[Συνέχεια από: Ανάπτυξη και τάσεις των σύνθετων ινών άνθρακα στον αθλητισμό και τον ελεύθερο χρόνο (Μέρος Ι) (1)]
3.1 Χύτευση σε αυτόκλειστο: Το "Gold Standard" για τον κορυφαίο εξοπλισμό ανταγωνισμού
Η χύτευση σε αυτόκλειστο παρέχει την υψηλότερη ποιότητα - και το υψηλότερο κόστος - μεταξύ των διαδικασιών χύτευσης ινών άνθρακα, με πορώδες προϊόντος κάτω από 1% και μηχανικές ιδιότητες κοντά στα θεωρητικά όρια. Στα αθλητικά είδη, σχεδόν όλος ο εξοπλισμός αγώνων κορυφαίου επιπέδου το χρησιμοποιεί: κορνίζες ποδηλάτων δρόμου, όπως το Trek Madone και το Specialized S-Works Tarmac, χρησιμοποιούν προεμποτισμό ποιότητας Toray T800/T1000, ωριμασμένο στους 120–180 βαθμούς και 5–7 bar για 2–4 ώρες, με βάρος πλαισίου μόνο 70 g. Οι κορυφαίες άξονες γκολφ της Fujikura και της Graphite Design χρησιμοποιούν προεμποτισμό ανθρακονημάτων Toray T1100G με σκλήρυνση σε αυτόκλειστο για εξισορρόπηση της εξαιρετικής ακαμψίας και του μικρού βάρους. Τα εξαρτήματα ιστιοπλοΐας America's Cup είναι επίσης χυτευμένα σε αυτόκλειστο για μέγιστη αξιοπιστία. Η επένδυση σε εξοπλισμό συνήθως κυμαίνεται από 20–50 εκατομμύρια RMB και το κόστος μονάδας είναι πολύ υψηλό, περιορίζοντας τη διαδικασία σε ανταγωνιστικά προϊόντα κορυφαίας βαθμίδας.
3.2 Περιέλιξη νήματος: Η «διαδικασία ψυχής» για καλάμια ψαρέματος και άξονες γκολφ
Η περιέλιξη νήματος είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες διαδικασίες χύτευσης για αθλητικά είδη από ανθρακονήματα και είναι αναντικατάστατη σε καλάμια ψαρέματος και άξονες γκολφ. Τα ρουλεμάν από ανθρακονήματα εμποτισμένα με ρητίνη τυλίγονται σε έναν άξονα σε ακριβείς γωνίες - εσωτερικά στρώματα σε μικρές γωνίες (15 μοίρες -25 μοίρες) παρέχουν ακαμψία κάμψης, εξωτερικά στρώματα σε μεγάλες γωνίες (45 μοίρες -60 μοίρες) παρέχουν στρεπτική ακαμψία - έτσι ώστε ο σχεδιασμός πολλαπλών γωνιών lay-up βελτιστοποιεί τη μηχανική απόδοση του προϊόντος.
Η Weihai Guangwei Composites ξεκίνησε ακριβώς εδώ, με τύλιγμα νήματος από καλάμι. Το 1998 εισήγαγε την πρώτη γραμμή προεμποτισμού ανθρακονημάτων μεγάλου πλάτους στην Κίνα για να εξυπηρετήσει την κατασκευή ράβδων, στη συνέχεια επεκτάθηκε ανάντη σε υλικά από ανθρακονήματα, και τελικά έγινε ηγέτης πλήρους αλυσίδας στη βιομηχανία ανθρακονημάτων της Κίνας. Το prepreg από ανθρακονήματα παραμένει η βασική πρώτη ύλη του συμπλέγματος ειδών αλιείας Weihai. Το Weihai, το μεγαλύτερο κέντρο κατασκευής καλαμιών ψαρέματος στον κόσμο, φιλοξενεί μια πλήρη αλυσίδα από προεμποτισμό ινών άνθρακα → περιέλιξη νήματος → κατασκευή ράβδων → επεξεργασία εξαρτημάτων → μάρκετινγκ επωνυμίας και αντιπροσωπεύει περίπου το 60% της παγκόσμιας παραγωγής καλαμιών.
