[Jatkuu aiheesta: Hiilikuitukomposiittien kehitys ja suuntaukset urheilussa ja vapaa-ajassa (Osa I) (1)]
3.1 Autoklaavivalu: "Kultainen standardi" huippukilpailuvälineille
Autoklaavivalu tarjoaa korkeimman laadun - ja korkeimmat kustannukset - hiilikuituvaluprosesseista, tuotteen huokoisuus on alle 1 % ja mekaaniset ominaisuudet lähellä teoreettisia rajoja. Urheiluvälineissä sitä käyttävät lähes kaikki huipputason kilpailuvarusteet: lippulaivamaantiepyörärungoissa, kuten Trek Madone ja Specialized S-Works Tarmac, käytetään Toray T800/T1000-luokan prepregiä, joka on kovetettu 120–180 asteessa ja 5–7 baarissa 2–4 tuntia, rungon paino vain 70000 g; Fujikuran ja Graphite Designin huippuluokan golfvarret käyttävät Toray T1100G hiilikuituprepreg -materiaalia autoklaavikovetuksella äärimmäisen jäykkyyden ja kevyen painon tasapainottamiseksi; America's Cupin purjehduskomponentit on myös autoklaavivalettu maksimaalisen luotettavuuden takaamiseksi. Laiteinvestoinnit ovat tyypillisesti 20–50 miljoonaa RMB, ja yksikkökustannukset ovat erittäin korkeat, mikä rajoittaa prosessin huippuluokan kilpailukykyisiin tuotteisiin.
3.2 Filamentin käämitys: "Soul-prosessi" onkivapoille ja golfakseleille
Filamentin käämitys on yksi eniten käytetyistä hiilikuituurheiluvälineiden muovausprosesseista, ja se on korvaamaton vavoissa ja golfvarreissa. Hartsikyllästetyt hiilikuitutouvit kierretään tuurnalle tarkoissa kulmissa - sisäkerrokset pienissä kulmissa (15 astetta -25 astetta) tarjoavat taivutusjäykkyyden, ulkokerrokset suurissa kulmissa (45 astetta -60 astetta) vääntöjäykkyyttä - niin että monikulmainen lay-up suunnittelu optimoi tuotteen anisotropic suorituskyvyn.
Weihai Guangwei Composites alkoi juuri tästä, onkilangan kierteillä. Vuonna 1998 se toi Kiinan ensimmäisen laajaleveän hiilikuituprepreg-linjan tankovalmistusta varten, minkä jälkeen se laajennettiin alkupäässä hiilikuitumateriaaleihin, ja siitä tuli lopulta koko ketjun johtaja Kiinan hiilikuituteollisuudessa. Sen hiilikuituprepreg on edelleen Weihain kalastusvälineklusterin ydinraaka-aine. Weihai, maailman suurin onkivapavalmistuskeskus, isännöi koko ketjua, joka koostuu hiilikuituprepregistä → filamentin käämyksestä → sauvan valmistuksesta → komponenttien prosessoinnista → brändimarkkinoinnista, ja se muodostaa noin 60 % maailmanlaajuisesta vavan tuotannosta.
3.3 Puristusmuovaus: "Massatuotantotyökalu" mailoille ja hiilikenkälevyille
Puristusmuovaus asettaa prepregin metallimuottiin ja kovettaa sen lämmön ja paineen alaisena, mikä tarjoaa korkean hyötysuhteen, hyvän tarkkuuden ja soveltuvuuden suurierätuotantoon. Urheilutarvikkeissa tennis- ja sulkapallomailojen rungot valmistetaan lähes kokonaan prepreg-puristusmuovauksella - hiilikuidun asettelukulma (0 astetta /±45 astetta /90 astetta) säätelee mailan taipumista ja vääntöjäykkyyttä optimoiden "sweet spotin". Yonexin, Li-Ningin, Wilsonin ja Babolatin huippuluokan mailat käyttävät Toray-hiilikuituprepregiä puristusmuovauksella.
