[ต่อจาก: การพัฒนาและแนวโน้มของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิตในกีฬาและสันทนาการ (ตอนที่ 1) (1)]
3.1 การขึ้นรูปด้วยหม้อนึ่งความดัน: "มาตรฐานทองคำ" สำหรับอุปกรณ์การแข่งขันชั้นนำ
การขึ้นรูปด้วยหม้อนึ่งความดันให้คุณภาพสูงสุด - และต้นทุนสูงสุด - ในบรรดากระบวนการขึ้นรูปด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ โดยมีความพรุนของผลิตภัณฑ์ต่ำกว่า 1% และคุณสมบัติทางกลใกล้เคียงกับขีดจำกัดทางทฤษฎี สำหรับอุปกรณ์กีฬา อุปกรณ์การแข่งขันระดับบนสุดเกือบทั้งหมดใช้: เฟรมจักรยานเสือหมอบระดับเรือธง เช่น Trek Madone และ Specialized S-Works Tarmac ใช้พรีเพกเกรด Toray T800/T1000 บ่มที่อุณหภูมิ 120–180 องศา และ 5–7 บาร์ เป็นเวลา 2–4 ชั่วโมง โดยมีน้ำหนักเฟรมเพียง 700–800 กรัม; ก้านกอล์ฟระดับไฮเอนด์จาก Fujikura และ Graphite Design ใช้พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์ Toray T1100G พร้อมการบ่มด้วยหม้อนึ่งความดัน เพื่อให้สมดุลระหว่างความแข็งแกร่งและน้ำหนักเบา ส่วนประกอบการเดินเรือ America's Cup ได้รับการหล่อด้วยหม้อนึ่งความดันเพื่อความน่าเชื่อถือสูงสุด โดยทั่วไปการลงทุนด้านอุปกรณ์จะอยู่ที่ 20–50 ล้านหยวน และต้นทุนต่อหน่วยสูงมาก ซึ่งจำกัดกระบวนการให้เหลือเพียงผลิตภัณฑ์ของคู่แข่งระดับสูงสุด
3.2 การม้วนเส้นใย: "กระบวนการแห่งจิตวิญญาณ" สำหรับคันเบ็ดและก้านกอล์ฟ
การม้วนเส้นใยเป็นหนึ่งในกระบวนการขึ้นรูปที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับสินค้ากีฬาคาร์บอนไฟเบอร์ และไม่สามารถทดแทนได้ในคันเบ็ดและก้านกอล์ฟ ชุดลากจูงคาร์บอนไฟเบอร์ที่ชุบด้วยเรซินจะถูกพันไว้บนแมนเดรลในมุมที่แม่นยำ - ชั้นในที่มุมเล็ก ๆ (15 องศา –25 องศา ) ให้ความแข็งในการดัดงอ ส่วนชั้นนอกที่มุมขนาดใหญ่ (45 องศา –60 องศา ) ให้ความแข็งเชิงบิด - ดังนั้นการออกแบบการวางซ้อนหลายมุมจึงปรับประสิทธิภาพเชิงกลแบบแอนไอโซทรอปิกของผลิตภัณฑ์ให้เหมาะสมที่สุด
Weihai Guangwei Composites เริ่มต้นที่นี่ ด้วยการพันไส้เบ็ดตกปลา ในปี 1998 บริษัทนำเข้าสายการผลิตพรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์หน้ากว้างสายแรกของจีนเพื่อรองรับการผลิตแกน จากนั้นจึงขยายต้นน้ำไปสู่วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ และในที่สุดก็กลายเป็นผู้นำแบบห่วงโซ่เต็มรูปแบบในอุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ของจีน พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์ยังคงเป็นวัตถุดิบหลักของกลุ่มอุปกรณ์ตกปลา Weihai เวยไห่ ศูนย์การผลิตคันเบ็ดที่ใหญ่ที่สุดในโลก มีห่วงโซ่ครบวงจรตั้งแต่พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์ → การพันเส้นใย → การผลิตคันเบ็ด → การประมวลผลส่วนประกอบ → การตลาดของแบรนด์ และคิดเป็นประมาณ 60% ของผลผลิตคันเบ็ดทั่วโลก