3.3 Χύτευση με συμπίεση: Το "εργαλείο μαζικής παραγωγής" για ρακέτες και πλάκες παπουτσιών από άνθρακα
Η χύτευση με συμπίεση τοποθετεί το προεμποτισμό σε ένα μεταλλικό καλούπι και το πολυμερίζει υπό θερμότητα και πίεση, προσφέροντας υψηλή απόδοση, καλή ακρίβεια και καταλληλότητα για παραγωγή μεγάλων παρτίδων. Στα αθλητικά είδη, οι σκελετοί ρακέτας τένις και μπάντμιντον κατασκευάζονται σχεδόν εξ ολοκλήρου από καλούπι συμπίεσης prepreg - η γωνία τοποθέτησης ινών άνθρακα (0 μοίρες /±45 μοίρες /90 μοίρες) ελέγχει την κάμψη και τη στρεπτική ακαμψία της ρακέτας, βελτιστοποιώντας το "γλυκό σημείο". Οι ρακέτες υψηλής ποιότητας από τις Yonex, Li-Ning, Wilson και Babolat χρησιμοποιούν όλες προεμποτισμένες ίνες άνθρακα Toray με χύτευση συμπίεσης.
Οι πλάκες άνθρακα για αθλητικά παπούτσια χυτεύονται επίσης με συμπίεση σε μεσαίες έως μεγάλες παρτίδες - αρκετές στρώσεις προεμποτισμού από ανθρακονήματα σκληρύνονται υπό θερμότητα και πίεση σε ένα καλούπι και στη συνέχεια κόβονται σε σχήματα πλάκας σόλας. Επικαλυμμένα με άνθρακα παπούτσια τρεξίματος από τις Nike, Li-Ning, Xtep και Anta χρησιμοποιούν όλα αυτή τη διαδικασία. Εξαρτήματα ποδηλάτου (στέλες, στύλοι καθισμάτων, στρόφαλοι), δεσίματα σκι και προστατευτικά κελύφη εργαλείων είναι επίσης ευρέως χυτευμένα με συμπίεση. μάρκες όπως η Giant και η Merida χρησιμοποιούν μεγάλους αριθμούς εξαρτημάτων άνθρακα χυτευμένων με συμπίεση.
3.4 RTM και VARI: Από ζάντες ποδηλάτου έως σκαριά αγωνιστικών σκαφών
Το RTM (Resin Transfer Molding) χρησιμοποιεί ένα κλειστό καλούπι με έγχυση ρητίνης υπό πίεση για να επιτύχει λείες επιφάνειες και στις δύο πλευρές και παραγωγή σχεδόν δίχτυ. Στα αθλητικά είδη, το RTM χρησιμοποιείται κυρίως για ζάντες ποδηλάτου από ανθρακονήματα (η μονοκόμματη χύτευση μειώνει τον αριθμό των αρμών), κεφαλές ράβδου γκολφ (σχηματισμός πολύπλοκων γεωμετριών υψηλής ακρίβειας) και άξονες ράβδου χόκεϊ επί πάγου (μεταβλητό πάχος τοιχώματος για ελαφρύ βάρος). Σε σύγκριση με την οδό prepreg–αυτόκλειστο, το RTM αυξάνει την απόδοση παραγωγής κατά 3–5 φορές.
Το VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) χρησιμοποιεί την αρνητική πίεση κενού για να οδηγήσει τη ρητίνη σε ξηρή ίνα. Η επένδυση εξοπλισμού είναι χαμηλή και η διαδικασία ταιριάζει σε μεγάλα μέρη. Στα αθλητικά είδη, το VARI χρησιμοποιείται κυρίως για κοχύλια κωπηλασίας, καγιάκ και σκάφη ιστιοπλοΐας (μέγεθος 3–10 m, πολύ μεγάλο για αυτόκλειστο). Μια γνωστή ευρωπαϊκή μάρκα καγιάκ χρησιμοποιεί το VARI για την παραγωγή καγιάκ από ανθρακονήματα ανταγωνιστικής ποιότητας, μειώνοντας τον χρόνο κύκλου ανά μονάδα από 40 ώρες με χειροκίνητη τοποθέτηση σε 12 ώρες και φτάνοντας σε κλάσμα όγκου ινών 58%. Οι σανίδες του σερφ από ανθρακονήματα και οι σανίδες stand-up paddle (SUP) χρησιμοποιούν επίσης VARI. Ο σχηματισμός χαμηλής πίεσης του ενσωματώνει με επιτυχία τους πυρήνες αφρού EPS με τα δέρματα από ανθρακονήματα, καθιστώντας τα προϊόντα 30% ελαφρύτερα από τις συμβατικές σανίδες του σερφ από ίνες γυαλιού.
