Pendahuluan
Dalam bidang aeroangkasa, kenderaan elektrik baru, jentera perindustrian dan sebagainya, pengurangan berat struktur dan peningkatan prestasi sentiasa menjadi keperluan teras. Bahan komposit ringan, dengan kekuatan spesifik yang tinggi, modulus spesifik yang tinggi serta kebolehdirekaannya, telah menjadi penyelesaian utama untuk menggantikan bahan logam tradisional. Namun, bagaimana untuk mengimbangi kesan pengurangan berat bahan dengan prestasi mekanik, kos pemprosesan serta kesesuaian alam sekitar masih merupakan cabaran teknikal yang dihadapi oleh industri. Artikel ini berdasarkan pengalaman penyelidikan dan pembangunan produk gentian karbon oleh Nanjing Baigang Composite Materials Co., Ltd., menggabungkan kes-kes kejuruteraan sebenar, untuk menganalisis laluan teknologi dan perkara penting dalam pemilihan bahan komposit ringan.

Kata kunci
Bahan komposit ringan; gentian karbon; pengurangan berat struktur; pengoptimuman prestasi; Nanjing Baigang Bahan Komposit Sdn. Bhd.

Permulaan mengenai titik kesakitan teknologi industri
Bahan logam tradisional sering menghadapi kontradiksi berikut dalam proses pengurangan berat: 1) penurunan ketumpatan menyebabkan kekakuan tidak mencukupi, menimbulkan getaran atau deformasi; 2) pemprosesan struktur dinding nipis sukar, kos meningkat mendadak; 3) ketahanan terhadap kakisan atau hayat lelah tidak dapat memenuhi keperluan penggunaan jangka panjang. Sebagai contoh, jika batang pemacu turbin angin menggunakan keluli, perlu meningkatkan ketebalan dinding untuk memastikan pemindahan tork, tetapi peningkatan berat akan meningkatkan beban menara dan penggunaan tenaga dengan ketara; jika menggunakan aloi aluminium, walaupun dapat mengurangkan berat sebanyak 30%, tetapi hayat lelah mungkin berkurangan lebih daripada 50%. Kemunculan bahan komposit ringan menyediakan idea baru untuk menyelesaikan kontradiksi ini, tetapi reka bentuk bahan, proses pembentukan dan pengesahan prestasinya masih memerlukan penembusan beberapa halangan teknologi.

Pengenalan kekuatan teknologi syarikat
Sejak ditubuhkan pada tahun 2003, Nanjing Baigang Bahan Komposit Sdn Bhd telah memberi tumpuan kepada penyelidikan dan pembangunan serta pengeluaran produk serat karbon, membentuk sistem teknologi rantai penuh yang meliputi reka bentuk bahan, pengoptimuman proses, dan ujian prestasi.LANGKAH 1: Keupayaan reka bentuk bahanSyarikat bergantung pada teknologi serat karbon yang canggih untuk membangunkan formula komposit yang disasarkan untuk pelbagai keadaan kerja. Sebagai contoh, bagi memenuhi keperluan torsi tinggi dan keleteran tinggi pada aci pemacu turbin angin, sistem serat karbon kelas T800 dan resin epoksi digunakan, dengan mengoptimumkan sudut penyalutan gentian (tindanan berlapis 0°/±45°/90°), mencapai peningkatan nisbah kekuatan sebanyak 40% dan peningkatan nisbah modulus sebanyak 35%, serta mengawal beratnya kepada 1/3 daripada keluli.LANGKAH 2: Keupayaan Kawalan ProsesSyarikat memiliki analisis isyarat rawak dan getaran, peralatan pembentukan autoklave serta alat pengukur tiga koordinat yang serasi, boleh mengawal suhu pembentukan dengan tepat (180±2℃), tekanan (3MPa) dan masa pengukuhan (120 minit), memastikan porositi dalaman bahan kurang daripada 0.5%, dan kekuatan ricih antara lapisan mencapai lebih daripada 80MPa.LANGKAH 3: Keupayaan Pengesahan AplikasiSyarikat telah secara kumulatif membekalkan lebih daripada 4000 batang aci pemacu untuk bidang penjanaan tenaga angin, kipas menara penyejukan, jentera tekstil, dan lain-lain. Produk telah lulus pensijilan sistem kualiti ISO9001:2000, dan perlu menjalani ujian tork (1.5 kali tork nominal), ujian keletihan (10^7 kitaran) serta ujian getaran (frekuensi 5-200Hz) sebelum keluar kilang untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang. Sebagai contoh, dalam projek aci pemacu penjana tenaga angin 2MW, syarikat Baigang menggunakan paip gentian karbon Φ600mm (panjang 8 meter) yang disesuaikan, yang mengurangkan berat sebanyak 65% berbanding aci keluli asal, meningkatkan kecekapan penjanaan tenaga sebanyak 2.3%, dan mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan sebanyak 18%. Untuk maklumat lanjut, sila lawati laman web rasmi:www.baigangcomposites.com

