[המשך מ: פיתוח ומגמות של חומרי סיבי פחמן מרוכבים בספורט ופנאי (חלק א') (1)]
3.1 יציקת אוטוקלאב: "תקן הזהב" לציוד תחרותי מוביל
יציקת אוטוקלאב מספקת את האיכות הגבוהה ביותר - והעלות הגבוהה ביותר - בין תהליכי יציקת סיבי פחמן, עם נקבוביות המוצר מתחת ל-1% ותכונות מכניות קרובות לגבולות התיאורטיים. במוצרי ספורט, כמעט כל ציוד התחרות ברמה העליונה משתמש בו: שלדות דגל לאופני כביש כגון Trek Madone ו-Specialized S-Works Tarmac משתמשות ב-Prepreg בדרגת Toray T800/T1000 שנרפא ב-120-180 מעלות ו-5-7 בר למשך 2-4 שעות, עם משקל מסגרת של 700-800 גרם בלבד; פירי גולף מתקדמים מבית Fujikura ו-Graphite Design משתמשים ב-Toray T1100G סיבי פחמן prepreg עם ריפוי אוטוקלאב כדי לאזן קשיחות קיצונית ומשקל קל; רכיבי השיט של America's Cup מעוצבים גם הם באוטוקלאב לאמינות מירבית. ההשקעה בציוד מגיעה בדרך כלל ל-20-50 מיליון יואן ועלות היחידה גבוהה מאוד, מה שמגביל את התהליך למוצרים תחרותיים ברמה הגבוהה ביותר.
3.2 פיתול נימה: "תהליך הנשמה" עבור חכות דייג ופירי גולף
סיפוף נימה הוא אחד מתהליכי הדפוס הנפוצים ביותר עבור מוצרי ספורט מסיבי פחמן ואין לו תחליף בחכות דייג ובפירי גולף. גררי סיבי פחמן ספוגים בשרף מלופפים על גבי ציר בזוויות מדויקות - שכבות פנימיות בזוויות קטנות (15 מעלות -25 מעלות) מספקות קשיחות כיפוף, שכבות חיצוניות בזוויות גדולות (45 מעלות -60 מעלות) מספקות קשיחות פיתול - כך שפריסת רב-זווית ועיצוב איזו-טרופי מייעל את המוצר המכני.
Weihai Guangwei Composites התחיל בדיוק כאן, עם פיתול חוט חכה. בשנת 1998 היא ייבאה את קו ה-prepreg הראשון של סיבי פחמן ברוחב הרחב כדי לשרת את ייצור מוטות, ולאחר מכן הורחבה במעלה הזרם לחומרי סיבי פחמן, ובסופו של דבר הפכה למובילה בשרשרת מלאה בתעשיית סיבי הפחמן של סין. סיבי הפחמן המוקדם שלו נשאר חומר הגלם המרכזי של אשכול ציוד הדיג של Weihai. Weihai, המרכז הגדול בעולם לייצור חכות, מארח שרשרת שלמה הפועלת מ-prepreg סיבי פחמן → פיתול חוטים → ייצור חכות → עיבוד רכיבים → שיווק מותגים, ומהווה כ-60% מתפוקת החכות העולמית.
3.3 יציקת דחיסה: "הכלי לייצור המוני" עבור מחבטים וצלחות נעלי פחמן
יציקת דחיסה ממקמת את ה-prepreg לתוך תבנית מתכת ומרפאה אותו תחת חום ולחץ, ומציעה יעילות גבוהה, דיוק טוב והתאמה לייצור בכמות גדולה. במוצרי ספורט, מסגרות מחבט טניס ובדמינטון מיוצרות כמעט במלואן על ידי יציקת דחיסה מראש - זווית הנחת סיבי הפחמן (0 מעלות / ±45 מעלות / 90 מעלות) שולטת בכיפוף ובקשיחות הפיתול של המחבט, מייעלת את "הנקודה המתוקה". מחבטים יוקרתיים מבית Yonex, Li-Ning, Wilson ו-Babolat כולם משתמשים ב-Toray סיבי פחמן prepreg עם יציקת דחיסה.
