الدروع الخفيفة تشق الأمواج: كيف تُعيد أقمشة ألياف الكربون متعددة المحاور تشكيل صناعة بناء السفن؟

قارب شراعي هيكله يزن فقط ٢٨ كيلوجرامًا يمكنه التحول عبر الأمواج باستخدام الرياح، محافظًا على ثباته كأنه صخرة. هل سبق أن تساءلتَ لماذا انتقلت ألياف الكربون من قطاع الفضاء والطيران إلى بناء السفن وصارت بسرعة ميزة قياسية في السفن الفاخرة؟

قد تكمن الإجابة في هذا الرقم: خفض في الوزن يتجاوز ٢٠٪ مقارنةً بالهياكل التقليدية المصنوعة من سبائك الألومنيوم. فعندما يتمكن عبّارة ركاب يبلغ طولها ٣٤ مترًا من التخلص من خمس وزنها، فإن النتيجة ليست زيادة في السرعة فحسب، بل أيضًا انخفاضٌ كبيرٌ في استهلاك الطاقة ومدى تشغيليٌّ ممتدٌ بشكلٍ ملحوظ. هذه هي الجاذبية التي تتميّز بها أقمشة ألياف الكربون متعددة المحاور في القطاع البحري.

الاعتماد الشامل في القطاع البحري: «خريطة الملاحة» لأقمشة ألياف الكربون متعددة المحاور

وبفضل أدائها المتفوق، أصبحت أقمشة الألياف الكربونية متعددة المحاور مُعتمدةً على نطاق واسع في الهياكل الأساسية والمكونات الرئيسية والمرافق الداعمة لصناعة السفن، وتغطي جميع أنواع السفن، بما في ذلك اليخوت والعبّارات الركابية والسفينات التجارية والسفينات المتخصصة.

الهيكل الخارجي والبنية الفوقية: خفيفة الوزن ومتينة، ومصممة لتلبية المتطلبات العامة للسفن.

والهيكل الخارجي هو الهيكل الحامل للحمولة الأساسي لأي سفينة، ويمثّل الاستخدام الأوسع انتشاراً التطبيق للألياف الكربونية متعددة المحاور.

(١) اليخوت الفاخرة / اليخوت الشراعية: تستخدم اليخوت الأوروبية الراقية (مثل يخت «رؤية الفِيوردات» النرويجي) الألياف الكربونية متعددة المحاور أقمشة ألياف الكربون لبناء هياكل خارجية من الألياف الكربونية بطول ٤١ متراً، تُشكَّل كوحدة واحدة باستخدام تقنية الحقن بالفراغ. ويؤدي ذلك إلى خفض الوزن بنسبة تزيد على ٤٠٪، وزيادة السرعة، وخفض استهلاك الوقود، وتعزيز مقاومة الرياح والأمواج بشكل ملحوظ.

(٢) العبّارات الركابية عالية السرعة: منطقة خليج قوانغدونغ-هونغ كونغ-ماكاو الكبرى: تم بناء الباخرتين «اللؤلؤة الجديدة 3» (بسعة ٥٠٠ راكب) و«اللؤلؤة الجديدة ٣٩» (بسعة ٤٠٠ راكب) بالكامل من مواد مركبة من ألياف الكربون متعددة المحاور من الدرجة T700 المصنَّعة محليًّا. وبالمقارنة مع السفن المصنوعة من سبائك الألومنيوم، فإن وزنها أقل بنسبة تزيد على ٢٠٪، ما يوفِّر زيادة في المدى تصل إلى ٤٠٪ عند الدفع الكهربائي الكامل. ويمكنها الإبحار بأمان في ظروف الرياح حتى مقياس بوفورت ٨، والعمل دون أي انبعاثات.

(٣) قوارب الدوريات عالية السرعة / السفن العسكرية: يستخدم نموذج معين من قوارب الدوريات عالية السرعة ألياف الكربون متعددة المحاور بدلًا من الصفائح الفولاذية، ما يؤدي إلى خفض الوزن الكلي بنسبة ٣٢٪، وزيادة السرعة بنسبة ١٨٪، وتحسُّن كفاءة استهلاك الوقود بنسبة ٢١٪. وفي الوقت نفسه، يقلل ذلك الحاجة إلى صيانة مقاومة التآكل، ويُخفض التكلفة الإجمالية طوال دورة الحياة بنسبة ٤٠٪.

السطح العلوي، الجدران العرضية، والمكونات الإنشائية: مقاومة التعب، وانخفاض متطلبات الصيانة

تتعرض الأسطح والجدران العرضية باستمرار لحركة المشاة، وتحميل الحمولة، وتأثير الأمواج، مما يجعلها عُرضة للتشقق والتآكل. وتتميز الأسطح والجدران العرضية المصنوعة من نسيج ألياف الكربون متعدد المحاور بالصلابة العالية، ومقاومة التعب، ومقاومة التآكل؛ فهي لا تظهر عليها أي علامات تآكل بعد مرور 10 سنوات، كما أن تكاليف الصيانة أقل بنسبة 60% مقارنةً بالمكونات الفولاذية.

مكونات حرجة متخصصة: تصميم خفيف الوزن، وأداء محسَّن

(1) غطاء محكم للمحرك الأمامي الدافع: منتج فريد من نوعه على مستوى العالم طوّرته شركة شنغهاي هوزهو، ويتكوّن من هيكل ساندويتش مكوّن من ألياف الكربون متعددة المحاور + نواة نحلية، وكثافته النوعية تساوي 1 فقط (أي قادر على الطفو على سطح الماء). ويزن هذا الغطاء خمس وزن النماذج المقابلة المستوردة من الخارج فقط، منتجات ويحقق متطلبات القوة اللازمة على أعماق تتراوح بين ١٥ و٢٥ متراً تحت سطح الماء. وقد اعتمدته شركة ميدترانيان شيبينغ كومباني (MSC) وتم تركيبه على ٢٤ سفينة حاويات، ما أدى إلى خفض كبير في تكاليف الصيانة أثناء إيقاف السفن في الجافة.

