تُستخدم المواد المركبة تجاريًا منذ أكثر من 50 عامًا. في المراحل الأولى من التسويق، اقتصر استخدامها على التطبيقات المتطورة، مثل الفضاء والدفاع. ومع استمرار التقدم التكنولوجي، بدأ تسويق المواد المركبة تجاريًا في مختلف صناعات المستخدم النهائي، مثل السلع الرياضية، والطيران المدني، والسيارات، والصناعات البحرية، والهندسة المدنية، والبناء. حتى الآن، انخفضت تكلفة المواد المركبة (سواءً المواد الخام أو التصنيع) بشكل ملحوظ مقارنةً بالسنوات السابقة، مما أتاح استخدامها على نطاق واسع في عدد متزايد من الصناعات.
المادة المركبة هي مزيج من الألياف والراتنج بنسبة معينة. بينما تُحدد مصفوفة الراتنج الشكل النهائي للمادة المركبة، تعمل الألياف كتعزيزات لتقوية القطعة المركبة. تختلف نسبة الراتنج إلى الألياف باختلاف قوة وصلابة القطعة المطلوبة من قِبل الشركة المصنعة للمعدات الأصلية (OEM).
يتطلب الهيكل الأساسي الحامل للحمل نسبة ألياف أعلى مقارنةً بمصفوفة الراتنج، بينما يتطلب الهيكل الثانوي ربع ألياف مصفوفة الراتنج فقط. وينطبق هذا على معظم الصناعات، وتعتمد نسبة الراتنج إلى الألياف على طريقة التصنيع.
أصبحت صناعة اليخوت البحرية القوة الرئيسية في الاستهلاك العالمي للمواد المركبة، بما في ذلك مواد الرغوة. ومع ذلك، فقد شهدت أيضًا ركودًا، مع تباطؤ بناء السفن وارتفاع المخزونات. قد يُعزى هذا الانخفاض في الطلب إلى حذر المستهلكين، وتراجع القوة الشرائية، وإعادة تخصيص الموارد المحدودة لأنشطة تجارية أكثر ربحية وجوهرية. كما تعمل أحواض بناء السفن على إعادة تنظيم منتجاتها واستراتيجياتها التجارية لتقليل الخسائر. خلال هذه الفترة، اضطرت العديد من أحواض بناء السفن الصغيرة إلى الانسحاب أو الاستحواذ عليها بسبب فقدان رأس المال العامل، مما حال دون استمرار العمل بشكل طبيعي. وتأثر تصنيع اليخوت الكبيرة (أكبر من 35 قدمًا)، بينما أصبحت القوارب الأصغر (أقل من 24 قدمًا) محور التصنيع.
لماذا المواد المركبة؟
تُقدم المواد المركبة مزايا عديدة مقارنةً بالمعادن والمواد التقليدية الأخرى، مثل الخشب، في بناء القوارب. فمقارنةً بالمعادن كالفولاذ أو الألومنيوم، يُمكن للمواد المركبة أن تُقلل الوزن الإجمالي للأجزاء بنسبة 30% إلى 40%. ويُحقق هذا التخفيض الإجمالي في الوزن العديد من الفوائد الثانوية، مثل انخفاض تكاليف التشغيل، وانخفاض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وزيادة كفاءة استهلاك الوقود. كما يُقلل استخدام المواد المركبة الوزن بشكل أكبر من خلال الاستغناء عن أدوات التثبيت من خلال دمج المكونات.
تُتيح المواد المركبة أيضًا لبناة القوارب حرية تصميم أكبر، مما يُتيح تصنيع قطع ذات أشكال مُعقدة. علاوة على ذلك، تتميز المكونات المركبة بتكاليف دورة حياة أقل بكثير مقارنةً بالمواد المنافسة، نظرًا لانخفاض تكاليف صيانتها وتكاليف تركيبها وتجميعها، نظرًا لمقاومتها للتآكل ومتانتها. فلا عجب أن تحظى المواد المركبة بقبول واسع بين مُصنّعي القوارب الأصليين وموردي الفئة الأولى.
مركب بحري
على الرغم من أوجه القصور في المواد المركبة، إلا أن العديد من أحواض بناء السفن والموردين من الدرجة الأولى ما زالوا مقتنعين بأنه سيتم استخدام المزيد من المواد المركبة في اليخوت البحرية.
