1。简介

碳纤维在运动产品中的应用起源于1970年代。当时，每个人都将注意力集中在航空航天和军事行业上。毕竟，这样的高端领域，尤其是在美国苏联太空竞赛的那个时期，进入天空的卫星和航天器，月球着陆计划引起了全世界的关注。

长期以来，碳纤维复合材料已成功地渗透到体育用品的各个领域，而体育用品也是航空航天后碳纤维应用开发的工业领域。

碳纤维复合材料由于其轻巧，高强度，出色的抗疲劳性等而成为体育商品行业选择的材料。碳纤维的体育用品市场受到美国吉姆的启发，被称为高尔夫球世界的爱迪生。 1972年，吉姆（Jim）发现，使用碳纤维俱乐部可能比铁击中30码的高尔夫球。随后，碳纤维在其他运动中得到了推广，将其用作金属材料的替代品，例如羽毛球，网球，棒球，滑板，滑雪，自行车，划船和射箭以及诸如钓鱼之类的休闲运动。

2。碳纤维复合材料在体育用品中的优势

随着社会的进步，人们对生活方式的追求得到了不断的改善，体育运动已经渗透到我们的每一个生活中。健康和科学培训方法也是人们注意的重点，运动器材的要求越来越高。新运动器材的市场也在扩大，运动器材的材料要求越来越高。碳纤维在重量和强度方面的优势使其成为新运动器材的首选材料，因此碳纤维在运动器材领域越来越广泛地使用。碳纤维在体育用品中的优势是什么：

（1）重量轻

除了特殊运动所需的体重外，当人们使用运动用品锻炼时，运动用品越轻一些。轻巧的重量可以帮助训练师表现更好，例如网球球拍，俱乐部，自行车，滑雪板等。甚至有些设备依赖于人力之外的电力来使其运动，例如赛车和帆船，也需要轻巧的重量，这可以减少动力需求并节省燃料。在这方面，碳纤维具有不可替代的优势。

（2）良好的机械性能

碳纤维材料的特定强度和模量超出了其他材料的范围。它独特的机械特性仅满足运动器材的需求，是运动器材可选材料的绝佳选择。碳纤维复合材料主要是树脂固化和成型，可以在加工和设计方面增加可能性。

（3）安全，卫生和环境保护

碳纤维复合材料不仅具有许多优势，而且是一种环保的材料，在卫生和安全方面也可以保证。它们是具有特殊特性的新材料。除了它们的功能，例如良好的机械性能，强大的可塑性和高安全性外，它们还具有可回收和可重复使用的资源。它非常环保，易于回收和利用，同时还可以降低成本和节省资源。这些特征将成为运动设备中广泛使用碳纤维复合材料的优势。

（4）高可塑性

可塑性是制造运动器材，塑料，碳纤维复合材料等的基本条件之一。所有这些都具有一定的可塑性。塑料及其合金可以通过多种方式进行处理和模制（吹塑，注塑，挤出，热成型等），然后应用于运动器材，使其比其他常见材料更塑料。随着我国体育行业的发展，应用于运动器材领域的材料可以通过更多的处理方法来改善运动器材的性能。

（5）良好的衰老抗性

在实际应用中，运动器材大多在户外，并且很容易受到自然环境（例如阳光和雷暴）的影响。同时，大气中的氧气，臭氧和酸性气体等物质也会损害它们。加上温度的变化，这些因素将影响衰老，裂缝，运动器材的颜色变化。因此，运动器材需要具有良好的耐腐蚀性，抗衰老的能力等。当使用时，尤其是在露天环境中，对这一方面的要求更为严格。如果耐老化的耐药性很差，它将严重影响设备的使用寿命。

3。碳纤维复合材料在运动和休闲产品中的应用

碳纤维运动用品的应用领域可以分为两个主要方向。一项是竞争性运动，主要集中在高端，更快的速度上。另一种是每天的健身和休闲，这需要适当的成本效益。目前，在体育用品领域，碳纤维消耗最多的产品是：