3.3 การอัดขึ้นรูป: "เครื่องมือการผลิตจำนวนมาก" สำหรับแร็คเก็ตและแผ่นรองเท้าคาร์บอน
การอัดขึ้นรูปจะวางพรีเพรกลงในแม่พิมพ์โลหะและบ่มภายใต้ความร้อนและความดัน ทำให้มีประสิทธิภาพสูง แม่นยำ และเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ในส่วนของอุปกรณ์กีฬา โครงไม้เทนนิสและแบดมินตันเกือบทั้งหมดผลิตขึ้นโดยการขึ้นรูปแบบอัดพรีเพก - มุมวางคาร์บอนไฟเบอร์ (0 องศา /±45 องศา /90 องศา ) ควบคุมการโค้งงอของไม้เทนนิสและความแข็งตึงของแรงบิด โดยปรับ "จุดที่เหมาะสม" ให้เหมาะสม แร็คเกตระดับไฮเอนด์จาก Yonex, Li-Ning, Wilson และ Babolat ทั้งหมดใช้พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์ของ Toray พร้อมการขึ้นรูปแบบอัด
แผ่นคาร์บอนสำหรับรองเท้ากีฬายังได้รับการขึ้นรูปด้วยการบีบอัดในปริมาณปานกลางถึงขนาดใหญ่ โดยพรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์หลายชั้นจะถูกบ่มภายใต้ความร้อนและความดันในแม่พิมพ์ จากนั้นจึงตัดเป็นรูปทรงแผ่นพื้นรองเท้า รองเท้าวิ่งเคลือบคาร์บอนจาก Nike, Li-Ning, Xtep และ Anta ต่างใช้กระบวนการนี้ ส่วนประกอบของจักรยาน (ก้าน หลักอาน ข้อเหวี่ยง) ที่ผูกสกี และเปลือกอุปกรณ์ป้องกันก็ได้รับการอัดขึ้นรูปอย่างกว้างขวางเช่นกัน แบรนด์ต่างๆ เช่น Giant และ Merida ใช้ชิ้นส่วนคาร์บอนอัดขึ้นรูปจำนวนมาก
3.4 RTM และ VARI: จากขอบล้อจักรยานไปจนถึงตัวเรือแข่ง
RTM (Resin Transfer Molding) ใช้แม่พิมพ์ปิดที่มีการฉีดเรซินด้วยแรงดัน เพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบทั้งสองด้านและการผลิตที่ได้รูปทรงใกล้เคียงกัน ในกลุ่มอุปกรณ์กีฬา RTM ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับขอบล้อจักรยานคาร์บอนไฟเบอร์ (การขึ้นรูปชิ้นเดียวช่วยลดจำนวนข้อต่อ) หัวไม้กอล์ฟ (การขึ้นรูปที่มีความแม่นยำสูงในรูปทรงที่ซับซ้อน) และก้านไม้ฮ็อกกี้น้ำแข็ง (ความหนาของผนังแปรผันสำหรับการมีน้ำหนักเบา) เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นทางพรีเพก–หม้อนึ่งความดัน RTM จะเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้ 3–5 เท่า
VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) ใช้แรงดันลบแบบสุญญากาศเพื่อขับเคลื่อนเรซินให้เป็นเส้นใยแห้ง การลงทุนด้านอุปกรณ์มีน้อยและกระบวนการนี้เหมาะสมกับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ ในกลุ่มอุปกรณ์กีฬา VARI ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับกระดองพาย เรือคายัค และตัวเรือ (ขนาด 3–10 ม. ซึ่งใหญ่เกินไปสำหรับหม้อนึ่งความดัน) แบรนด์เรือคายัคที่มีชื่อเสียงในยุโรปใช้ VARI ในการผลิตเรือคายัคคาร์บอนไฟเบอร์เกรดแข่งขัน โดยลดเวลารอบต่อหน่วยจาก 40 ชั่วโมงโดยการวางมือเป็น 12 ชั่วโมง และลดสัดส่วนปริมาณเส้นใยที่ 58% กระดานโต้คลื่นคาร์บอนไฟเบอร์และกระดานยืนพาย (SUP) ก็ใช้ VARI เช่นกัน การขึ้นรูปด้วยแรงดันต่ำสามารถรวมแกนโฟม EPS เข้ากับผิวหนังคาร์บอนไฟเบอร์ได้สำเร็จ ทำให้ผลิตภัณฑ์มีน้ำหนักเบากว่ากระดานโต้คลื่นใยแก้วทั่วไปถึง 30%
