[Tęsinys iš: Anglies pluošto kompozitų plėtra ir tendencijos sporte ir laisvalaikyje (I dalis) (1)]
3.1 Formavimas autoklave: aukščiausios varžybų įrangos „auksinis standartas“.
Formavimas autoklave užtikrina aukščiausią kokybę ir didžiausią kainą tarp anglies pluošto formavimo procesų, produkto poringumas mažesnis nei 1%, o mechaninės savybės artimos teorinėms riboms. Sporto prekėse ją naudoja beveik visa aukščiausio lygio varžybų įranga: pavyzdiniuose plento dviračių rėmuose, tokiuose kaip „Trek Madone“ ir „Specialized S-Works Tarmac“, naudojamas Toray T800/T1000 klasės prepregas, sukietintas 120–180 laipsnių ir 5–7 barų slėgyje 2–4 valandas, o rėmo svoris tik 7000 g; aukščiausios klasės „Fujikura“ ir „Graphite Design“ golfo šachtose naudojamas Toray T1100G anglies pluošto prepregas su kietėjimu autoklave, kad būtų subalansuotas ypatingas standumas ir lengvas svoris; „America's Cup“ buriavimo komponentai taip pat yra formuojami autoklave, kad būtų užtikrintas maksimalus patikimumas. Investicijos į įrangą paprastai siekia 20–50 mln. RMB, o vieneto kaina yra labai didelė, todėl procesas ribojamas iki aukščiausio lygio konkurencingų produktų.
3.2 Gijų vyniojimas: „sielos procesas“ meškerėms ir golfo šachtoms
Gijų vyniojimas yra vienas iš labiausiai naudojamų anglies pluošto sporto prekių formavimo procesų ir yra nepakeičiamas meškerėse ir golfo kotuose. Derva impregnuoti anglies pluošto kuodeliai suvyniojami ant įtvaro tiksliais kampais – vidiniai sluoksniai mažais kampais (15–25 laipsniai) suteikia lenkimo standumą, išoriniai sluoksniai dideliais kampais (45–60 laipsnių) – sukimo standumą – todėl kelių kampų išdėstymas optimizuoja gaminio mechaninį veikimą.
„Weihai Guangwei Composites“ prasidėjo būtent čia, vyniojant meškerės siūlą. 1998 m. ji importavo Kinijoje pirmąją plataus pločio anglies pluošto prepreg liniją, skirtą strypų gamybai, vėliau išplėtė iki anglies pluošto medžiagų ir galiausiai tapo visos grandinės lydere Kinijos anglies pluošto pramonėje. Jo anglies pluošto prepregas išlieka pagrindine Weihai žvejybos reikmenų klasterio žaliava. Weihai, didžiausias pasaulyje meškerių gamybos centras, turi visą grandinę, kurią sudaro anglies pluošto paruošimas → siūlų vyniojimas → meškerykočių gamyba → komponentų apdirbimas → prekės ženklo rinkodara, ir sudaro apie 60 % pasaulinės meškerykočių produkcijos.
3.3 Kompresinis liejimas: „masinės gamybos įrankis“, skirtas raketėms ir anglies batų plokštėms
Suspaudimo formavimo būdu prepregas dedamas į metalinę formą ir sukietėja veikiant šilumai ir slėgiui, todėl užtikrinamas didelis efektyvumas, geras tikslumas ir tinkamumas didelėms serijoms gaminti. Sporto prekėse teniso ir badmintono rakečių rėmai beveik visiškai gaminami prepreg suspaudimo būdu – anglies pluošto padėjimo kampas (0 laipsnių /±45 laipsniai /90 laipsnių) kontroliuoja raketės lenkimą ir sukimo standumą, optimizuodamas „saldžią vietą“. Aukščiausios klasės „Yonex“, „Li-Ning“, „Wilson“ ir „Babolat“ raketės naudoja „Toray“ anglies pluošto prepregą su suspaudimu.