Urheilukenkien hiililevyt puristusmuovataan myös keskisuurissa ja suurissa erissä - useita hiilikuituprepreg-kerroksia kovetetaan lämmön ja paineen alaisena muotissa ja leikataan sitten pohjalevyn muotoisiksi. Niken, Li-Ningin, Xtepin ja Antan hiilipinnoitetut juoksukengät käyttävät tätä prosessia. Polkupyörien komponentit (varret, istuintolpat, kammet), suksien siteet ja suojavarusteiden kuoret ovat myös laajasti puristusmuovattuja; merkit, kuten Giant ja Merida, käyttävät suuria määriä puristusmuovattuja hiiliosia.
3.4 RTM ja VARI: Polkupyörän vanteista kilpaveneisiin
RTM (Resin Transfer Molding) käyttää suljettua muottia paineistetulla hartsiruiskutuksella saavuttaakseen sileät pinnat molemmilta puolilta ja lähes verkkomuodon. Urheilutarvikkeissa RTM:ää käytetään pääasiassa polkupyörän hiilikuituvanteissa (yksiosainen muovaus vähentää nivelten määrää), golfmailojen päissä (monimutkaisten geometrioiden tarkka muotoilu) ja jääkiekkomailojen varret (muuttuva seinämän paksuus keveyttä varten). Verrattuna prepreg-autoklaavi-reitille, RTM nostaa tuotannon tehokkuutta 3-5 kertaa.
VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) käyttää tyhjiön alipainetta ajaakseen hartsin kuiviin kuituihin; laiteinvestoinnit ovat pieniä ja prosessi sopii suuriin osiin. Urheilutarvikkeissa VARIa käytetään pääasiassa soutukuoriin, kajakkeihin ja purjerungoihin (koko 3–10 m, liian suuri autoklaaville). Tunnettu eurooppalainen kajakkibrändi käyttää VARIa kilpailevien hiilikuitujen kajakkien valmistukseen, lyhentäen kiertoaikaa yksikköä kohden 40 tunnista käsinlaskemalla 12 tuntiin ja saavuttaen 58 %:n kuitutilavuusosuuden. Hiilikuitusurffilaudoissa ja seisomamelalaudoissa (SUP) käytetään myös VARIa; sen matalapaineinen muotoilu yhdistää onnistuneesti EPS-vaahtoytimet hiilikuitukalvoihin, mikä tekee tuotteista 30 % kevyempiä kuin perinteiset lasikuitulaudat.
3.5 Prepreg: urheiluvälinevalmistuksen "ydinvälimateriaali"
Prepreg on CFRP-tuotannon tärkein välimateriaali – puolikovettuva levy, joka on valmistettu esikyllästämällä hiilikuitua hartsilla. Urheilutarvikkeissa lämpökovettuvan prepregin (pääasiassa epoksi) osuus on noin 80 %, ja sitä käytetään laajalti polkupyörien rungoissa, golfakseleissa, tennismailoissa ja vavoissa; termoplastisten prepregien (PEEK, PPS, PA6 ja muut) osuus on noin 20 % ja se kasvaa nopeasti – sen kierrätettävyys, uudelleenkäsiteltävyys ja lyhyt muovausjakso (minuutteja vs. tunteja) sopivat erityisesti suksiin, suojavarusteisiin ja hiilikuitukengänlevyihin, joissa sitkeys ja tuottavuus ovat tärkeintä. Teijin operoi Saksassa termoplastista yksisuuntaista teippitehdasta, joka on erikoistunut urheiluvälineiden hiilikuitu-/PEEK- ja hiilikuitu-/PPS-prepregiin.