(2) أجنحة غاطسة مصنوعة من ألياف الكربون: يتميز قارب الـVS-9 ثنائي الهيكل بزعنفتي طفو هيدروديناميتين مصنوعتين من ألياف الكربون المنسوجة ثلاثية الأبعاد، وبمسافة بين طرفي الجناح تبلغ ٣,٢ متر ووزن لا يتجاوز ١٨ كجم (مقارنةً بوزن ٥٥ كجم للزعنفات الهيدروديناميتية التقليدية المصنوعة من سبائك الألومنيوم). ويؤدي هذا التصميم إلى تحسين زمن الاستجابة ليصل إلى نطاق ٠,١ ثانية، ويمدّد عمر التعب الميكانيكي إلى ٨–١٠ سنوات.

(٣) الشراع الدوار: وهو عنصر أساسي في أنظمة الدفع المساعدة بالرياح للسفن العابرة للمحيطات، ويُصنع باستخدام عملية لف ألياف كربونية متعددة المحاور مع صب ضغطي. وتُعالج هذه التكنولوجيا عيوب الأشرعة الدوارة المعدنية التقليدية—وهي بالتحديد وزنها الثقيل وقابليتها للتآكل وضعف أدائها الهوائي— ويمكن أن تقلل من استهلاك السفينة للوقود بنسبة تزيد على ٣٠٪، مما يسهم في إزالة الكربون من قطاع الشحن البحري.

التصميم الداخلي والمزايا: تصميم خفيف الوزن، مرن وكفء

تُستخدم أقمشة الألياف الكربونية متعددة المحاور في تجهيزات داخلية للسفن، والأثاث، وحوامل المعدات. وتتميّز هذه المواد بأنها خفيفة الوزن، وسهلة المعالجة، وتوفّر مرونة عالية في التصميم. كما تتيح التركيب الوحداتي، وتقلل من وزن الهيكل العلوي للسفينة، وتحسّن استقرار السفينة، وتخلق مظهرًا فاخرًا.

لماذا تختار القوارب الراقية أقمشة الألياف الكربونية متعددة المحاور؟

1. تصميم فائق الخفة لتحقيق سرعة فائقة
2. تصميم مقاوم للتآكل ولا يحتاج إلى صيانة
3. توزيع دقيق للقوى لتعزيز المتانة الإنشائية

شركة وي نو للمواد المركبة؟ شركة خاصة نادرة في الصين متخصصة في أقمشة الألياف الكربونية متعددة المحاور

ظل مجال أقمشة الألياف الكربونية متعددة المحاور خاضعًا لسيطرة الشركات الأجنبية العملاقة لفترة طويلة. وشركة تشانغجيا غانغ وي نو للمواد المركبة المحدودة هي إحدى الشركات الخاصة القليلة في الصين القادرة على تطوير أقمشة الألياف الكربونية متعددة المحاور وتصنيعها بكميات كبيرة بشكل مستقل.

تأسست شركة وينو عام 2015 ومقرها مدينة تشانغجيا غانغ في مقاطعة جيانغسو، وقد انخرطت بعمق في قطاع ألياف الكربون لأكثر من عقدٍ من الزمن:

(1) الطاقة الإنتاجية: إنتاج شهري يبلغ ٥٠٠٬٠٠٠ متر مربع من الأنسجة المنسوجة من ألياف الكربون، و١٠٠٬٠٠٠ متر مربع من الأنسجة أحادية الاتجاه، و٣ ملايين متر مربع من المواد المُسبق تشكيلها (Prepreg)، و١٠٠٬٠٠٠ لوحة من ألواح ألياف الكربون.

(2) المعدات: تمتلك الشركة ٣٠ جهاز نسج متقدمًا، و١٥ خط إنتاج للمواد المُسبق تشكيلها (Prepreg)، وآلة واحدة لحياكة الأنسجة أحادية الاتجاه بالغزل الطولي، و١٠ آلات ضغط حراري، و٨٠ آلة نقش رقمية تحكمها الحواسيب (CNC).

(3) الخبرة الفنية: نمتلك أكثر من ٢٠ براءة اختراع، وحاصلون على شهادة ISO 9001.

(4) مجموعة المنتجات: تشمل منتجاتنا مختلف المواصفات مثل 1K و3K و6K و12K، وتغطي الأنسجة المنسوجة من ألياف الكربون، والأنسجة أحادية الاتجاه، والمواد المُسبق تشكيلها (Prepreg)، والألواح.

وتُستخدم منتجات شركة وينو على نطاق واسع في مجالات الطيران والفضاء، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، والصناعات البحرية، ووسائل النقل السككي، وأجزاء السيارات، والمعدات الرياضية، والطائرات المُسيَّرة (الدرونز)، والأجهزة الطبية، وغيرها من المجالات.

ويُجدر بالذكر أن شركة وينو تقدّم حلولاً «مخصصة» استناداً إلى احتياجات العملاء، وتوفّر خدمات شاملة تشمل عمليات النسج وإنتاج المواد المسبقة التشكيل (Prepreg). وهذا يعني أنه سواءً كانت الحاجة تتعلق بألواح ألياف متعددة المحاور ذات الأحجام الكبيرة الخاصة بالتطبيقات البحرية، أو تركيبات مخصصة بزوايا خاصة، فإن شركة وينو تمتلك القدرة على الاستجابة بسرعة.