（1）自行车

作为自行车上最长的材料，钢具有良好的弹性和低成本，但由于其高密度，它很容易生锈和疲劳。铝合金是目前在市场上使用的常见材料。它的重量轻，不会生锈，但是太弹性了，易于疲劳，骑行舒适性较差。镁合金的密度小于铝合金的密度，其基本性能类似于铝合金。钛合金比其他金属材料具有更好的抗疲劳性，但是它们的价格很高，并且其比重没有优势。由于碳纤维复合材料具有高强度，良好的弹性，光密度和耐腐蚀性，因此碳纤维复合材料产生的自行车具有以下特征：

一个。有效减少自行车的总重量

碳纤维树脂基复合材料的密度通常仅为1.6。与铝相比，只有五分之一的钢可以减轻重量约40％。在自行车行业中有一个说法，减轻体重为1G，价格可以提高1美元。碳纤维复合自行车框架比铝合金框架轻四分之一。轻巧可以降低身体损失并提高骑行速度。

b。汽车车身的整体刚性

具有良好刚度的框架有利于驱动力的转换并提高自行车的处理性能。碳纤维复合自行车具有强大的结构，并且不容易变形。实践证明，该框架不低于钢框架的框架。

c。良好的地震抵抗力

结构的自我振动频率不仅与结构外观有关，而且与材料特定模量的平方成正比。高自我振动频率可以避免在工作状态下的共振引起的早期损害。据报道，具有相同形状和尺寸的测试框架表明，铝合金框架需要9秒才能停止振动，并且具有极高自我振动频率的碳纤维复合材料只能在2.5秒内停止。复合材料的良好阻尼减少了自行车的颠簸，并改善了骑行的舒适性。

d。良好的安全

碳纤维复合材料中的基质以连续相的形式围绕独立的碳纤维，形成动态不确定的系统。当材料受到影响时，当少量纤维断裂时，负载将迅速重新分配到毫无损坏的纤维，以便结构可以继续携带，从而大大提高了骑行的安全性。很难观察到明显的金属材料疲劳损害的迹象。损坏通常是突然的。碳纤维复合框架具有很好的疲劳性耐药性，在损坏之前可以观察到明显的迹象。研究表明，碳纤维复合框架碰撞测试可能超过一百万次。

e。增加结构设计的自由

碳纤维复合材料具有各向异性特征。复合材料可根据自行车在驾驶时携带的载荷方向和大小来排列和铺设纤维。复合材料的灵活性有利于设计各种形状的结构。如果可以根据空气动力学原理设计精简的自行车，那么它是美丽而实用的，并且很容易实现最佳的成本效益。

f。良好的耐腐蚀性

聚合物材料具有良好的抗酸性，碱性耐药性和工业气氛耐药性。因此，由碳纤维复合材料制成的自行车框架具有极好的酸和碱性耐腐蚀性。

图片自行车

最近，法国跑车制造商和荷兰自行车制造商PG共同发布了世界上最轻的自行车。该自行车的设计灵感来自布加迪的 ，由于其碳纤维复合材料，该赛车仅重11磅（约4.99公斤）。根据美国建筑摘要，95％的自行车由碳纤维复合材料制成。

布拉格的捷克技术大学使用自动纤维包装工艺，并结合由连续纤维管连接开发的集成周期技术（ILT），以生产自行车框架以及相关的组件。 ILT是一个结合结构复合元件（例如试管和连接组件）的过程。所有零件均以一块形式形成，然后组装。

图片配件在自行车中起着巨大的作用

（2）钓鱼竿

对于钓鱼爱好者，如何判断哪种钓鱼竿是最好的？总而言之，它主要反映在三个方面：细，轻巧和坚固。因此，具有出色性能的钓鱼竿需要达到两个特征：高刚度和轻巧。

随着碳纤维的出现和开发，它为钓鱼竿提供了高特异性强度和高特异性模量，使这些钓鱼竿变得更轻，更轻。因此，今天的钓鱼竿基本上被称为“碳纤维钓鱼竿”。

图3碳纤维钓鱼竿

由碳纤维增强复合材料制成的钓鱼竿比GFRP产品或价格的钓鱼竿要轻得多，而GFRP产品或价格的钓鱼竿在卸下杆时消耗的能量较少，并且杆的距离比后者更远20％。 CFRP制造的钓鱼竿漫长而牢固。弯曲后可以迅速恢复钓鱼竿，使其更敏感地传达诱饵。碳纤维增强塑料也可以用来使铀卷卷成一卷，重量不超过140克，但具有较高的疲劳强度和抗摩擦力，因此使用寿命很长。

