【科普知识】碳纤维双向布在体育器材上的应用分析

来源：中国复合材料学会

引言

随着我国商业经济的发展，人们的物质生活水平也在不断提高，然而越来越快的生活和工作节奏也给人们带来了或大或小的压力。于是更多的人选择利用运动来舒缓自己的身心，排解自己的压力，使体育行业得到了空前的繁荣。然而，现代竞技体育发展对体育器材的改进与研制的要求也提上日程。 

由于碳纤维增具有质量轻、高强度、高模量、耐高温、耐疲劳性等特点，近年来已被赋予双向布的形式，在体育器材上得到广泛的应用。

碳纤维双向布结构与材料简述

碳纤维双向布是以碳纤维为基体材料，以棉线为辅助材料，经经线纬线编织工艺处理形成的一种新型复合材料。碳纤维提供了碳纤维双向布布所需要的高强度，棉线使碳纤维纱线固定不脱落，编织成完整的碳纤维双向布，提高稳定性。双向玻璃纤维布主要以玻璃纤维为基体材料，以棉线为辅助材料，经引纱、经纬线编织、预成型、裁剪等处理制造而成。

碳纤维是含碳量在90%以上的高性能纤维材料，是由有机纤维原丝在1000℃以上的高温下碳化形成。碳纤维是一种力学性能十分优异的纤维材料，主要体现在其比重不到钢材料的四分之一，拉伸强度在3500Mpa以上。此外，碳纤维还具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐疲劳、耐蠕变性、导电性、导热性、小比重和热膨胀系数小的优良性能。与其他芳纶纤维、玻璃纤维不同，碳纤维具有具有明显的各向异性，柔软可加工性。

碳纤维双向布的应用优势

1.优异的机械性能

碳纤维单丝的比强度和比模量是木质的3-4倍，是钢材的10倍以上。突出的力学性能是碳纤维双向布替代木材和钢材成为体育器材制作的优良材料。

2.质量轻

碳纤维双向布质量极轻。尤其是羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆等体育器材，轻质的手感可以降低动力要求，节约能耗，使用方便。

3.柔软加工性强

碳纤维双向布的可塑性极佳，可以任意加工成各式形状。同时可以根据使用者的不同需求来设计加工体育器材。

碳纤维双向布应用实例

碳纤维双向布因其轻质高强的特质，在需运动者用力的体育器材方面被广泛应用，并彰显出其独特的优势。以下就将举几个实例。

1.网球拍

网球运动于19世纪在英国兴起。在20世纪中，得到广泛发展，并成为一项世界性的体育运动。随着网球运动的收到人们的青睐以及普及，网球拍的轻量化也日益受到关注。

在20世纪70年代，美国相关公司已经将碳纤维应用到网球拍上。就目前而言，一些中高档的网球拍都已经运用了碳纤维双向布这种复合材料。比其他材料相比，碳纤维双向布的优势是显而易见的。碳纤维双向布的低密度使得网球拍可以轻量化、大型化；其高强度高模量的特性可以承受更大的网线拉力，大概高出20%至40%左右；最重要的是碳纤维双向布优异的减震阻尼性能使网球拍不易起振，赋予运动员更多的舒适感。

2.自行车

随着社会经济的高速发展，自行车已经不仅仅是代步工具，更是作为一种健身、锻炼、竞赛工具出现在日常生活中。因此，这对自行车的性能改善也是一个发展的契机。一般来说，自行车的车构架、前叉部件、曲轴、座位支架这四个部位都可以运用到碳纤维双向布。质轻、高强、可塑性佳的碳纤维双向布的应用，可以降低自行车的自身的重量，便于骑行者更好的控制自行车车体，同时碳纤维双向布可以赋予自行车美好的外观和优良的刚性和减震的性能。

3.高尔夫球杆

高尔夫球运动从20世纪三十年代兴起后就一直是一项贵族运动，上个世纪末，碳纤维双向布就已经开始在高尔夫球杆上应用，且数量已经超过钢材质球杆。众所周知，高尔夫运动球杆的质量对高尔夫运动的进球数量有很大的影响。头重杆轻的高尔夫球杆可以提高挥杆速度，提高进球的准确率。而碳纤维双向布正是弥补了其他材质的这一不足，碳纤维双向布的低密度、弹性高,耐冲击不仅可以减轻高尔夫杆的重量，还便于运动员充分发挥打球的技术。总而言之，碳纤维双向布的应用适应了高尔夫球的飞行距离和稳定性要求，已得到广泛使用。

4.滑雪板

滑雪运动是近几年兴起的一项新兴运动，尤其得到青少年的青睐。然而高性能的滑雪板可以使运动员的安全性和舒适性得到保障。日常生产中，滑雪板的材质有三种，分别是木质、金属质和纤维增强材料。木质虽然价格便宜但是却容易受潮损坏，使用寿命短；金属质虽然能有效抗潮湿但价格相对高，适应性差。相反，碳纤维双向布轻质高强，适应任何雪质的雪地，且耐腐蚀性佳，维护简便，弥补了金属质和木质的缺陷和不足。最为重要的是，碳纤维双向布可以起到减震、增加韧性的作用，对于使用者的运动成绩也提供了一定的保证。

总结

随着全民健身政策的鼓励与支持，体育运动越来越成为人们健身、打发时间的一种娱乐方式。体育行业的“家常化”，为碳纤维双向布在体育器材上的应用发展带来了新的契机。

21世纪，碳纤维双向布的应用成为体育器材发展的主流。

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