2. 碳纤维复合材料在体育用品上的优势
随着社会的进步,人们对生活方式的追求不断提高,体育运动已经深入到我们每个人的生活当中,健康科学的训练方式也是人们关注的重点,对运动器材的要求也是越来越高,新型运动器材的市场也在不断的扩大,对于运动器材的材质要求也是越来越高,碳纤维在重量和强度方面的优势,让它成为了新型运动器材首选材料之以至于碳纤维在运动器材领域应用越来越广泛,碳纤维在体育用品上面的应用都有哪些优势:
(1) 重量轻
除了特殊体育项目要求重量,人们在用体育用品进行锻炼时,体育用品当然是越轻越好。重量轻能使炼者更好的发挥水平,比如网球拍、球杆、自行车、滑雪板等,甚至还有一些靠人力之外动力使其运动的器材如赛车、帆船类也同样要求质轻,可减少动力要求,节省燃料。碳纤维在这方面有不可代替的优势。
(2)良好的力学性能
碳纤维材料的比强度、比模量是其他材料所不能超越的,其独特的力学性能刚好满足体育器材的需求,是体育器材可选材料的绝佳选择。碳纤维复材主要是树脂固化成型,在加工设计方面能发挥更多可能。
(3)安全、卫生、环保
碳纤维复合材料不仅优势良多,而且是一种环保型材料,在卫生性及安全性上也有保障,属于具有特殊性能的新型材料,其除了力学性能好、可塑性强、安全性高等功能外,还属于可回收再利用资源。其具有很高的环保性,便于回收利用的同时还会降低成本、节约资源等,这些特性都将会成为碳纤维复合材料在体育运动器械中广泛使用的优势。
(4)可塑性高
可塑性是制造运动器械的基本条件之一,塑料、碳纤维复合材料等都具备一定的可塑性。塑料及其合金可以通过很多方式(吹塑、注塑、挤出、热成型等)进行加工成型,然后再应用到运动器械中,与其他普通材料相比可塑性更好。随着我国体育事业的发展,应用到体育运动器械领域的材料可以通过更多的加工方式使得运动器械的性能得以提高。
(5)耐老化性好
运动器械在实际应用中多处于室外,容易受到太阳照射、雷雨等自然环境的影响,同时大气中氧气、臭氧以及酸性气体等物质也会对其产生破坏,再加上气温的变化,这些因素都会影响运动器械出现老化、裂痕、颜色变化等。因此,体育运动器械在投入使用时需要具备良好的耐腐蚀性、耐老化性等,尤其是在露天环境下对该方面的要求就更严格,如果耐老化不佳会严重影响器材的使用寿命。
3. 碳纤维复合材料在体育及休闲用品中的应用
碳纤维体育用品应用的领域可以分为两个大的方向,一个是竞技体育,主要讲求高精尖、更高、更快,一个是用于日常的健身及休闲,需要合适的性价比。目前碳纤维在体育用品领域,用量最大的几个产品是:
(1)自行车
钢材作为自行车最久的材料,他拥有很好的弹性,成本较低,但由于密度大,易生锈,易疲劳。铝合金是目前市场上使用普遍的材料,他的重量轻,不会生锈,但弹性太差,容易疲劳,骑行的舒适感不好。镁合金的密度比铝合金要小,基本性能和铝合金差不多。钛合金的耐疲劳性比其他金属材料好,但价格高,比重却没有优势。而碳纤维复合材料强度高、弹性好、密度轻、耐腐蚀,由碳纤维复合材料生产的自行车具有以下各方面的特点:
a. 有效降低了自行车的总重量
碳纤维树脂基复合材料的密度一般只有1.6。只是钢的五分之一,与铝材相比,可以减重40%左右。自行车行业内有这样一种说法,重量减轻1g,价格可提高1美元。一辆碳纤维复合材料自行车车架比铝合金车架轻四分之一。重量轻可以降低体能损耗从而提高骑行速度。
b.车身的总体刚性高
刚度好的车架有利于驱动力的转换,提高了自行车的操纵性能。碳纤维复合材料自行车的结构坚固,不容易变形。实践证明,其车架刚性不低于珞钼钢车架。
c.良好的抗震性
结构的自振频率不仅结构外形有关,还与材料的比模量平方成正比,高的自振频率能够避免了工作状态下共振引起的早期破损。据报道,对形状与尺寸相同的车架进行试验表明,铝合金车架需要9秒才能停止的振动,自振频率极高的碳纤维复合材料只需要2.5秒就可以停止,复合材料良好的阻尼性减轻了自行车的颠簸,提高了乘骑的舒适性。
d.安全性好
碳纤维复合材料中的基体是以连续相形式包围着独立存在的碳纤维,构成一种动态不确定体系,当材料受到冲撞时,当其中少量纤维发生断裂,载荷将会迅速重新分配到未断裂的纤维上,这样结构还能继续承载,使骑乘的安全性大大提高了。一般金属材料的疲劳破坏是很难观察到明显的征兆,其破坏往往是突发性破坏,而碳纤维复合材料车架具有非常好的抗疲劳性,而且破坏之前能够观察到明显的征兆。研究表明,碳纤维复合材料车架耐冲撞试验可超过百万次。
e.增加了结构设计的自由度
碳纤维复合材料具有各向异性的特点,可以利用复合材料这一特点,根据自行车在行驶时受载的方向和大小来排列和铺放纤维。复合材料制造的灵活性,有利于设计出各种造型的结构。如可按空气动力学原理设计出流线型自行车,美观而实用,容易实现最佳性价比。
f.良好的耐锈蚀性能
高分子材料耐酸、耐碱、耐工业大气的性能良好,因此碳纤维复合材料制成的自行车架有着极好的耐酸碱腐蚀性能。
日前,法国跑车制造商Bugatti 布加迪和荷兰自行车制造商PG公司共同发布了一款世界最轻的自行车。该自行车的设计灵感来源于布加迪的凯龙星运动赛车,由于采用碳纤维复合材料制造,重量仅为11磅(约4.99kg)。据美国建筑学文摘Architectural Digestc称,该自行车95%采用碳纤维复合材料制造。
布拉格的捷克技术大学采用自动纤维缠绕工艺,结合连续纤维管连接开发的集成循环技术(ILT)生产自行车架,以及相关的组件部件。ILT是一种将结构复合元件(例如管与连接部件)组合在一起的工艺。所有部件一体成型,之后再组装起来。
碳纤维复合材料钓鱼竿的优点
由于具备轻量化、高刚度等特性,广受好评,在钓鱼过程中,碳纤维钓鱼竿的具有优势体现在一下几个方面:
·由于碳纤维钓鱼竿更轻更薄,所以可以用一只手轻松地操纵这些鱼竿;
·因为重量轻,因此可防止使用者感到疲劳;
·碳纤维可使鱼竿具有更长的长度,而更长的钓鱼竿意味着可以覆盖更广阔的捕鱼区域;
·碳纤维钓鱼竿对鱼类的反应更为敏感;
碳纤维钓鱼竿已经使得垂钓者年复一年愈加狂热,而这些碳纤维钓鱼竿也使得钓鱼成为一种大众娱乐活动,而不是一项基本运动,这就无疑为碳纤维领域创造了一个新的市场。
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