4. Materiaalivertailu: Miksi hiilikuidusta on tullut urheiluvälineiden ensimmäinen valinta?
Urheilutarvikkeiden materiaalivalinnan ydintarve on "kevyempi, vahvempi, joustavampi, kestävämpi". Hiilikuidulla on ylivoimaisia etuja kaikissa neljässä ulottuvuudessa:
Hiilikuidun ominaislujuus (lujuus/tiheys) on 10 kertaa teräksen, 8 kertaa alumiiniseoksen ja 5 kertaa titaaniseoksen ominaislujuus - täsmälleen urheiluvälineiden äärimmäisen kevyen ja suuren lujuuden yhdistelmä. Mutta hiilikuitu ei ole universaali vastaus: sen hauraus tarkoittaa, että vakavassa iskussa voi tapahtua katastrofaalinen vika, joten jääkiekkomailoissa, suksien reunoissa ja muissa suurta sitkeyttä vaativissa sovelluksissa käytetään usein hiili/aramidi-hybridikudotusta, jossa käytetään aramidin erinomaista iskunkestävyyttä hiilikuidun haurauden kompensoimiseksi. Shimanon huippuluokan EXSENS-vapasarja käyttää hiilikuitua ja aramidihybridiä, mikä parantaa merkittävästi iskunkestävyyttä ja pitää painon alhaalla.
Kustannuksella suuren hinauksen hiilikuitu (48K/50K) on pudonnut 80–100 RMB/kg:iin, mikä on jatkuvasti kaventanut eroa lasikuidulla (8–15 RMB/kg). Jilin Chemical Fibre Groupin nopea suurten hinauskuitukapasiteetin vapauttaminen nopeuttaa hiilikuidun siirtymistä ammattikilpailusta massakuluttajamarkkinoille. Esimerkkinä hiilikuitupolkupyöristä voidaan todeta, että suuren hinattavan hiilikuidun käyttö voi leikata runkomateriaalin kustannuksia noin 40 %, jolloin lähtötason hiilikuitupyörien hinnat laskevat 8 000 RMB:stä 5 000 RMB:iin.
5. Ydinsovellukset: Kuinka hiilikuitu muokkaa urheiluvälinemaisemaa
5.1 Golfmailat: Carbon Fiberin "First Battlefield"
Golfmailat ovat hiilikuitujen suurin yksittäinen urheilusovellusmarkkina. Kun hiilikuitu kaupallistettiin 1970-luvulla, golfmailat ja vavat olivat ensimmäisiä urheiluvälineitä, jotka ottivat sen käyttöön. QYResearchin mukaan hiilikuituisten golfmailojen maailmanlaajuisen myynnin odotetaan saavuttavan 5,854 miljardia RMB:tä vuoteen 2031 mennessä, mikä tarkoittaa 7,0 prosentin vuotuista kasvua.
Teknologiapuolella TaylorMade Qi10 LS -ohjain käyttää "Infinity Carbon Crown" -mallia, jossa on 60 hiilikuitukerrosta ja kaksinkertainen kaareva pinta, jossa hiili peittää 97 % kruunun alueesta erinomaisen energiansiirtotehokkuuden saavuttamiseksi. Graphite Designin Tour AD -sarjan akselit käyttävät Toray T1100G hiilikuituprepreg- ja nanoseosteknologiaa, mikä lisää huomattavasti rakenteellista jäykkyyttä lisäämättä painoa. Callaway (vuositulot noin 1,8 miljardia dollaria) ja TaylorMade (noin 1,5 miljardia dollaria) ovat kaksi johtavaa maailmanlaajuista hiilikuitugolfmailabrändiä, ja molemmat hankkivat ydinhiilikuitumateriaalinsa yksinomaan Japanin Toraysta.
On syytä huomata, että Kiinan huippuluokan hiilikuituisten golfmailojen hiilikuitumateriaalit ovat jopa 87 % tuontiriippuvaisia, mikä jättää valtavasti tilaa kotimaisille korvauksille. Guangwei Compositesin kehityspolku - alkaen Weihain kalastustarvikkeista ja ulottuu vähitellen ylävirtaan hiilikuitumateriaaleihin - tarjoaa teollisuudelle toistettavan mallin: aloita urheiluvälineiden loppumarkkinoiden kysynnästä, integroi alkupään materiaalit käänteisesti ja sulje teollisuuden ketjun silmukka.
[Jatkuu: Hiilikuitukomposiittien kehitys ja suuntaukset urheilussa ja vapaa-ajassa (Osa I) (3)]
[Lähde] China Composites Industry Association (CCIA), virallinen verkkosivusto
[Alkuperäinen linkki] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html