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带你了解体育用品中的碳纤维复合材料

文章来源：未知更新时间：2019-06-28 09:22:55

随着全球的经济飞速增长，人们的生活水平越来越高，生活质量也越来越好。有钱有闲之余不少现代人都走进了各类运动场所放松身心，而现如今的竞技体育在发展的同时讲求科学训练，也重视对体育器材的改进与研制。体育用品所用到的碳纤维复合材料的比强度越高，构件自重就越小；比模量越高，构件的刚度就越大。因此，体育用品可充分利用碳纤维复合材料的特性，提升体育各项目的成绩。

一、碳纤维复合材料应用到体育中的优势

1、碳纤维体积轻巧

像高尔夫球杆、网球拍、自行车、滑雪板、皮划艇等都是靠人力来使其运动的，使用者希望它的材质越轻越好；即使是靠人力以外的其它动力来使其运动的器材，比如塞车、帆船、摩托艇等，在相同的条件下也以质轻的为好。

2、耐疲劳极限大

碳纤维结构稳定，在其制成复合材料经过百万次循环应力疲劳试验后，其强度保留率仍可达60%，而钢材为40%，铝材为30%，耐疲劳极限高，可使体育器材的使用寿命增长。

3、碳纤维高比强度和高比模量

碳纤维复合材料的比强度和比模量分别是杉木的4倍和3倍，梧桐木的3.4倍和4.4倍，钢材的7~12倍和3~5倍。突出的比强度、比模量，使其可用来制造轻、强、刚、坚为一体的各种制品，特别适合于制作体育器材。

4、碳纤维制品脱模效果好

脱模剂在复合材料工业中占据了重要的位置，碳纤维制品在脱模后其加工处理非常简单，模具残留树脂也很好清理，而且脱模次数多。

5、破损安全性能好

在碳纤维复合材料中，受基体影响，在沿纤维方向受拉时，各纤维的应变基本是相同的。已断裂的纤维由于基体传递应力的结果，除断口处不能正常发挥作用外，其余大部分纤维依然能发挥良好的作用。当然，对于出现断口的个别纤维也不会引起连锁反应和灾难性的破坏，因此，碳纤维的破损安全性能好。

6、热膨胀系数小

碳纤维的热膨胀系数在室温时几乎为负数，当温度为200~400℃时，其热膨胀系数为0；当温度低于1000℃时，其热膨胀系数为1.5×10曲K。

7、阻尼性能好

碳纤维复合材料的聚合物基体具有黏弹性，在基体中和界面上有微裂纹和脱黏的地方还存在做摩擦力，在振动过程中，黏弹性和摩擦力使一部分动能转换为热能。因此，其阻尼比钢和铝合金大，若采用特定措施还可以是阻尼增大。

8、碳纤维设计自由度大

复合材料成型技术的发展可使设计自由度大大提高。纤维复合材料的一个显著特点是各向异性，通过改变纤维的铺叠方向和方式，局部增强或增强某一方向的受力状况；可根据选手的年龄、性能、技艺水平、体力强弱等不同情况加以设计，最大限度地发挥体育器材的使用效果，这是一般各向同性的金属材料难以实现的。

二、碳纤维复合材料在体育器材上的应用

高尔夫球杆

弓箭

自行车

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