[Järgneb: süsinikkiudkomposiitide areng ja suundumused spordis ja vaba aja veetmises (I osa) (1)]
3.1 Autoklaavivormimine: parimate võistlusseadmete "kuldstandard".
Autoklaavvormimine tagab süsinikkiust vormimisprotsesside hulgas kõrgeima kvaliteedi ja kõrgeima hinna, toote poorsus on alla 1% ja mehaanilised omadused on teoreetiliste piiride lähedal. Spordikaupades kasutab seda peaaegu kogu tipptasemel võistlusvarustus: maanteeratta lipulaevade raamid, nagu Trek Madone ja Specialized S-Works Tarmac, kasutavad Toray T800/T1000-klassi eeltöödeldud 120–180 kraadi ja 5–7 baari juures 2–4 tundi, raami kaal vaid 70000 g; Fujikura ja Graphite Design tipptasemel golfivõllid kasutavad Toray T1100G süsinikkiust eeltöödeldud autoklaaviga, et tasakaalustada äärmist jäikust ja kerget kaalu; America's Cupi purjetamiskomponendid on maksimaalse töökindluse tagamiseks ka autoklaavis vormitud. Investeeringud seadmetesse on tavaliselt 20–50 miljonit RMB ja ühiku maksumus on väga kõrge, piirates protsessi tipptasemel konkurentsivõimeliste toodetega.
3.2 Hõõgniidi mähis: õngeritvade ja golfivõllide "hingeprotsess"
Hõõgniidi mähis on üks enim kasutatud süsinikkiust spordikaupade vormimisprotsesse ning see on asendamatu õngeritvades ja golfivõllides. Vaiguga immutatud süsinikkiust köisikud keritakse tornile täpsete nurkade all – väikese nurga all olevad sisekihid (15–25 kraadi) tagavad paindejäikuse, väliskihid suurte nurkade all (45–60 kraadi) väändejäikuse – nii et mitme nurga all paiknev paigutus optimeerib toote mehaanilist jõudlust.
Weihai Guangwei Composites sai alguse täpselt siit, õngeritva hõõgniidi mähisega. 1998. aastal importis see Hiina esimese laia laia süsinikkiust prepreg-liini varraste tootmiseks, seejärel laiendati seda ülesvoolu süsinikkiust materjalideks, saades lõpuks Hiina süsinikkiutööstuses kogu ahela liidriks. Selle süsinikkiust prepreg jääb Weihai kalastustarvete klastri põhitooraineks. Maailma suurimas õngeritvade tootmiskeskuses Weihais on terve kett, mis koosneb süsinikkiust prepregist → hõõgniidi mähisest → varda tootmisest → komponentide töötlemisest → brändi turustusest, ja see moodustab umbes 60% ülemaailmsest ridva toodangust.
3.3 Survevormimine: reketite ja süsinikust jalatsiplaatide masstootmise tööriist
Survevalu asetab prepregi metallvormi ja kõveneb selle kuumuse ja rõhu all, pakkudes kõrget efektiivsust, head täpsust ja sobivust suurte partiide tootmiseks. Spordikaupades on tennise- ja sulgpallireketite raamid peaaegu täielikult valmistatud prepreg survevalu abil – süsinikkiust paigutusnurk (0 kraadi /±45 kraadi / 90 kraadi) kontrollib reketi painde- ja väändejäikust, optimeerides "magusa koha". Yonexi, Li-Ningi, Wilsoni ja Babolati tipptasemel reketid kasutavad Toray süsinikkiust prepreg survevormimisega.
Spordijalatsite süsinikplaadid on survevaluvormitud ka keskmiste kuni suurte partiidena – mitu kihti süsinikkiust prepregi kõvastatakse kuumuse ja rõhu all vormis ning lõigatakse seejärel tallaplaadi kujuliseks. Nike, Li-Ning, Xtep ja Anta süsinikkattega jooksujalatsid kasutavad seda protsessi. Jalgrataste komponente (varred, istmepostid, vändad), suusasidemeid ja kaitsevarustuse kestasid valmistatakse samuti laialdaselt survevormimisel; kaubamärgid, nagu Giant ja Merida, kasutavad suurel hulgal survevaluvormitud süsinikosi.
3.4 RTM ja VARI: jalgrattavelgedest võidusõidupaadi kereni
RTM (Resin Transfer Molding) kasutab survestatud vaigu sissepritsega suletud vormi, et saavutada mõlemalt poolt siledad pinnad ja peaaegu võrgukujuline tootmine. Spordikaupades kasutatakse RTM-i peamiselt süsinikkiust jalgrattavelgede (ühes tükis vormimine vähendab liigendite arvu), golfikepipeade (keerulise geomeetria ülitäpne vormimine) ja jäähokikepi varre (muutuva seinapaksusega kerge kaalu jaoks). Võrreldes prepreg-autoklaavi marsruudiga tõstab RTM tootmise efektiivsust 3–5 korda.
VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) kasutab vaakumi negatiivset rõhku, et juhtida vaik kuivaks kiuks; seadmetesse investeerimine on väike ja protsess sobib suurtele osadele. Spordikaupades kasutatakse VARI-t peamiselt sõudekarpide, kajakkide ja purjekerede jaoks (suurused 3–10 m, autoklaavi jaoks liiga suured). Tuntud Euroopa süstabränd kasutab VARI-t võistlusklassi süsinikkiust süstade tootmiseks, lühendades tsükli kestust ühiku kohta 40 tunnilt käsitsi mahapanekul kuni 12 tunnini ja saavutades kiu mahuosa 58%. Süsinikkiust surfilauad ja püstised aerulauad (SUP) kasutavad samuti VARI-t; selle madalsurvevormimine ühendab edukalt EPS vahtsüdamikud süsinikkiust kestadega, muutes tooted 30% kergemaks kui tavalised klaaskiust surfilauad.
