【體育】碳纖維復合材料在體育器材中具備的優勢
碳纖維的質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,它有四種產品形式:纖維、不了、預浸料以及切短纖維。其中布料指的是由碳纖維制成的織品;預浸料坯是將碳纖維按照一個方向一致排列,并將碳纖維或布料經樹脂浸漬使其轉化成片狀;切短纖維指的是短絲。按照不同的配比,這些產品和樹脂一起應用將形成碳纖維增強復合材料。
當前,用來制造體育運動器材的新材料主要是復合材料,而碳纖維復合材料又是其中的佼佼者。從某種意義來說,現代競技運動是一項向人類體能極限挑戰的運動,任何項目紀錄微小的提高往往需要和依賴科技的推動。
高比模量和高比模量
碳纖維復合材料的比模量和比模量分別是鋼材的3—5倍和7—12倍、杉木的3倍和4倍。突出的比模量和比強度,使其可以用來制造輕而強和剛而堅的各種制品,在民用品方面,尤其適合制造各類體育用品,現階段很多專業體育器械都選擇采用碳纖維復合材料。
質量輕
像撐竿、高爾夫球桿、網球拍、自行車、滑雪板、皮劃艇等靠人力來使其運動的體育器械,人們希望其質量越輕越好; 即使是靠人力以外的其他動力來使其運動的器材,如賽車、帆船、摩托艇等,在相同的條件下也以質輕為好。
碳纖維復合材料在此方面具有不可比擬的優勢,其密度為1.76~1.80g/cm3,所制復合材料密度為1.50~1.60g/cm3,而鋼材約為7.87g/cm3、鋁材2.7g/cm3、鈦材4.5g/cm3。顯然碳纖維復合材料要比金屬材料輕得多得多。
破損安全性能好
在碳纖維復合材料中,由于基體的作用,在沿纖維方向受拉時,各纖維的應變基本相同。已斷裂的纖維由于基體傳遞應力的結果,除斷口處不發揮作用外,其余絕大部分纖維依舊發揮作用。個別纖維的斷裂不會引起連鎖反應和災難性的急劇破壞,因而破損安全性能很好。
設計自由度大
復合材料成型技術的發展使得設計自由度大大提高。纖維復合材料的一個顯著特點是各向異性,通過改變纖維的鋪疊方向和方式,局部增強或增強某一方向的受力狀況; 可根據選手的年齡、性別、技藝水平、體力強弱等不同情況加以設計,大限度地發揮體育器械的使用效果,這是一般各向同性的金屬材料難以實現的。
熱膨脹系數小
碳纖維的熱膨脹系數在室溫狀態下幾乎為負值,當溫度為200攝氏度至400攝氏度時,其熱膨脹系數為零;當溫度低于1000攝氏度時,其線膨脹系數為1.5*10^(-6)K^(-1)
阻尼性能好
碳纖維復合材料的聚合物基體具有黏彈性,在基體中和界面上有微裂紋和脫黏的地方還存在著摩擦力,在振動過程中,黏彈性和摩擦力使一部分動能轉換為熱能。因此,其阻尼比鋼和鋁合金大,若采用特定措施還可以使阻尼增大。
疲勞強度大
碳纖維材料結構穩定,在其制成復合材料經過百萬次玄幻應力疲勞試驗后,其強度保留率仍可達到60%,而傳統金屬鋼材則只達40%,鋁材為30%。耐疲勞強度高,會使器械的使用壽命更長。
碳纖維儼然成為各國的研究重點之一,在航空航天、軍工等高精尖領域都有碳纖維的身影。國內也正在積極發展有關碳纖維復合材料的相關技術,打破技術限制,挪恩復材也成立了自己的研發團隊,立志為大家提供優質的碳纖維產品,利用科學技術造福每一個人。










































