[تابع من: تطور واتجاهات مركبات ألياف الكربون في الرياضة والترفيه (الجزء الأول) (١)]
3.1 صب الأوتوكلاف: "المعيار الذهبي" لأفضل معدات المنافسة
توفر قوالب الأوتوكلاف أعلى جودة - وأعلى تكلفة - بين عمليات صب ألياف الكربون، مع مسامية المنتج أقل من 1% والخواص الميكانيكية قريبة من الحدود النظرية. في السلع الرياضية، تستخدمها جميع معدات المنافسة عالية المستوى تقريبًا: تستخدم إطارات دراجات الطرق الرئيسية مثل Trek Madone وSpecialized S-Works Tarmac مواد التقوية المسبقة من الدرجة Toray T800/T1000 المعالجة عند 120-180 درجة و5-7 بار لمدة 2-4 ساعات، مع وزن إطار يبلغ 700-800 جم فقط؛ تستخدم أعمدة الجولف المتطورة من Fujikura وGraphite Design مواد التقوية المسبقة من ألياف الكربون Toray T1100G مع معالجة الأوتوكلاف لتحقيق التوازن بين الصلابة الشديدة وخفة الوزن؛ مكونات الإبحار في كأس أمريكا مصبوبة أيضًا في الأوتوكلاف لتحقيق أقصى قدر من الموثوقية. يتراوح الاستثمار في المعدات عادة ما بين 20 إلى 50 مليون يوان صيني وتكون تكلفة الوحدة مرتفعة للغاية، مما يحد من العملية على المنتجات التنافسية من الدرجة الأولى.
3.2 لف الخيوط: "عملية الروح" لقضبان الصيد وأعمدة الجولف
يعد لف الخيوط إحدى عمليات التشكيل الأكثر استخدامًا للسلع الرياضية المصنوعة من ألياف الكربون ولا يمكن استبدالها في قضبان الصيد وأعمدة الجولف. يتم لف سحب ألياف الكربون المشربة بالراتنج على شياق بزوايا دقيقة - توفر الطبقات الداخلية بزوايا صغيرة (15 درجة -25 درجة) صلابة الانحناء، بينما توفر الطبقات الخارجية بزوايا كبيرة (45 درجة -60 درجة) صلابة الالتواء - بحيث يعمل تصميم الوضع متعدد الزوايا على تحسين الأداء الميكانيكي متباين الخواص للمنتج.
بدأت Weihai Guangwei Composites هنا بالضبط، مع لف خيوط صنارة الصيد. في عام 1998، استوردت أول خط تجهيز مسبق واسع النطاق من ألياف الكربون في الصين لخدمة تصنيع القضبان، ثم توسعت في المراحل الأولية لتشمل مواد ألياف الكربون، لتصبح في النهاية رائدة سلسلة كاملة في صناعة ألياف الكربون في الصين. تظل ألياف الكربون المسبقة هي المادة الخام الأساسية لمجموعة أدوات صيد الأسماك في Weihai. يستضيف Weihai، وهو أكبر مركز لتصنيع قضبان الصيد في العالم، سلسلة كاملة تبدأ من ألياف الكربون المسبقة ← لف الخيوط ← تصنيع القضبان ← معالجة المكونات ← تسويق العلامات التجارية، وتمثل حوالي 60% من إنتاج القضبان العالمية.
3.3 القولبة بالضغط: "أداة الإنتاج الضخم" للمضارب وألواح الأحذية الكربونية
يتم إجراء عملية التشكيل بالضغط في قالب معدني ومعالجته تحت الحرارة والضغط، مما يوفر كفاءة عالية ودقة جيدة وملاءمة لإنتاج كميات كبيرة. في السلع الرياضية، يتم تصنيع إطارات مضارب التنس وكرة الريشة بالكامل تقريبًا عن طريق صب الضغط المسبق - تتحكم زاوية وضع ألياف الكربون (0 درجة / ± 45 درجة / 90 درجة ) في انحناء المضرب وصلابة الالتواء، مما يؤدي إلى تحسين "النقطة المثالية". تستخدم المضارب المتطورة من Yonex وLi-Ning وWilson وBabolat جميعها ألياف الكربون مسبقة الصنع من Toray مع قالب الضغط.