לוחות פחמן לנעלי ספורט גם מיוצבים בדחיסה בקבוצות בינוניות עד גדולות - מספר שכבות של סיבי פחמן פרפרג נרפאים בחום ולחץ בתבנית ואז נחתכים לצורות של לוחית סוליה. נעלי ריצה בציפוי פחמן של נייקי, Li-Ning, Xtep ואנטה משתמשות כולן בתהליך הזה. רכיבי אופניים (גבעולים, מוטות מושב, ארכובה), כריכות סקי וקונכיות ציוד מגן מעוצבים גם הם בדחיסה נרחבת; מותגים כמו Giant ומרידה משתמשים במספרים גדולים של חלקי פחמן בצורת דחיסה.
3.4 RTM ו-VARI: מחישוקי אופניים ועד סירות מירוץ
RTM (Resin Transfer Molding) משתמשת בתבנית סגורה עם הזרקת שרף בלחץ כדי להשיג משטחים חלקים משני הצדדים וייצור כמעט נטו. במוצרי ספורט משתמשים ב-RTM בעיקר עבור חישוקי אופניים מסיבי פחמן (יציקה מחלק אחד מפחיתה את מספר המפרקים), ראשי אלות גולף (יצירת דיוק גבוה של גיאומטריות מורכבות) ופירי מקלות הוקי קרח (עובי דופן משתנה לשקלול קל). בהשוואה למסלול ה-prepreg-autoclave, RTM מעלה את יעילות הייצור פי 3-5.
VARI (עירוי שרף בעזרת ואקום) משתמש בלחץ שלילי בוואקום כדי להניע שרף לסיבים יבשים; ההשקעה בציוד נמוכה והתהליך מתאים לחלקים גדולים. במוצרי ספורט, ה-VARI משמש בעיקר עבור קונכיות חתירה, קיאקים וחלקי שיט (3-10 מ' בגודל, גדול מדי לאוטוקלאב). מותג קיאקים אירופאי ידוע משתמש ב-VARI לייצור קיאקים בסיבי פחמן בדרגת תחרות, מקצץ את זמן המחזור ליחידה מ-40 שעות עם הנחת יד ל-12 שעות ומגיע לשבריר נפח סיבים של 58%. גם גלשני סיבי פחמן וגלשנים סטנד-אפ פאדל (SUP) משתמשים ב-VARI; יצירת הלחץ הנמוך שלו משלבת בהצלחה ליבות קצף EPS עם עורות סיבי פחמן, מה שהופך את המוצרים לקלים יותר ב-30% מגלשני סיבי זכוכית רגילים.
3.5 Prepreg: "חומר הביניים המרכזי" של ייצור מוצרי ספורט
Prepreg הוא חומר הביניים החשוב ביותר בייצור CFRP - יריעה מעובדת למחצה המיוצרת על ידי הספגה מוקדמת של סיבי פחמן בשרף. במוצרי ספורט, תרמוסט פרפרג (בעיקר אפוקסי) מהווה כ-80% והוא נמצא בשימוש נרחב במסגרות אופניים, פירי גולף, מחבטי טניס וחכות דיג; Prepreg תרמופלסטי (PEEK, PPS, PA6 ואחרים) מהווה כ-20% והוא צומח במהירות - יכולת המיחזור שלו, יכולת העיבוד מחדש ומחזור הדפוס הקצר שלו (דקות לעומת שעות) מתאימים במיוחד למגלשי סקי, ציוד מגן ולוחיות נעלי פחמן, שבהן חשובות הקשיחות והפרודוקטיביות. Teijin מפעילה בגרמניה מפעל סרטי תרמופלסטיים חד-כיווניים המוקדשים לסיבי פחמן/PEEK וסיבי פחמן/PPS prepreg למוצרי ספורט.
4. השוואת חומרים: מדוע סיבי פחמן הפכו לבחירה הראשונה עבור מוצרי ספורט?