3.5 พรีเพก: "วัสดุหลักระดับกลาง" ของการผลิตเครื่องกีฬา
พรีเพกเป็นวัสดุขั้นกลางที่สำคัญที่สุดในการผลิต CFRP ซึ่งเป็นแผ่นกึ่งแข็งตัวที่ผลิตโดยการชุบคาร์บอนไฟเบอร์ไว้ล่วงหน้าด้วยเรซิน ในกลุ่มผลิตภัณฑ์กีฬา เทอร์โมเซ็ตพรีเพก (ส่วนใหญ่เป็นอีพอกซี) มีสัดส่วนประมาณ 80% และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเฟรมจักรยาน ไม้กอล์ฟ ไม้เทนนิส และเบ็ดตกปลา เทอร์โมพลาสติกพรีเพก (PEEK, PPS, PA6 และอื่นๆ) คิดเป็นประมาณ 20% และกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว - ความสามารถในการรีไซเคิล ความสามารถในการแปรรูปซ้ำ และรอบการขึ้นรูปที่สั้น (นาทีเทียบกับชั่วโมง) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะกับสกี อุปกรณ์ป้องกัน และแผ่นรองเท้าคาร์บอน ซึ่งความเหนียวและผลผลิตมีความสำคัญมากที่สุด Teijin ดำเนินธุรกิจโรงงานเทปเทอร์โมพลาสติกแบบทิศทางเดียวในเยอรมนีโดยเฉพาะสำหรับพรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์/PEEK และคาร์บอนไฟเบอร์/PPS สำหรับสินค้ากีฬา
4. การเปรียบเทียบวัสดุ: เหตุใดคาร์บอนไฟเบอร์จึงกลายเป็นตัวเลือกแรกสำหรับสินค้ากีฬา
ความต้องการหลักในการเลือกใช้วัสดุสำหรับสินค้ากีฬาคือ "เบากว่า แข็งแรงกว่า ยืดหยุ่นกว่า และทนทานกว่า" คาร์บอนไฟเบอร์แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบอย่างล้นหลามในทั้งสี่มิติ:
ความแข็งแรงจำเพาะ (ความแข็งแรง/ความหนาแน่น) ของคาร์บอนไฟเบอร์คือ 10 เท่าของเหล็ก 8 เท่าของอะลูมิเนียมอัลลอย และ 5 เท่าของไททาเนียมอัลลอยด์ ซึ่งถือเป็นการผสมผสานระหว่างน้ำหนักเบาอย่างยิ่งยวดและความแข็งแรงสูงตามแบบฉบับของผลิตภัณฑ์กีฬา แต่คาร์บอนไฟเบอร์ไม่ใช่คำตอบที่เป็นสากล: ความเปราะหมายถึงความล้มเหลวร้ายแรงอาจเกิดขึ้นได้ภายใต้แรงกระแทกที่รุนแรง ดังนั้นในไม้ฮ็อกกี้น้ำแข็ง ขอบสกี และการใช้งานอื่นๆ ที่ต้องการความเหนียวสูง จึงมักนำการทอคาร์บอน/อะรามิดไฮบริดมาใช้ โดยใช้ความต้านทานแรงกระแทกที่ยอดเยี่ยมของอะรามิดเพื่อชดเชยความเปราะบางของคาร์บอนไฟเบอร์ คันเบ็ด EXSENS ระดับไฮเอนด์ของ Shimano ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ผสมอะรามิดไฮบริด ซึ่งช่วยเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกได้อย่างมากในขณะที่ลดน้ำหนักลง