يتم أيضًا تشكيل ألواح الكربون للأحذية الرياضية بالضغط على دفعات متوسطة إلى كبيرة - حيث يتم معالجة عدة طبقات من ألياف الكربون المسبقة تحت الحرارة والضغط في قالب ثم يتم تقطيعها إلى أشكال ألواح وحيدة. تستخدم أحذية الجري المطلية بالكربون من Nike وLi-Ning وXtep وAnta هذه العملية. مكونات الدراجة (السيقان، وأعمدة المقاعد، والسواعد)، وأربطة التزلج، وأغلفة معدات الحماية هي أيضًا مصبوبة بالضغط على نطاق واسع؛ تستخدم العلامات التجارية مثل Giant وMerida أعدادًا كبيرة من الأجزاء الكربونية المصبوبة بالضغط.
3.4 RTM وVARI: من إطارات الدراجات إلى هياكل قوارب السباق
يستخدم RTM (قولبة نقل الراتنج) قالبًا مغلقًا مع حقن راتينج مضغوط لتحقيق أسطح ناعمة على كلا الجانبين وإنتاج شكل شبه شبكي. في السلع الرياضية، يتم استخدام RTM بشكل أساسي لحواف الدراجات المصنوعة من ألياف الكربون (قولبة قطعة واحدة تقلل من عدد المفاصل)، ورؤوس مضارب الجولف (تشكيل عالي الدقة لأشكال هندسية معقدة) وأعمدة عصا هوكي الجليد (سمك جدار متغير للوزن الخفيف). بالمقارنة مع مسار التقوية المسبقة-الأوتوكلاف، فإن RTM يرفع كفاءة الإنتاج بمقدار 3-5 مرات.
يستخدم VARI (ضخ الراتنج بمساعدة الفراغ) الضغط السلبي الفراغي لدفع الراتنج إلى الألياف الجافة؛ الاستثمار في المعدات منخفض والعملية تناسب الأجزاء الكبيرة. في السلع الرياضية، يُستخدم VARI بشكل أساسي في سفن التجديف وزوارق الكاياك وهياكل الإبحار (يبلغ حجمها من 3 إلى 10 أمتار، وهي كبيرة جدًا بالنسبة للأوتوكلاف). تستخدم إحدى العلامات التجارية الأوروبية الشهيرة لقوارب الكاياك تقنية VARI لإنتاج قوارب الكاياك المصنوعة من ألياف الكربون ذات الجودة التنافسية، مما يقلل وقت الدورة لكل وحدة من 40 ساعة مع وضع يدوي يصل إلى 12 ساعة ويصل إلى نسبة حجم الألياف تبلغ 58%. تستخدم ألواح ركوب الأمواج المصنوعة من ألياف الكربون وألواح التجديف الوقوفية (SUP) أيضًا تقنية VARI؛ يدمج تشكيل الضغط المنخفض بنجاح قلوب رغوة EPS مع جلود ألياف الكربون، مما يجعل المنتجات أخف بنسبة 30% من ألواح ركوب الأمواج المصنوعة من الألياف الزجاجية التقليدية.
3.5 التمهيدي: "المادة الوسيطة الأساسية" لصناعة السلع الرياضية
تعتبر مادة التقوية المسبقة من أهم المواد الوسيطة في تصنيع ألياف الكربون - وهي عبارة عن صفائح شبه معالجة يتم إنتاجها عن طريق تشريب ألياف الكربون مسبقًا بالراتنج. في السلع الرياضية، تمثل مادة التقوية بالحرارة (الإيبوكسي بشكل رئيسي) حوالي 80٪ وتستخدم على نطاق واسع في إطارات الدراجات، وأعمدة الجولف، ومضارب التنس، وقضبان الصيد؛ تمثل مواد التقوية البلاستيكية الحرارية (PEEK، PPS، PA6 وغيرها) حوالي 20% وهي تنمو بسرعة - حيث إن قابليتها لإعادة التدوير وإعادة المعالجة ودورة القولبة القصيرة (دقائق مقابل ساعات) تناسب بشكل خاص الزلاجات ومعدات الحماية وألواح الأحذية الكربونية، حيث تكون المتانة والإنتاجية أكثر أهمية. تدير شركة Teijin مصنع شرائط لدن بالحرارة أحادي الاتجاه في ألمانيا مخصص لألياف الكربون/نظرة خاطفة وألياف الكربون/PPS المسبقة للسلع الرياضية.