Sportinių batų anglies plokštės taip pat yra presuojamos vidutinėmis ir didelėmis partijomis – keli anglies pluošto preprego sluoksniai yra sukietinami formoje, veikiant karščiui ir slėgiui, o tada supjaustomi į pado plokšteles. Anglies dengti bėgimo bateliai iš Nike, Li-Ning, Xtep ir Anta visi naudoja šį procesą. Dviračių komponentai (stiebai, sėdynių stulpeliai, alkūniniai svirčiai), slidžių apkaustai ir apsauginiai pavarų apvalkalai taip pat yra plačiai presuojami; Tokie prekių ženklai kaip „Giant“ ir „Merida“ naudoja daug suspaudimo būdu suformuotų anglies dalių.
3.4 RTM ir VARI: nuo dviračių ratlankių iki lenktyninių valčių korpusų
RTM (Resin Transfer Molding) naudoja uždarą formą su slėginės dervos įpurškimu, kad iš abiejų pusių būtų lygūs paviršiai ir beveik tinklinė forma. Sporto prekėse RTM daugiausia naudojamas anglies pluošto dviračių ratlankiams (vieno gabalo formavimas sumažina jungčių skaičių), golfo lazdų galvutėms (labai tikslus sudėtingų geometrijų formavimas) ir ledo ritulio lazdų kotams (kintamo sienelės storio lengvam svoriui). Palyginti su prepreg–autoklave maršrutu, RTM padidina gamybos efektyvumą 3–5 kartus.
VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) naudoja vakuuminį neigiamą slėgį, kad įstumtų dervą į sausą pluoštą; investicijos į įrangą yra mažos, o procesas tinka didelėms dalims. Sporto prekėse VARI dažniausiai naudojamas irklavimo kriauklėms, baidarėms ir burinių korpusams (3–10 m dydžio, per didelis autoklavui). Gerai žinomas Europos baidarių prekės ženklas naudoja VARI gamindamas konkurencinio lygio anglies pluošto baidares, sutrumpindamas ciklo trukmę nuo 40 valandų su ranka iki 12 valandų ir pasiekdamas 58 % pluošto tūrio. Anglies pluošto banglentės ir stovimos irklentės (SUP) taip pat naudoja VARI; Formuojant žemu slėgiu, EPS putplasčio šerdys sėkmingai sujungiamos su anglies pluošto apvalkalu, todėl gaminiai yra 30% lengvesni nei įprastos stiklo pluošto banglentės.
3.5 Prepreg: pagrindinė tarpinė sporto prekių gamybos medžiaga
Prepregas yra svarbiausia tarpinė medžiaga CFRP gamyboje – pusiau sukietėjęs lakštas, pagamintas iš anksto impregnuojant anglies pluoštą derva. Sporto prekėse termoreaktingas prepregas (daugiausia epoksidinis) sudaro apie 80 % ir yra plačiai naudojamas dviračių rėmuose, golfo kotuose, teniso raketėse ir meškerėse; termoplastinis prepregas (PEEK, PPS, PA6 ir kiti) sudaro apie 20% ir sparčiai auga – jo perdirbamumas, pakartotinis apdorojimas ir trumpas formavimo ciklas (minutės ir valandos), ypač tinka slidėms, apsauginėms reikmenims ir anglies batų plokštėms, kur tvirtumas ir našumas yra svarbiausi. Teijin valdo termoplastinių vienkrypčių juostų gamyklą Vokietijoje, skirtą anglies pluošto / PEEK ir anglies pluošto / PPS prepregui sporto prekėms.