ในด้านต้นทุน เส้นใยคาร์บอนลากขนาดใหญ่ (48K/50K) ลดลงเหลือ 80–100 หยวน/กก. ซึ่งทำให้ช่องว่างแคบลงอย่างต่อเนื่องด้วยใยแก้ว (8–15 หยวน/กก.) การเปิดตัวอย่างรวดเร็วของกำลังการผลิตคาร์บอนไฟเบอร์แบบพ่วงขนาดใหญ่โดย Jilin Chemical Fiber Group กำลังเร่งการเคลื่อนย้ายคาร์บอนไฟเบอร์จากการแข่งขันระดับมืออาชีพไปสู่ตลาดผู้บริโภคจำนวนมาก ยกตัวอย่างจักรยานคาร์บอนไฟเบอร์ การใช้คาร์บอนไฟเบอร์แบบลากขนาดใหญ่สามารถลดต้นทุนวัสดุเฟรมได้ประมาณ 40% ส่งผลให้ราคาจักรยานคาร์บอนระดับเริ่มต้นลดลงจาก 8,000 หยวนเหลือ 5,000 หยวน
5. การใช้งานหลัก: คาร์บอนไฟเบอร์กำลังเปลี่ยนโฉมภูมิทัศน์ของสินค้ากีฬาอย่างไร
5.1 ไม้กอล์ฟ: "สนามรบครั้งแรก" ของคาร์บอนไฟเบอร์
ไม้กอล์ฟเป็นตลาดการใช้งานด้านกีฬาเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดสำหรับคาร์บอนไฟเบอร์ เมื่อคาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ในช่วงทศวรรษ 1970 ไม้กอล์ฟและคันเบ็ดถือเป็นสินค้ากีฬาประเภทแรกๆ ที่นำมาใช้ จากข้อมูลของ QYResearch ยอดขายไม้กอล์ฟคาร์บอนไฟเบอร์ทั่วโลกคาดว่าจะสูงถึง 5.854 พันล้านหยวนภายในปี 2574 หรืออัตราการเติบโตต่อปีที่ 7.0%
ในด้านเทคโนโลยี ไดรเวอร์ TaylorMade Qi10 LS ใช้การออกแบบ "Infinity Carbon Crown" ที่มีคาร์บอนไฟเบอร์ 60 ชั้นและหน้าปัดโค้งมน 2 ชั้น โดยมีคาร์บอนปกคลุม 97% ของบริเวณมงกุฎเพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงานที่ดีเยี่ยม เพลาซีรีส์ Tour AD ของ Graphite Design ใช้พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์ Toray T1100G และเทคโนโลยีนาโนอัลลอยด์ ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างได้อย่างมากโดยไม่ต้องเพิ่มน้ำหนัก Callaway (มีรายได้ต่อปีประมาณ 1.8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ) และ TaylorMade (ประมาณ 1.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ) เป็นสองแบรนด์ชั้นนำระดับโลกในด้านไม้กอล์ฟคาร์บอนไฟเบอร์ และทั้งสองแหล่งวัตถุดิบหลักคาร์บอนไฟเบอร์จาก Toray ของญี่ปุ่นโดยเฉพาะ
เป็นที่น่าสังเกตว่าวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับไม้กอล์ฟคาร์บอนไฟเบอร์ระดับไฮเอนด์ของจีนนั้นขึ้นอยู่กับการนำเข้าถึง 87% ทำให้เกิดพื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับการทดแทนในประเทศ เส้นทางการพัฒนาของ Guangwei Composites เริ่มต้นจากอุปกรณ์ตกปลา Weihai และค่อยๆ ขยายต้นน้ำไปสู่วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ - นำเสนอแบบจำลองที่สามารถจำลองได้สำหรับอุตสาหกรรม: เริ่มต้นจากความต้องการสินค้ากีฬาในตลาดปลายทาง บูรณาการวัสดุต้นน้ำในสิ่งที่ตรงกันข้าม และปิดวงจรของห่วงโซ่อุตสาหกรรม
[จะดำเนินต่อไป: การพัฒนาและแนวโน้มของคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในกีฬาและสันทนาการ (ตอนที่ 1) (3)]
[ที่มา] China Composites Industry Association (CCIA) เว็บไซต์อย่างเป็นทางการ
[ลิงค์ต้นฉบับ] https://ccia.xin/xingyebogao/3618.html