3.5 Prepreg: Το «Βασικό Ενδιάμεσο Υλικό» της Κατασκευής Αθλητικών Ειδών
Το Prepreg είναι το πιο σημαντικό ενδιάμεσο υλικό στην κατασκευή CFRP - ένα ημισκληρυμένο φύλλο που παράγεται με προ-εμποτισμό ινών άνθρακα με ρητίνη. Στα αθλητικά είδη, το θερμοσκληρυνόμενο prepreg (κυρίως εποξειδικό) αντιπροσωπεύει περίπου το 80% και χρησιμοποιείται ευρέως σε σκελετούς ποδηλάτων, άξονες γκολφ, ρακέτες τένις και καλάμια ψαρέματος. Το θερμοπλαστικό prepreg (PEEK, PPS, PA6 και άλλα) αντιπροσωπεύει περίπου το 20% και αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς - η ανακυκλωσιμότητα, η επαναεπεξεργασία και ο σύντομος κύκλος χύτευσης (λεπτά έναντι ωρών) ταιριάζουν ιδιαίτερα στα σκι, τον προστατευτικό εξοπλισμό και τις πλάκες παπουτσιών άνθρακα, όπου η σκληρότητα και η παραγωγικότητα έχουν μεγαλύτερη σημασία. Η Teijin λειτουργεί ένα εργοστάσιο θερμοπλαστικής μονοκατευθυντικής ταινίας στη Γερμανία, αφιερωμένο σε προεμποτισμό ινών άνθρακα/PEEK και ανθρακονημάτων/PPS για αθλητικά είδη.
4. Σύγκριση υλικών: Γιατί οι ίνες άνθρακα έχουν γίνει η πρώτη επιλογή για αθλητικά είδη;
Η βασική ζήτηση στην επιλογή υλικού για αθλητικά είδη είναι "ελαφρύτερη, ισχυρότερη, πιο ανθεκτική, πιο ανθεκτική". Οι ίνες άνθρακα παρουσιάζουν συντριπτικά πλεονεκτήματα και στις τέσσερις διαστάσεις:
Η ειδική αντοχή (αντοχή/πυκνότητα) των ανθρακονημάτων είναι 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα, 8 φορές αυτή του κράματος αλουμινίου και 5 φορές αυτή του κράματος τιτανίου - ακριβώς ο συνδυασμός εξαιρετικά ελαφρού και υψηλής αντοχής που επιδιώκουν τα αθλητικά είδη. Αλλά οι ανθρακονήματα δεν είναι μια καθολική απάντηση: η ευθραυστότητά τους σημαίνει ότι μπορεί να συμβεί καταστροφική αστοχία υπό σοβαρή πρόσκρουση, επομένως σε μπαστούνια χόκεϊ επί πάγου, άκρες σκι και άλλες εφαρμογές που απαιτούν υψηλή σκληρότητα, υιοθετείται συχνά η υβριδική ύφανση άνθρακα/αραμιδίου, χρησιμοποιώντας την εξαιρετική αντίσταση κρούσης του αραμιδίου για να αντισταθμίσει την ευθραυστότητα των ινών άνθρακα. Η high-end σειρά ράβδων EXSENS της Shimano χρησιμοποιεί υβριδικό ανθρακονήματα και αραμίδιο, βελτιώνοντας σημαντικά την αντοχή στην κρούση διατηρώντας παράλληλα το βάρος χαμηλό.
