[Nastavak iz: Razvoj i trendovi kompozita od karbonskih vlakana u sportu i rekreaciji (I dio) (1)]
3.1 Prelivanje u autoklavu: "Zlatni standard" za vrhunsku takmičarsku opremu
Prelivanje u autoklavu daje najviši kvalitet - i najveću cijenu - među procesima oblikovanja od karbonskih vlakana, sa poroznošću proizvoda ispod 1% i mehaničkim svojstvima blizu teoretskih granica. U sportskoj robi koristi se skoro sva vrhunska takmičarska oprema: vodeći ramovi drumskih bicikala kao što su Trek Madone i Specialized S-Works Tarmac koriste Toray T800/T1000 prepreg sušen na 120–180 stepeni i 5–7 bara tokom 2–4 sata, sa težinom rama od samo 700 g; vrhunske osovine za golf iz Fujikura i Graphite Designa koriste Toray T1100G prepreg od karbonskih vlakana sa autoklavnim sušenjem kako bi uravnotežili ekstremnu krutost i malu težinu; Komponente za jedrenje America's Cupa su također oblikovane u autoklavu za maksimalnu pouzdanost. Ulaganje u opremu obično iznosi 20-50 miliona RMB, a jedinični trošak je veoma visok, ograničavajući proces na vrhunske konkurentne proizvode.
3.2 Namotavanje filamenta: "Proces duše" za štapove za pecanje i osovine za golf
Namotavanje filamenta je jedan od najčešće korištenih procesa oblikovanja za sportsku opremu od karbonskih vlakana i nezamjenjiv je u štapovima za pecanje i osovinama za golf. Ugljična vlakna impregnirana smolom su namotana na trn pod preciznim uglovima - unutrašnji slojevi pod malim uglovima (15 stepeni –25 stepeni) obezbeđuju krutost na savijanje, spoljni slojevi pod velikim uglovima (45 stepeni –60 stepeni) obezbeđuju torzionu krutost – tako da višeuglovi polaganja optimizuju mehaničke performanse proizvoda.
Weihai Guangwei Composites je počeo upravo ovdje, sa namotavanjem filamenta štapa za pecanje. Godine 1998. uvezla je prvu kinesku liniju preprega od karbonskih vlakana široke širine koja je služila proizvodnji štapova, a zatim se proširila uzvodno na materijale od karbonskih vlakana, da bi na kraju postala lider u punom lancu u kineskoj industriji karbonskih vlakana. Njegov prepreg od karbonskih vlakana ostaje osnovna sirovina za Weihai klaster ribolovnih pribora. Weihai, najveći svjetski centar za proizvodnju štapova za pecanje, ima kompletan lanac koji se kreće od preprega od karbonskih vlakana → namotaja filamenta → proizvodnje štapova → obrade komponenti → marketinga brenda, i čini oko 60% globalne proizvodnje štapova.
3.3 Kompresijsko oblikovanje: "Alat za masovnu proizvodnju" za rekete i karbonske ploče za cipele
Kompresijsko oblikovanje postavlja prepreg u metalni kalup i očvršćava ga pod toplinom i pritiskom, nudeći visoku efikasnost, dobru preciznost i pogodnost za proizvodnju velikih serija. Kod sportske opreme, okviri reketa za tenis i badminton su gotovo u potpunosti napravljeni prepreg kompresijskim kalupom - ugao polaganja karbonskih vlakana (0 stepeni /±45 stepeni /90 stepeni) kontroliše savijanje i torzionu krutost reketa, optimizujući "slatku tačku". Svi vrhunski reketi Yonex, Li-Ning, Wilson i Babolat koriste Toray prepreg od karbonskih vlakana sa kompresijskim kalupom.
Karbonske ploče za sportsku obuću također se presuju u srednjim do velikim serijama - nekoliko slojeva preprega od karbonskih vlakana se stvrdnjavaju pod toplinom i pritiskom u kalupu, a zatim se izrezuju u oblike đona. Tetike za trčanje obložene ugljikom iz Nike, Li-Ning, Xtep i Anta koriste ovaj proces. Komponente bicikla (stanice, stubovi sjedala, poluge), vezovi za skije i školjke zaštitne opreme također su široko oblikovane kompresijom; brendovi kao što su Giant i Merida koriste veliki broj karbonskih dijelova prelivenih kompresijom.
3.4 RTM i VARI: od naplataka bicikla do trupa trkaćih čamaca
RTM (Resin Transfer Molding) koristi zatvoreni kalup sa ubrizgavanjem smole pod pritiskom za postizanje glatkih površina na obje strane i proizvodnju gotovo mrežnog oblika. U sportskoj robi, RTM se uglavnom koristi za felge za bicikle od karbonskih vlakana (jednodijelno oblikovanje smanjuje broj spojeva), glave palica za golf (visoko precizno oblikovanje složenih geometrija) i osovine štapa za hokej na ledu (promjenjiva debljina stijenke za laganu težinu). U poređenju sa rutom prepreg-autoklav, RTM povećava efikasnost proizvodnje za 3-5 puta.
VARI (vakuum potpomognuta infuzija smole) koristi vakuumski negativan pritisak da ubije smolu u suha vlakna; ulaganja u opremu su niska i proces odgovara velikim dijelovima. U sportskoj opremi, VARI se uglavnom koristi za veslačke školjke, kajake i trupove za jedrenje (veličine 3-10 m, prevelike za autoklav). Poznati evropski brend kajaka koristi VARI za proizvodnju kajaka od karbonskih vlakana konkurentnog kvaliteta, skraćujući vrijeme ciklusa po jedinici sa 40 sati uz ručno polaganje na 12 sati i postižući udio volumena vlakana od 58%. Daske za surfovanje od karbonskih vlakana i daske za veslanje (SUP) također koriste VARI; njegovo formiranje pod niskim pritiskom uspješno integrira jezgra od EPS pjene sa omotačem od karbonskih vlakana, čineći proizvode 30% lakšim od konvencionalnih dasaka za surfovanje od staklenih vlakana.