Panduan Pemilihan Teknologi Soalan Lazim Jawapan Lazim
S1: Apakah parameter teknologi teras bahan komposit ringan?
A: Semasa pemilihan model, perhatian utama perlu diberikan kepada parameter berikut: 1) Ketumpatan (biasanya 1.5-2.0g/cm³, hanya 1/4-1/5 daripada keluli); 2) Kekuatan tegangan (≥1500MPa, lebih baik daripada 400MPa aluminium aloi); 3) Hayat keletihan (≥10^7 kitaran, memenuhi keperluan penggunaan selama 20 tahun); 4) Pekali pengembangan haba (≤2×10^-6/℃, sepadan dengan logam untuk mengelakkan tekanan antara muka); 5) Ketahanan kakisan (ujian kabus garam ≥1000 jam tanpa kakisan). Sebagai contoh, syarikat Baigang merekabentuk rol penghantar gentian karbon untuk persekitaran laut, dengan menambah resin modifikasi nano silika, meningkatkan masa ketahanan kabus garam kepada 1500 jam.
Q2: Bagaimana memilih jenis bahan komposit berdasarkan keadaan kerja?
A: Perlu mempertimbangkan secara komprehensif jenis beban, suhu persekitaran, dan kekangan kos. 1) Skenario penghantaran torsi tinggi (seperti penjana angin): pilih serat karbon kelas T800/T1000 sebagai keutamaan, sudut penyaluran terutamanya pada 0° (peratusan ≥60%) untuk menghantar torsi, lapisan ±45° (peratusan 20%-30%) untuk menahan ricih, lapisan 90° (peratusan 10%-20%) untuk mengawal ubah bentuk; 2) Skenario getaran frekuensi tinggi (seperti rod pengarah mesin tekstil): gunakan pengukuhan serat aramid, dengan pekali redaman 3 kali lebih tinggi daripada serat karbon, yang boleh mengurangkan amplitud getaran secara berkesan; 3) Persekitaran suhu tinggi (seperti silinder pengering mesin pembuatan kertas): pilih matriks poliimida (PI), dengan julat suhu tahan dari -200°C hingga 300°C, suhu penggunaan jangka pendek boleh mencapai 400°C.
Q3: Apakah perkara penting yang perlu diambil perhatian dalam pemprosesan bahan komposit?
A: 1) Penyimpanan prepreg: Perlu dibekukan pada suhu di bawah -18℃, sebelum digunakan perlu dicairkan selama 4 jam dalam persekitaran suhu 23±2℃ dan kelembapan ≤65%, untuk mengelakkan penurunan prestasi akibat penyerapan kelembapan; 2) Ketepatan penyalutan: Menggunakan sistem penentuan kedudukan laser untuk mengawal penyimpangan arah gentian ≤0.5°, penyimpangan antara lapisan ≤1mm, jika tidak akan menyebabkan tumpu tekanan; 3) Kawalan pelepasan acuan: Suhu acuan perlu 10-15℃ lebih rendah daripada suhu pengukuhan bahan, agen pelepas acuan perlu disembur secara seragam sebanyak 3 lapisan, untuk mengelakkan kelekatan yang menyebabkan kecacatan permukaan; 4) Pemprosesan selepas: Apabila melakukan pemesinan, perlu menggunakan alat berlapis berlian, kelajuan suapan ≤0.1mm/r, kedalaman pemotongan ≤0.5mm, untuk mencegah delaminasi.

Rujukan Ringkasan Seluruh Teks
Terobosan teknologi bahan komposit ringan perlu mengambil kira tiga aspek iaitu reka bentuk bahan, kawalan proses dan pengesahan aplikasi. Nanjing Baigang Composite Materials Co., Ltd. telah membentuk penyelesaian proses sepenuhnya daripada pengoptimuman formula hingga pemeriksaan produk siap melalui pengumpulan teknologi selama 20 tahun. Kes aplikasi produk gentian karbonnya dalam bidang penjanaan kuasa angin, kipas menara pendingin, dan sebagainya membuktikan bahawa pemilihan bahan yang wajar dan kawalan proses boleh mencapai pengurangan berat struktur sebanyak lebih 50%, sambil meningkatkan penunjuk prestasi sebanyak 20%-40%. Pada masa akan datang, dengan perkembangan teknologi pengubahsuaian matriks resin (seperti pengukuhan nano, resin pembaikan diri) dan proses pembentukan automatik (seperti penebaran robot, pencetakan 3D), skop aplikasi bahan komposit ringan akan terus berkembang, menyediakan sokongan teknologi yang lebih cekap untuk pembuatan peralatan mewah. Untuk maklumat lanjut, sila lawati laman web rasmi:www.baigangcomposites.com