Με κόστος, οι ίνες άνθρακα μεγάλης ρυμούλκησης (48K/50K) μειώθηκαν στα 80–100 RMB/kg, μειώνοντας συνεχώς τη διαφορά με τις ίνες γυαλιού (RMB 8–15/kg). Η ταχεία απελευθέρωση μεγάλης χωρητικότητας ινών άνθρακα από την Jilin Chemical Fiber Group επιταχύνει τη μετάβαση των ανθρακονημάτων από τον επαγγελματικό ανταγωνισμό στις μαζικές καταναλωτικές αγορές. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τα ποδήλατα από ανθρακονήματα, η χρήση ανθρακονημάτων μεγάλης ρυμούλκησης μπορεί να μειώσει το κόστος υλικού πλαισίου κατά περίπου 40%, μειώνοντας τις τιμές των ποδηλάτων άνθρακα εισαγωγικού επιπέδου από 8.000 RMB σε 5.000 RMB.
5. Βασικές εφαρμογές: Πώς οι ίνες άνθρακα αναδιαμορφώνουν το τοπίο των αθλητικών ειδών
5.1 Λέσχη γκολφ: Το "Πρώτο πεδίο μάχης" του Carbon Fiber
Τα μπαστούνια γκολφ είναι η μεγαλύτερη αγορά ενιαίων αθλητικών εφαρμογών για ανθρακονήματα. Όταν οι ανθρακονήματα διατέθηκαν στο εμπόριο στη δεκαετία του 1970, τα μπαστούνια του γκολφ και τα καλάμια ψαρέματος ήταν από τα πρώτα αθλητικά είδη που το υιοθέτησαν. Σύμφωνα με την QYResearch, οι παγκόσμιες πωλήσεις μπαστουνιών γκολφ από ανθρακονήματα αναμένεται να φτάσουν τα 5,854 δισεκατομμύρια RMB έως το 2031, με σύνθετο ετήσιο ρυθμό αύξησης 7,0%.
Από την πλευρά της τεχνολογίας, το πρόγραμμα οδήγησης TaylorMade Qi10 LS χρησιμοποιεί τη σχεδίαση "Infinity Carbon Crown" με 60 στρώματα ανθρακονημάτων και διπλή καμπύλη επιφάνεια, με άνθρακα που καλύπτει το 97% της επιφάνειας της κορώνας για να επιτύχει εξαιρετική απόδοση μεταφοράς ενέργειας. Οι άξονες της σειράς Tour AD της Graphite Design χρησιμοποιούν τεχνολογία προεμποτισμού ανθρακονημάτων και νανοκράματος Toray T1100G, αυξάνοντας σημαντικά τη δομική ακαμψία χωρίς προσθήκη βάρους. Η Callaway (ετήσιο εισόδημα περίπου 1,8 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ) και η TaylorMade (περίπου 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ) είναι οι δύο κορυφαίες παγκόσμιες μάρκες στα κλαμπ του γκολφ από ανθρακονήματα και οι δύο προμηθεύονται τα βασικά τους υλικά από ανθρακονήματα αποκλειστικά από την Toray της Ιαπωνίας.
Αξίζει να σημειωθεί ότι τα υλικά από ανθρακονήματα για τα κορυφαία κλαμπ του γκολφ από ανθρακονήματα στην Κίνα εξαρτώνται έως και 87% από τις εισαγωγές, αφήνοντας τεράστιο περιθώριο για εγχώρια υποκατάσταση. Η πορεία ανάπτυξης της Guangwei Composites - ξεκινώντας από τα εργαλεία αλιείας Weihai και επεκτείνοντας σταδιακά ανάντη σε υλικά από ανθρακονήματα - προσφέρει ένα αναπαραγόμενο μοντέλο για τη βιομηχανία: ξεκινήστε από τη ζήτηση αθλητικών ειδών στην τελική αγορά, ενσωματώστε αντίστροφα υλικά ανάντη και κλείστε τον κύκλο της αλυσίδας βιομηχανίας.
[Συνέχεια: Ανάπτυξη και τάσεις των σύνθετων ινών άνθρακα στον αθλητισμό και τον ελεύθερο χρόνο (Μέρος Ι) (3)]
[Πηγή] China Composites Industry Association (CCIA), επίσημος ιστότοπος
[Αρχικός σύνδεσμος] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html