[Folytatás innen: A szénszálas kompozitok fejlesztése és trendjei a sportban és a szabadidőben (I. rész) (1)]
3.1 Autokláv öntés: A legjobb versenyfelszerelések "arany szabványa".
Az autokláv öntés a legmagasabb minőséget - és a legmagasabb költséget - biztosítja a szénszálas öntési eljárások között, a termék porozitásával 1% alatti, a mechanikai tulajdonságai pedig megközelítik az elméleti határokat. A sportszereknél szinte minden csúcskategóriás versenyfelszerelés alkalmazza: a zászlóshajó országúti kerékpárvázak, mint például a Trek Madone és a Specialized S-Works Tarmac, Toray T800/T1000-es besorolású, 120–180 fokon és 5–7 bar nyomáson 2–4 órán keresztül keményedő előprereget használnak, váztömege mindössze 70000–80000 g; a Fujikura és a Graphite Design csúcskategóriás golfszárai Toray T1100G szénszálas prepreg anyagból készülnek, autoklávban keményítve a rendkívüli merevség és a könnyű súly egyensúlya érdekében; Az America's Cup vitorlás alkatrészeket a maximális megbízhatóság érdekében autoklávban öntötték. A berendezés-beruházás általában 20–50 millió RMB-t tesz ki, és az egységköltség nagyon magas, ami a folyamatot a legmagasabb szintű, versenyképes termékekre korlátozza.
3.2 Izzószál tekercselés: A „lélek folyamata” horgászbotokhoz és golftengelyekhez
A száltekercselés a szénszálas sportszerek egyik leggyakrabban használt formázási eljárása, és pótolhatatlan a horgászbotokban és a golftengelyekben. A műgyantával impregnált szénszálas kócok pontos szögben vannak feltekerve a tüskére – a kis szögben (15°–25°) lévő belső rétegek hajlítási merevséget, a nagy szögben (45°–60°) lévő külső rétegek torziós merevséget biztosítanak – így a többszögű elrendezés optimalizálja a termék mechanikai teljesítményét.
A Weihai Guangwei Composites pontosan innen indult, horgászbot izzószál tekercselésével. 1998-ban importálta Kína első széles szélességű szénszálas prepreg sorát, amely a rúdgyártást szolgálja, majd ezt követően kiterjesztették a szénszálas anyagokra, és végül a teljes lánc vezetőjévé vált a kínai szénszálas iparban. A szénszálas prepreg továbbra is a Weihai horgászfelszerelés-klaszter alapvető alapanyaga. A Weihai, a világ legnagyobb horgászbot-gyártó központja egy teljes láncnak ad otthont, amely a szénszálas prepreg → filament tekercselésből → a botgyártás → alkatrészfeldolgozás → márkamarketingből áll, és a globális bottermelés mintegy 60%-át adja.
3.3 Kompressziós fröccsöntés: "Tömeggyártási eszköz" ütőkhöz és karbon cipőlapokhoz
A préseléssel a prepreget egy fémformába helyezik, és hő és nyomás hatására kikeményítik, így nagy hatékonyságot, jó pontosságot és nagy tételes gyártásra való alkalmasságot kínálnak. A sportszerekben a tenisz- és tollaslabda ütők keretei szinte teljes egészében prepreg préseléssel készülnek – a szénszálas fektetési szög (0 fok /±45 fok /90 fok) szabályozza az ütő hajlítását és csavarási merevségét, optimalizálva az „édes pontot”. A Yonex, a Li-Ning, a Wilson és a Babolat csúcskategóriás ütői mind Toray szénszálas prepreg anyagból készülnek, préseléssel.
A sportcipők szénlemezeit szintén préseléssel fröccsöntik közepes és nagy tételekben – több réteg szénszálas prepreg anyagot hő és nyomás hatására kikeményítenek egy öntőformában, majd talplemez alakúra vágják. A Nike, a Li-Ning, az Xtep és az Anta szénbevonatú futócipői mind ezt a folyamatot használják. A kerékpáralkatrészeket (szárak, nyeregtartók, hajtókarok), síléckötéseket és védőfelszerelések héjait szintén széles körben préselik; az olyan márkák, mint a Giant és a Merida, nagy számban használnak préselt karbon alkatrészeket.
3.4 RTM és VARI: A kerékpárfelnitől a versenyhajó-törzsig
Az RTM (Resin Transfer Molding) zárt öntőformát használ nyomás alatti gyanta-injektálással, hogy mindkét oldalon sima felületeket és közel háló alakú gyártást érjen el. A sportszerekben az RTM-et főként szénszálas kerékpárfelnikhez (az egyrészes öntés csökkenti az illesztések számát), golfütőfejekhez (összetett geometriák nagy pontosságú formázása) és jégkorongütő-szárokhoz (változtatható falvastagság a könnyű súlyhoz) használják. A prepreg-autokláv útvonalhoz képest az RTM 3-5-szörösére növeli a termelés hatékonyságát.
A VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) vákuum negatív nyomást használ a gyantának a száraz szálakba való behajtására; A berendezésberuházás alacsony, és az eljárás nagy részekhez illeszkedik. A sportszerekben a VARI-t elsősorban evezős kagylókhoz, kajakokhoz és vitorlástestekhez használják (3-10 m méretű, túl nagy az autoklávhoz). Egy jól ismert európai kajakmárka a VARI-t használja versenyminőségű szénszálas kajakok gyártására, így az egységenkénti ciklusidőt 40 óráról kézi fektetéssel 12 órára csökkentik, és 58%-os száltérfogat-hányadot érnek el. A szénszálas szörfdeszkák és az álló eveződeszkák (SUP) szintén VARI-t használnak; alacsony nyomású formázása sikeresen integrálja az EPS hab magokat szénszálas burkolatokkal, így a termékek 30%-kal könnyebbek, mint a hagyományos üvegszálas szörfdeszkák.