في حين من المتوقع أن تستخدم القوارب الأكبر حجمًا مركبات أكثر تقدمًا مثل البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)، فإن القوارب الأصغر حجمًا ستكون المحرك الرئيسي للطلب الإجمالي على المركبات البحرية. على سبيل المثال، في العديد من اليخوت والقوارب ذات الهيكل المزدوج الجديدة، يتم استخدام المواد المركبة المتقدمة، مثل ألياف الكربون / الإيبوكسي ورغوة البولي يوريثان، لصنع الهياكل، والعارضة، والطوابق، والعارضة الخلفية، والحفارات، والحواجز، والأوتار، والصواري. لكن هذه اليخوت الفاخرة أو القوارب ذات الهيكل المزدوج تشكل جزءًا صغيرًا من إجمالي الطلب على القوارب.
على الرغم من أوجه القصور في المواد المركبة، إلا أن العديد من أحواض بناء السفن والموردين من الدرجة الأولى ما زالوا مقتنعين بأنه سيتم استخدام المزيد من المواد المركبة في اليخوت البحرية.
في حين من المتوقع أن تستخدم القوارب الأكبر حجمًا مركبات أكثر تقدمًا مثل البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)، فإن القوارب الأصغر حجمًا ستكون المحرك الرئيسي للطلب الإجمالي على المركبات البحرية. على سبيل المثال، في العديد من اليخوت والقوارب ذات الهيكل المزدوج الجديدة، يتم استخدام المواد المركبة المتقدمة، مثل ألياف الكربون / الإيبوكسي ورغوة البولي يوريثان، لصنع الهياكل، والعارضة، والطوابق، والعارضة الخلفية، والحفارات، والحواجز، والأوتار، والصواري. لكن هذه اليخوت الفاخرة أو القوارب ذات الهيكل المزدوج تشكل جزءًا صغيرًا من إجمالي الطلب على القوارب.
يشمل الطلب الإجمالي على القوارب القوارب ذات المحركات (الداخلية والخارجية والمؤخرة)، والقوارب النفاثة، والمركبات المائية الخاصة والقوارب الشراعية (اليخوت).
ستشهد أسعار المواد المركبة ارتفاعًا ملحوظًا، مع ارتفاع أسعار الألياف الزجاجية، والمواد الصلبة بالحرارة، والراتنجات البلاستيكية الحرارية مع ارتفاع أسعار النفط الخام وتكاليف المدخلات الأخرى. ومع ذلك، من المتوقع أن تنخفض أسعار ألياف الكربون في المستقبل القريب نتيجةً لزيادة الطاقة الإنتاجية وتطوير مواد أولية بديلة. إلا أن تأثيرها الإجمالي على أسعار المواد المركبة البحرية لن يكون كبيرًا، إذ لا تُمثل المواد البلاستيكية المُعززة بألياف الكربون سوى نسبة ضئيلة من الطلب على المواد المركبة البحرية.
من ناحية أخرى، لا تزال الألياف الزجاجية تُعدّ المادة الرئيسية للألياف في المركبات البحرية، بينما تُعدّ البوليسترات غير المشبعة وإسترات الفينيل المواد البوليمرية الرئيسية. وسيواصل كلوريد البولي فينيل (PVC) امتلاك حصة كبيرة في سوق نوى الرغوة.
وفقًا للإحصاءات، تُشكّل المواد المركبة المُقوّاة بألياف الزجاج (GFRP) أكثر من 80% من إجمالي الطلب على المواد المركبة البحرية، بينما تُشكّل مواد الرغوة 15%. أما النسبة المتبقية، فهي من البلاستيك المُقوّى بألياف الكربون، والذي يُستخدم بشكل رئيسي في القوارب الكبيرة وتطبيقات التصادمات الحرجة في الأسواق المتخصصة.
يشهد سوق المواد المركبة البحرية المتنامي توجهًا نحو مواد وتقنيات جديدة. وقد شرع موردو المواد المركبة البحرية في رحلة ابتكارية، حيث طرحوا راتنجات حيوية جديدة، وأليافًا طبيعية، وبوليستر منخفض الانبعاثات، ومواد مُشبّعة مسبقًا منخفضة الضغط، وأنوية، ومواد ألياف زجاجية منسوجة. ويهدف هذا التوجه إلى زيادة قابلية إعادة التدوير والتجديد، وتقليل محتوى الستيرين، وتحسين قابلية المعالجة وجودة الأسطح.
وقت النشر: 5 مايو 2022