הדרישה המרכזית בבחירת חומרים למוצרי ספורט היא "קלה יותר, חזקה יותר, עמידה יותר, עמידה יותר". סיבי פחמן מציגים יתרונות מדהימים בכל ארבעת המימדים:
החוזק הספציפי (חוזק/צפיפות) של סיבי פחמן הוא פי 10 מזה של פלדה, פי 8 מסגסוגת אלומיניום ופי 5 מסגסוגת טיטניום - בדיוק השילוב של קל משקל קיצוני וחוזק גבוה שחפצי ספורט רודפים אחריו. אבל סיבי פחמן אינם תשובה אוניברסלית: שבריריותם פירושה שכשל קטסטרופלי יכול להתרחש תחת פגיעה קשה, ולכן במקלות הוקי קרח, קצוות סקי ויישומים אחרים הדורשים קשיחות גבוהה, מאמצים לעתים קרובות אריגה היברידית פחמן/ארמיד, תוך שימוש בעמידות הפגיעה המצוינת של ארמיד כדי לקזז את השבריריות של סיבי פחמן. סדרת מוטות EXSENS היוקרתית של Shimano משתמשת בסיבי פחמן פלוס ארמיד היברידי, המשפרת משמעותית את קשיחות ההשפעה תוך שמירה על משקל נמוך.
בעלות, סיבי פחמן עם גרירה גדולה (48K/50K) ירדו ל- RMB 80-100/kg, מה שמצמצם ללא הרף את הפער עם סיבי זכוכית (RMB 8-15/kg). השחרור המהיר של קיבולת גרירה גדולה של סיבי פחמן על ידי Jilin Chemical Fiber Group מאיץ את המעבר של סיבי פחמן מתחרות מקצועית לשווקי צרכנים המוניים. אם לוקחים אופניים מסיבי פחמן כדוגמה, השימוש בסיבי פחמן עם גרירה גדולה יכול להוזיל את עלות חומרי המסגרת בכ-40%, ולהוריד את מחירי אופני הפחמן לרמת הכניסה מ- RMB 8,000 לטווח RMB 5,000.
5. יישומי ליבה: כיצד סיבי פחמן מעצבים מחדש את נוף מוצרי הספורט
5.1 מועדוני גולף: "שדה הקרב הראשון" של סיבי פחמן
מועדוני גולף הם שוק יישומי הספורט היחיד הגדול ביותר עבור סיבי פחמן. כאשר סיבי פחמן הוסחרו בשנות ה-70, מועדוני גולף וחכות היו בין מוצרי הספורט הראשונים שאימצו אותו. לפי QYResearch, המכירות העולמיות של מועדוני גולף מסיבי פחמן צפויות להגיע ל-5.854 מיליארד יואן עד 2031, שיעור צמיחה שנתי מורכב של 7.0%.
בצד הטכנולוגי, דרייבר ה-TaylorMade Qi10 LS משתמש בעיצוב "Infinity Carbon Crown" עם 60 שכבות של סיבי פחמן ופנים מעוקלים כפולים, כאשר פחמן מכסה 97% משטח הכתר כדי להשיג יעילות העברת אנרגיה מעולה. הצירים מסדרת Tour AD של Graphite Design משתמשים בטכנולוגיית Prepreg של סיבי פחמן של Toray T1100G ובטכנולוגיית ננו-סגסוגת, מה שמגדיל מאוד את הקשיחות המבנית מבלי להוסיף משקל. Callaway (הכנסה שנתית של כ-1.8 מיליארד דולר) ו-TaylorMade (כ-1.5 מיליארד דולר) הם שני המותגים הגלובליים המובילים במועדוני גולף מסיבי פחמן, ושניהם מוצאים את חומרי הליבה של סיבי הפחמן שלהם אך ורק מה-Toray היפנית.
ראוי לציין כי חומרי סיבי פחמן למועדוני הגולף היוקרתיים של סיבי פחמן בסין תלויים ביבוא של עד 87%, מה שמותיר מקום עצום להחלפה מקומית. מסלול הפיתוח של Guangwei Composites - החל מציוד דיג של Weihai ומתרחב בהדרגה במעלה הזרם לחומרי סיבי פחמן - מציע מודל שניתן לשכפל לענף: התחל מהביקוש למוצרי ספורט בשוק הקצה, שילוב חומרים במעלה הזרם הפוך, וסגירת מעגל של שרשרת התעשייה.
[המשך: פיתוח ומגמות של סיבי פחמן מרוכבים בספורט ופנאי (חלק א') (3)]
[מקור] איגוד התעשייה המרוכבים של סין (CCIA), אתר רשמי
[קישור מקורי] https://ccia.xin/xingyebaogao/3618.html