3.5 Prepreg: A sportszergyártás "alapanyaga"
A prepreg a CFRP gyártás legfontosabb köztes anyaga – egy félig kikeményedett lemez, amelyet szénszál gyantával történő előimpregnálásával állítanak elő. A sportszerekben a hőre keményedő prepreg (főleg epoxi) körülbelül 80%-át teszi ki, és széles körben használják kerékpárvázakban, golftengelyekben, teniszütőkben és horgászbotokban; A hőre lágyuló prepreg (PEEK, PPS, PA6 és mások) körülbelül 20%-ot tesz ki, és gyorsan növekszik – újrahasznosíthatósága, újrafeldolgozhatósága és rövid formázási ciklusa (percek versus óra), különösen a sílécek, a védőfelszerelések és a szénből készült cipőlapok esetében, ahol a szívósság és a termelékenység a legfontosabb. A Teijin egy hőre lágyuló egyirányú szalaggyártó üzemet üzemeltet Németországban, amely a sportszerekhez használt szénszál/PEEK és szénszál/PPS prepreg gyártására specializálódott.
4. Anyag-összehasonlítás: Miért lett a szénszál a sportszer első számú választása?
A sportszerek anyagválasztásának alapvető igénye a „könnyebb, erősebb, rugalmasabb, tartósabb”. A szénszál mind a négy dimenzióban elsöprő előnyökkel rendelkezik:
A szénszál fajlagos szilárdsága (szilárdsága/sűrűsége) 10-szerese az acélénak, 8-szorosa az alumíniumötvözetének és ötszöröse a titánötvözetének – pontosan az extrém könnyű súly és a nagy szilárdság kombinációja, amelyet a sportszerek követnek. A szénszál azonban nem univerzális válasz: törékenysége azt jelenti, hogy katasztrofális meghibásodások fordulhatnak elő súlyos ütések hatására, így jégkorongütőkben, sílécek szélén és más, nagy szívósságot igénylő alkalmazásokban gyakran alkalmazzák a szén/aramid hibrid szövést, amely az aramid kiváló ütésállóságát használja a szénszál ridegségének ellensúlyozására. A Shimano csúcskategóriás EXSENS botsorozata szénszálas és aramid hibridet használ, jelentősen javítva az ütésállóságot, miközben csökkenti a súlyt.
A költség szempontjából a nagy vontatású szénszál (48K/50K) 80–100 RMB/kg-ra esett, folyamatosan csökkentve a különbséget az üvegszállal (8–15 RMB/kg). A Jilin Chemical Fibre Group nagy vontatású szénszálas kapacitásának gyors felszabadítása felgyorsítja a szénszálak professzionális versenyből a tömeges fogyasztói piacok felé történő elmozdulását. Példaként a szénszálas kerékpárokat tekintve a nagy vontatású szénszál használata körülbelül 40%-kal csökkentheti a váz anyagköltségét, így a belépő szintű karbon kerékpárok ára 8000 RMB-ről 5000 RMB-re csökken.
5. Alapvető alkalmazások: Hogyan alakítja át a szénszál a sportszereket?
5.1 Golfütők: Carbon Fiber „First Battlefield”
A golfütők jelentik a szénszálas alkalmazások legnagyobb egyedi piacát. Amikor az 1970-es években a szénszálat kereskedelmi forgalomba hozták, a golfütők és a horgászbotok az első sportszerek között alkalmazták. A QYResearch szerint a szénszálas golfütők globális értékesítése 2031-re várhatóan eléri az 5,854 milliárd RMB-t, ami 7,0%-os összetett éves növekedési rátát jelent.
Technológiai oldalon a TaylorMade Qi10 LS meghajtó az "Infinity Carbon Crown" dizájnt használja 60 réteg szénszálas és dupla ívelt felülettel, a korona területének 97%-át lefedő szén a kiváló energiaátviteli hatékonyság elérése érdekében. A Graphite Design Tour AD sorozatú tengelyei Toray T1100G szénszálas prepreg és nanoötvözet technológiát használnak, nagymértékben növelve a szerkezeti merevséget anélkül, hogy súlyt adnának. A Callaway (körülbelül 1,8 milliárd USD éves bevétel) és a TaylorMade (körülbelül 1,5 milliárd USD) a szénszálas golfütők két vezető globális márkája, és mindkettő kizárólag a japán Toray-ból szerzi be alapvető szénszálas anyagait.
Érdemes megjegyezni, hogy a kínai csúcskategóriás szénszálas golfütők szénszálas anyagai akár 87%-ban importfüggőek, így óriási teret hagyva a hazai helyettesítésre. A Guangwei Composites fejlesztési pályája – a Weihai horgászfelszereléstől kezdve, majd fokozatosan a szénszálas anyagokig terjedve – megismételhető modellt kínál az ipar számára: a végső piaci sportszerkeresletből induljon ki, fordítva integrálja az upstream anyagokat, és zárja be az ipari lánc hurkát.
[Folytatás: A szénszálas kompozitok fejlesztése és trendjei a sportban és a szabadidőben (I. rész) (3)]
[Forrás] China Composites Industry Association (CCIA), hivatalos weboldal
[Eredeti link] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html