3.5 Prepreg: sporditarvete tootmise põhiline vahematerjal
Prepreg on CFRP tootmise kõige olulisem vahematerjal – poolkõvenenud leht, mis on toodetud süsinikkiu eelimmutamisel vaiguga. Spordikaupades moodustab termoreaktiivse prepreg (peamiselt epoksü) umbes 80% ja seda kasutatakse laialdaselt jalgrataste raamides, golfivõllides, tennisereketites ja õngeritvades; termoplastne prepreg (PEEK, PPS, PA6 jt) moodustab umbes 20% ja kasvab kiiresti – selle taaskasutatavus, taastöödeldavus ja lühike vormimistsükkel (minutid versus tunnid) sobivad eelkõige suuskadele, kaitsevarustusele ja süsinikust jalatsiplaatidele, kus sitkus ja tootlikkus on kõige olulisemad. Teijin haldab Saksamaal termoplastilise ühesuunalise lindi tehast, mis on spetsialiseerunud süsinikkiu/PEEK-i ja süsinikkiu/PPS-i prepregile spordikaupade jaoks.
4. Materjalide võrdlus: miks on süsinikkiud saanud spordikaupade esimeseks valikuks?
Spordikaupade materjalivaliku põhinõudlus on "kergem, tugevam, vastupidavam, vastupidavam". Süsinikkiul on kõigi nelja mõõtme puhul ülekaalukad eelised:
Süsinikkiu eritugevus (tugevus/tihedus) on 10 korda suurem terase omast, 8 korda alumiiniumisulami omast ja 5 korda titaanisulami omast – see on täpselt sporditarvete ülikerge ja kõrge tugevuse kombinatsioon. Kuid süsinikkiud ei ole universaalne vastus: selle rabedus tähendab, et tugeva löögi korral võib tekkida katastroofiline rike, nii et jäähokikeppide, suusaservade ja muude suurt sitkust nõudvate rakenduste puhul kasutatakse sageli süsiniku/aramiidi hübriidkudumist, kasutades süsinikkiu rabeduse tasakaalustamiseks aramiidi suurepärast löögikindlust. Shimano tipptasemel EXSENS varraste seeria kasutab süsinikkiust ja aramiidi hübriidi, mis parandab oluliselt löögikindlust, hoides samal ajal kaalu.
Kulude osas on suure puksiiriga süsinikkiud (48K/50K) langenud 80–100 RMB/kg-ni, vähendades pidevalt vahet klaaskiuga (8–15 RMB/kg). Jilin Chemical Fibre Groupi suure puksiiri süsinikkiu võimsuse kiire vabastamine kiirendab süsinikkiu liikumist professionaalsest konkurentsist masstarbijatele. Võttes näiteks süsinikkiust jalgrattad, võib suure pukseeritava süsinikkiu kasutamine vähendada raami materjali maksumust umbes 40%, viies algtaseme süsinikkiust jalgrataste hinnad 8000 RMB-lt 5000 RMB-le.
5. Põhirakendused: kuidas süsinikkiud kujundab ümber sporditarvete maastikku
5.1 Golfikepid: Carbon Fiberi esimene lahinguväli
Golfikepid on suurim süsinikkiu spordirakenduste turg. Kui süsinikkiud 1970. aastatel turustati, olid golfikepid ja õngeritvad ühed esimestest spordikaupadest, mis selle kasutusele võtsid. QYResearchi andmetel peaks süsinikkiust golfikeppide ülemaailmne müük 2031. aastaks jõudma 5,854 miljardi RMB-ni, mis tähendab 7,0% aastakasvu.
Tehnoloogilise poole pealt kasutab TaylorMade Qi10 LS-draiver "Infinity Carbon Crown" disaini, millel on 60 kihti süsinikkiust ja topeltkaader, kusjuures süsinik katab 97% võra alast, et saavutada suurepärane energiaülekande efektiivsus. Graphite Designi Tour AD seeria võllid kasutavad Toray T1100G süsinikkiust prepreg- ja nanosulamitehnoloogiat, suurendades oluliselt konstruktsiooni jäikust ilma kaalu lisamata. Callaway (aastane tulu umbes 1,8 miljardit USA dollarit) ja TaylorMade (umbes 1,5 miljardit USA dollarit) on kaks juhtivat ülemaailmset süsinikkiust golfikeppide kaubamärki ning mõlemad hangivad oma põhilised süsinikkiust materjalid ainult Jaapani Torayst.
Väärib märkimist, et Hiina kõrgekvaliteediliste süsinikkiust golfikeppide süsinikkiust materjalid sõltuvad kuni 87% ulatuses impordist, jättes tohutult ruumi kodumaisele asendamisele. Guangwei Compositesi arendustee – alustades Weihai kalastustarvetest ja ulatudes järk-järgult ülesvoolu süsinikkiudmaterjalideni – pakub tööstusele reprodutseeritavat mudelit: alustage lõppturu spordikaupade nõudlusest, integreerige ülesvoolu materjalid vastupidises suunas ja sulgege tootmisahela ahel.
[Järgneb: süsinikkiudkomposiitide areng ja suundumused spordis ja vaba aja veetmises (I osa) (3)]
[Allikas] China Composites Industry Association (CCIA), ametlik veebisait
[Algne link] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html