaugstina ražošanas efektivitāti 3–5 reizes.
VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) izmanto vakuuma negatīvo spiedienu, lai iedzītu sveķus sausā šķiedrā; ieguldījumi iekārtās ir zemi, un process ir piemērots lielām daļām. Sporta precēs VARI galvenokārt izmanto airēšanas čaulām, kajakiem un buru korpusiem (3–10 m lieli, pārāk lieli autoklāvam). Plaši pazīstams Eiropas kajaku zīmols izmanto VARI, lai ražotu konkurences klases oglekļa šķiedras kajakus, samazinot cikla laiku no 40 stundām ar roku noliekot līdz 12 stundām un sasniedzot 58% šķiedras tilpuma. Oglekļa šķiedras vējdēļi un stāvošie airu dēļi (SUP) arī izmanto VARI; tā zemspiediena formēšana veiksmīgi integrē EPS putu serdes ar oglekļa šķiedras apvalkiem, padarot produktus par 30% vieglākus nekā parastie stikla šķiedras vējdēļi.
3.5. Prepreg: sporta preču ražošanas “pamats starpmateriāls”
Prepreg ir vissvarīgākais starpmateriāls CFRP ražošanā - daļēji sacietējusi loksne, ko iegūst, iepriekš piesūcinot oglekļa šķiedru ar sveķiem. Sporta precēs termoreaktīvo prepreg (galvenokārt epoksīda) daļa veido apmēram 80%, un to plaši izmanto velosipēdu rāmjos, golfa šahtās, tenisa raketēs un makšķerēs; termoplastiskais prepregs (PEEK, PPS, PA6 un citi) veido aptuveni 20% un strauji aug – tā pārstrādājamība, atkārtota apstrādājamība un īsais formēšanas cikls (minūtes pret stundām), īpaši piemērots slēpēm, aizsarglīdzekļiem un oglekļa apavu plāksnēm, kur izturībai un produktivitātei ir vislielākā nozīme. Teijin pārvalda termoplastisku vienvirziena lentu rūpnīcu Vācijā, kas paredzēta oglekļa šķiedras/PEEK un oglekļa šķiedras/PPS sagatavošanai sporta precēm.
4. Materiālu salīdzinājums: kāpēc oglekļa šķiedra ir kļuvusi par pirmo sporta preču izvēli?
Galvenais pieprasījums pēc materiālu izvēles sporta precēm ir "vieglāks, stiprāks, izturīgāks, izturīgāks". Oglekļa šķiedrai ir milzīgas priekšrocības visās četrās dimensijās:
Oglekļa šķiedras īpatnējā stiprība (stiprība/blīvums) ir 10 reizes lielāka nekā tērauda, 8 reizes lielāka nekā alumīnija sakausējuma un 5 reizes lielāka nekā titāna sakausējumam — tieši tā ir ļoti viegla un augstas stiprības kombinācija, ko nodrošina sporta preces. Taču oglekļa šķiedra nav universāla atbilde: tās trauslums nozīmē, ka smaga trieciena gadījumā var rasties katastrofālas kļūmes, tāpēc hokeja nūjās, slēpju malās un citos lietojumos, kam nepieciešama augsta izturība, bieži tiek izmantota oglekļa/aramīda hibrīda aušana, izmantojot izcilo aramīda triecienizturību, lai kompensētu oglekļa šķiedras trauslumu. Shimano augstākās klases EXSENS stieņu sērija izmanto oglekļa šķiedras un aramīda hibrīdu, ievērojami uzlabojot triecienizturību, vienlaikus samazinot svaru.
Pēc izmaksām lielas tauvas oglekļa šķiedras (48 K/50 K) ir samazinājušās līdz 80–100 RMB/kg, nepārtraukti samazinot atšķirību ar stikla šķiedru (8–15 RMB/kg). Jilin Chemical Fibre Group straujā lielas tauvas oglekļa šķiedras jaudas atbrīvošana paātrina oglekļa šķiedras pāreju no profesionālās konkurences uz masu patēriņa tirgiem. Kā piemēru ņemot oglekļa šķiedras velosipēdus, liela izmēra oglekļa šķiedras izmantošana var samazināt rāmja materiāla izmaksas par aptuveni 40%, samazinot sākuma līmeņa oglekļa velosipēdu cenas no 8000 RMB līdz 5000 RMB.
5. Pamatpielietojums: kā oglekļa šķiedra pārveido sporta preču ainavu
5.1. Golfa nūjas: Carbon Fiber “Pirmais kaujas lauks”
Golfa nūjas ir lielākais oglekļa šķiedras sporta lietojumu tirgus. Kad oglekļa šķiedra tika komercializēta 1970. gados, golfa nūjas un makšķeres bija vienas no pirmajām sporta precēm, kas to pieņēma. Saskaņā ar QYResearch datiem sagaidāms, ka oglekļa šķiedras golfa nūju pārdošanas apjoms pasaulē līdz 2031. gadam sasniegs 5,854 miljardus RMB, kas ir salikts gada pieauguma temps 7,0%.
Tehnoloģiju jomā TaylorMade Qi10 LS draiveris izmanto "Infinity Carbon Crown" dizainu ar 60 oglekļa šķiedras slāņiem un dubulti izliektu virsmu, ar oglekli pārklājot 97% no vainaga laukuma, lai sasniegtu izcilu enerģijas pārneses efektivitāti. Graphite Design Tour AD sērijas vārpstām tiek izmantota Toray T1100G oglekļa šķiedras prepreg un nano sakausējuma tehnoloģija, ievērojami palielinot struktūras stingrību, nepalielinot svaru. Callaway (ikgadējie ieņēmumi ir aptuveni 1,8 miljardi USD) un TaylorMade (apmēram 1,5 miljardi USD) ir divi vadošie globālie oglekļa šķiedras golfa nūju zīmoli, un abi galvenie oglekļa šķiedras materiāli tiek iegūti tikai no Japānas Toray.
Ir vērts atzīmēt, ka oglekļa šķiedras materiāli Ķīnas augstākās klases oglekļa šķiedras golfa nūjām ir līdz 87% atkarīgi no importa, atstājot milzīgu vietu vietējai aizstāšanai. Guangwei Composites attīstības ceļš — sākot no Weihai makšķerēšanas piederumiem un pakāpeniski izvēršoties augšup pa oglekļa šķiedras materiāliem — piedāvā nozarei atkārtojamu modeli: sāciet no gala tirgus sporta preču pieprasījuma, integrējiet augšupējos materiālus pretējā virzienā un noslēdziet nozares ķēdes cilpu.
[Turpinājums: Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu attīstība un tendences sportā un atpūtā (I daļa) (3)]
[Avots] Ķīnas kompozītmateriālu rūpniecības asociācija (CCIA), oficiālā vietne
[Sākotnējā saite] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html