4. Medžiagų palyginimas: kodėl anglies pluoštas tapo pirmuoju sporto prekių pasirinkimu?
Pagrindinis poreikis renkantis medžiagas sporto prekėms yra „lengvesnės, tvirtesnės, atsparesnės, patvaresnės“. Anglies pluoštas turi didžiulių pranašumų visuose keturiuose matmenyse:
Specifinis anglies pluošto stiprumas (stiprumas / tankis) yra 10 kartų didesnis nei plieno, 8 kartus didesnis nei aliuminio lydinio ir 5 kartus didesnis nei titano lydinio – būtent toks itin lengvo ir didelio stiprumo derinys, kurio siekia sporto prekės. Tačiau anglies pluoštas nėra universalus atsakymas: jo trapumas reiškia, kad esant stipriam smūgiui gali įvykti katastrofiškas gedimas, todėl ledo ritulio lazdose, slidžių briaunose ir kitose srityse, kurioms reikalingas didelis tvirtumas, dažnai naudojamas anglies/aramido hibridinis audimas, naudojant puikų aramido atsparumą smūgiams, kompensuojant anglies pluošto trapumą. „Shimano“ aukščiausios klasės EXSENS meškerių serijoje naudojamas anglies pluošto ir aramido hibridas, kuris žymiai pagerina atsparumą smūgiams ir sumažina svorį.
Dėl savikainos didelio vilkimo anglies pluošto (48K/50K) kaina sumažėjo iki 80–100 RMB/kg, nuolat mažinant skirtumą naudojant stiklo pluoštą (8–15 RMB/kg). „Jilin Chemical Fibre Group“ greitai išlaisvina didelio vilkimo anglies pluošto pajėgumus, pagreitina anglies pluošto perėjimą iš profesionalios konkurencijos į masines vartotojų rinkas. Pavyzdžiui, anglies pluošto dviračiai, naudojant didelio tankio anglies pluoštą, rėmo medžiagos sąnaudos gali sumažėti maždaug 40%, todėl pradinio lygio anglies dviračių kainos sumažėja nuo 8 000 RMB iki 5 000 RMB.
5. Pagrindinės programos: kaip anglies pluoštas keičia sporto prekių kraštovaizdį
5.1 Golfo klubai: „Carbon Fiber“ „Pirmasis mūšio laukas“
Golfo lazdos yra didžiausia anglies pluošto sportinių pritaikymų rinka. Kai aštuntajame dešimtmetyje anglies pluoštas buvo komercializuotas, golfo lazdos ir meškerės buvo vienos iš pirmųjų sporto prekių, kurios jį pradėjo naudoti. Remiantis QYResearch duomenimis, pasauliniai anglies pluošto golfo lazdų pardavimai iki 2031 m. pasieks 5,854 mlrd. RMB, ty 7,0% metinio augimo tempo.
Technologijų srityje TaylorMade Qi10 LS vairuotojas naudoja "Infinity Carbon Crown" dizainą su 60 anglies pluošto sluoksnių ir dvigubai išlenktu paviršiumi, o anglis dengia 97% karūnos srities, kad būtų pasiektas puikus energijos perdavimo efektyvumas. Graphite Design Tour AD serijos velenai naudoja Toray T1100G anglies pluošto prepreg ir nano lydinio technologiją, todėl labai padidėja konstrukcijos standumas, nepridedant svorio. Callaway (apie 1,8 mlrd. USD metinės pajamos) ir „TaylorMade“ (apie 1,5 mlrd. USD) yra du pirmaujantys pasauliniai anglies pluošto golfo lazdų prekės ženklai, kurių pagrindines anglies pluošto medžiagas jie tiekia tik iš Japonijos „Toray“.
Verta paminėti, kad Kinijos aukščiausios klasės anglies pluošto golfo lazdų anglies pluošto medžiagos iki 87% priklauso nuo importo, todėl paliekama daug vietos vietiniam pakeitimui. „Guangwei Composites“ plėtros kelias – pradedant nuo Weihai žvejybos reikmenų ir palaipsniui besiplečiant prieš srovę iki anglies pluošto medžiagų – siūlo pakartojamą modelį pramonei: pradėti nuo galutinės sporto prekių paklausos, integruoti žaliavas priešingai ir uždaryti pramonės grandinės kilpą.
[Tęsiamas: Anglies pluošto kompozitų plėtra ir tendencijos sportui ir laisvalaikiui (I dalis) (3)]
[Šaltinis] Kinijos kompozitų pramonės asociacija (CCIA), oficiali svetainė
[Originali nuoroda] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html