4. مقارنة المواد: لماذا أصبحت ألياف الكربون الخيار الأول للسلع الرياضية؟
الطلب الأساسي في اختيار المواد للسلع الرياضية هو "أخف وزنا وأقوى وأكثر مرونة وأكثر متانة". تُظهر ألياف الكربون مزايا هائلة عبر الأبعاد الأربعة:
تبلغ القوة المحددة (القوة/الكثافة) لألياف الكربون 10 أضعاف قوة الفولاذ، و8 أضعاف قوة سبائك الألومنيوم، و5 أضعاف قوة سبائك التيتانيوم - وهو بالضبط مزيج من الوزن الخفيف للغاية والقوة العالية التي تسعى إليها السلع الرياضية. لكن ألياف الكربون ليست إجابة عالمية: فهشاشتها تعني أن الفشل الكارثي يمكن أن يحدث تحت تأثير شديد، لذلك في عصي الهوكي على الجليد وحواف التزلج وغيرها من التطبيقات التي تتطلب صلابة عالية، غالبًا ما يتم اعتماد النسيج الهجين من الكربون/الأراميد، وذلك باستخدام مقاومة الصدمات الممتازة للأراميد لتعويض هشاشة ألياف الكربون. تستخدم سلسلة قضبان EXSENS الراقية من Shimano ألياف الكربون بالإضافة إلى هجين الأراميد، مما يحسن بشكل كبير من قوة التأثير مع الحفاظ على الوزن منخفضًا.
من حيث التكلفة، انخفضت تكلفة ألياف الكربون ذات القطر الكبير (48 ألف/50 ألف) إلى 80-100 يوان صيني/كجم، مما يؤدي باستمرار إلى تضييق الفجوة مع الألياف الزجاجية (8-15 يوان صيني/كجم). يعمل الإطلاق السريع لقدرة ألياف الكربون ذات السحب الكبير من قبل مجموعة Jilin Chemical Fiber Group على تسريع انتقال ألياف الكربون من المنافسة المهنية إلى الأسواق الاستهلاكية الجماعية. إذا أخذنا دراجات ألياف الكربون كمثال، فإن استخدام ألياف الكربون ذات القطر الكبير يمكن أن يقلل تكلفة مادة الإطار بحوالي 40%، مما يؤدي إلى انخفاض أسعار الدراجات الكربونية للمبتدئين من 8000 يوان صيني إلى نطاق 5000 يوان صيني.
5. التطبيقات الأساسية: كيف تعيد ألياف الكربون تشكيل مشهد السلع الرياضية
5.1 نوادي الجولف: "ساحة المعركة الأولى" لألياف الكربون
تعد نوادي الجولف أكبر سوق للتطبيقات الرياضية لألياف الكربون. عندما تم تسويق ألياف الكربون تجاريًا في السبعينيات، كانت مضارب الجولف وقضبان الصيد من بين السلع الرياضية الأولى التي اعتمدتها. وفقًا لشركة QYResearch، من المتوقع أن تصل المبيعات العالمية لنوادي الجولف المصنوعة من ألياف الكربون إلى 5.854 مليار يوان صيني بحلول عام 2031، وهو معدل نمو سنوي مركب يبلغ 7.0%.
ومن الناحية التقنية، يستخدم محرك TaylorMade Qi10 LS تصميم "Infinity Carbon Crown" المكون من 60 طبقة من ألياف الكربون ووجه مزدوج المنحني، حيث يغطي الكربون 97% من مساحة التاج لتحقيق كفاءة ممتازة في نقل الطاقة. تستخدم أعمدة سلسلة Tour AD من Graphite Design تكنولوجيا التقوية المسبقة لألياف الكربون وسبائك النانو من Toray T1100G، مما يزيد بشكل كبير من الصلابة الهيكلية دون إضافة وزن. Callaway (إيرادات سنوية تبلغ حوالي 1.8 مليار دولار أمريكي) وTaylorMade (حوالي 1.5 مليار دولار أمريكي) هما العلامتان التجاريتان الرائدتان عالميًا في مجال نوادي الجولف المصنوعة من ألياف الكربون، وكلاهما مصدر مواد ألياف الكربون الأساسية حصريًا من شركة Toray اليابانية.
ومن الجدير بالذكر أن مواد ألياف الكربون المستخدمة في نوادي الجولف الفاخرة المصنوعة من ألياف الكربون في الصين تعتمد على الاستيراد بنسبة تصل إلى 87%، مما يترك مجالًا كبيرًا للاستبدال المحلي. يقدم مسار تطوير Guangwei Composites - بدءًا من معدات صيد الأسماك Weihai ويمتد تدريجيًا إلى مواد ألياف الكربون - نموذجًا قابلاً للتكرار للصناعة: البدء من الطلب على السلع الرياضية في السوق النهائية، ودمج المواد الأولية في الاتجاه المعاكس، وإغلاق حلقة سلسلة الصناعة.
[يتبع: تطور واتجاهات مركبات ألياف الكربون في الرياضة والترفيه (الجزء الأول) (3)]
[المصدر] الموقع الرسمي لجمعية صناعة المركبات الصينية (CCIA).
[الرابط الأصلي] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html