3.5 Prepreg: "Osnovni intermedijarni materijal" u proizvodnji sportske opreme
Prepreg je najvažniji međumaterijal u proizvodnji CFRP-a - poluočvrsli lim koji se proizvodi prethodno impregniranjem karbonskih vlakana smolom. U sportskoj robi, termoreaktivni prepreg (uglavnom epoksid) čini oko 80% i široko se koristi u okvirima bicikala, osovinama za golf, teniskim reketima i štapovima za pecanje; termoplastični prepreg (PEEK, PPS, PA6 i drugi) čini oko 20% i brzo raste - njegova mogućnost recikliranja, ponovne obrade i kratak ciklus oblikovanja (minute u odnosu na sati) posebno odgovaraju skijama, zaštitnoj opremi i karbonskim pločama za cipele, gdje su čvrstoća i produktivnost najvažniji. Teijin upravlja tvornicom termoplastičnih jednosmjernih traka u Njemačkoj posvećenom karbonskim vlaknima/PEEK i karbonskim vlaknima/PPS prepregovima za sportsku opremu.
4. Poređenje materijala: Zašto su karbonska vlakna postala prvi izbor za sportsku opremu?
Osnovna potražnja u odabiru materijala za sportsku opremu je "lakša, jača, otpornija, izdržljivija". Ugljična vlakna pokazuju ogromne prednosti u sve četiri dimenzije:
Specifična čvrstoća (čvrstoća/gustina) karbonskih vlakana je 10 puta veća od čelika, 8 puta veća od legure aluminijuma i 5 puta više od legure titanijuma - upravo kombinacija ekstremne lagane i visoke čvrstoće kojoj teži sportska oprema. Ali karbonska vlakna nisu univerzalni odgovor: njihova krhkost znači da pod teškim udarcem može doći do katastrofalnog kvara, tako da se u štapovima za hokej na ledu, ivicama skija i drugim aplikacijama koje zahtijevaju visoku žilavost često koristi karbonsko/aramidno hibridno tkanje, koristeći odličnu otpornost aramida na udare kako bi se nadoknadila lomljivost karbonskih vlakana. Shimano-ova vrhunska serija EXSENS štapova koristi hibrid od karbonskih vlakana i aramida, značajno poboljšavajući otpornost na udar uz istovremeno smanjenje težine.
Što se tiče troškova, karbonska vlakna za veliku vuču (48K/50K) su pala na 80–100 RMB/kg, kontinuirano sužavajući jaz sa staklenim vlaknima (8–15 RMB/kg). Brzo oslobađanje velikog kapaciteta od karbonskih vlakana od strane Jilin Chemical Fiber Group ubrzava prelazak karbonskih vlakana iz profesionalne konkurencije na masovna potrošačka tržišta. Uzimajući za primjer bicikle od karbonskih vlakana, upotreba karbonskih vlakana za veliku vuču može smanjiti troškove materijala okvira za oko 40%, smanjujući cijene početnih karbonskih bicikala sa 8.000 RMB na raspon od 5.000 RMB.
5. Osnovne aplikacije: Kako karbonska vlakna preoblikuju pejzaž sportske opreme
5.1 Golf klubovi: "Prvo bojno polje" od karbonskih vlakana
Golf palice su najveće tržište pojedinačnih sportskih aplikacija za karbonska vlakna. Kada su karbonska vlakna komercijalizirana 1970-ih, palice za golf i štapovi za pecanje bili su među prvim sportskim proizvodima koji su ih usvojili. Prema QYResearch-u, očekuje se da će globalna prodaja golf palica od karbonskih vlakana dostići 5,854 milijarde RMB do 2031. godine, što predstavlja ukupnu godišnju stopu rasta od 7,0%.
Što se tiče tehnologije, TaylorMade Qi10 LS drajver koristi dizajn "Infinity Carbon Crown" sa 60 slojeva karbonskih vlakana i dvostruko zakrivljenim licem, s karbonom koji pokriva 97% površine krune kako bi se postigla odlična efikasnost prijenosa energije. Osovine serije Tour AD kompanije Graphite Design koriste Toray T1100G prepreg od karbonskih vlakana i tehnologiju nano-legura, značajno povećavajući strukturnu krutost bez dodavanja težine. Callaway (godišnji prihod od oko 1,8 milijardi USD) i TaylorMade (oko 1,5 milijardi USD) su dva vodeća globalna brenda u proizvodnji golf palica od karbonskih vlakana, a oba nabavljaju svoje osnovne materijale od karbonskih vlakana isključivo od japanske Toray.
Vrijedi napomenuti da materijali od karbonskih vlakana za kineske vrhunske palice za golf od karbonskih vlakana do 87% ovise o uvozu, ostavljajući ogroman prostor za domaću zamjenu. Razvojni put kompanije Guangwei Composites - počevši od ribolovnog pribora Weihai i postupno se proširujući uzvodno u materijale od karbonskih vlakana - nudi model koji se može replicirati za industriju: počnite od potražnje za sportskom opremom na krajnjem tržištu, integrirajte uzvodne materijale u obrnutom smjeru i zatvorite petlju industrijskog lanca.
[Nastaviće se: Razvoj i trendovi kompozita od karbonskih vlakana u sportu i rekreaciji (I dio) (3)]
[Izvor] China Composites Industry Association (CCIA), službena web stranica
[Originalna veza] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html