图4碳纤维钓鱼竿

碳纤维复合钓鱼竿的优势

由于其轻巧和高刚度，它受到了广泛的赞扬。在捕鱼过程中，碳纤维钓鱼竿的优势反映在以下方面：

·由于碳纤维钓鱼竿较轻，更薄，因此可以轻松地用一只手操纵这些钓鱼竿；

·因为它是轻巧的，所以它可以防止用户感到疲倦；

·碳纤维可使杆的长度更长，而更长的钓鱼竿则意味着它们可以覆盖更宽的捕捞区域；

·碳纤维钓鱼竿对鱼更敏感；

碳纤维钓鱼竿年复一年地使垂钓者越来越狂热，这些碳纤维钓鱼竿也使钓鱼成为大众娱乐活动，而不是一项基本运动，这无疑为碳纤维场创造了新的市场。

图5碳纤维钓鱼竿

（3）网球球拍和羽毛球球拍

网球拍的发展趋势是大规模且轻巧的。目前，世界上大多数高级和中端的网球拍都是由碳纤维复合材料制成的。大型网球球拍需要由轻巧，强大且比模制碳纤维复合材料制成，这些碳纤维复合材料可以承受比木制框架更强的净张力，以确保它们在击球过程中不会变形。具有良好振动阻尼特性的碳纤维复合材料不仅使运动员具有舒适感，而且还使网球的初始速度更高。

由复合材料制成的网球球拍轻巧牢固，具有较高的刚性和小应变，可以减少球和球拍之间的偏差。同时，CFRP具有良好的阻尼特性，可以扩展肠道和球之间的接触时间，从而使网球可以获得更大的加速度。例如，木制球拍的接触时间为4.33毫秒，钢产品为4.09毫秒，CFRP为4.66毫秒，球的相应初始速度为每小时1.38公里，每小时149.6公里，每小时157.4公里，每小时157.4公里。

图6碳纤维复合网球球拍

由碳纤维增强复合材料（CFRP）制成的羽毛球球拍的特征是重量轻且刚性高，避免了由于木制产品刚性不足而导致的手柄断裂现象。他们还具有振动阻尼功能和良好的反弹阻力，使球击球和返回距离长，并且球着陆点的精度。

（4）高尔夫俱乐部

1972年，美国首次使用碳纤维复合材料制造俱乐部，到1998年，碳纤维高尔夫球俱乐部的数量大大超过了钢铁俱乐部。高尔夫俱乐部由握把，轴和头部组成。由碳纤维复合材料制成的高尔夫俱乐部可以将重量减轻约10％至40％。根据动量定理的保护，当高尔夫球场的总重量恒定时，头部重型俱乐部轻巧易于提高挥杆速度，这可以使球获得更大的初始速度。此外，碳纤维复合材料具有高阻尼特性，可以延长打击时间，并且球被进一步击中。

图7碳纤维高尔夫俱乐部

（5）皮划艇

通过在皮划艇上使用在防弹场中通常使用的芳族纤维（），可以保证结构良好的船只可以抵抗开裂和粉碎。当在独木舟和船体中使用石墨烯和碳纤维材料时，它不仅可以增加船体的工作强度并减轻重量，还可以增加滑动距离。

图8碳纤维复合皮划艇

图9碳纤维复合皮划艇和泥浆

（6）赛车

在1980年代，当迈凯轮F1团队使用碳纤维材料制造赛车底盘时，他们的赛车车就领先了。因此，其他团队模仿了迈凯轮的方法，后来又回到了各种超级跑车，高性能的汽车和平民汽车上。

目前，碳纤维在汽车行业中的应用主要分为两种类型：干型和湿型。其中，干碳纤维在制造过程中的残留树脂的残留较少，并且成型后的组件更强，更昂贵，因此它们被主要的超级奢侈品牌广泛使用。

湿碳纤维中的树脂含量更高，因此组件强度和制造成本比干燥的碳含量更便宜。但是，无论是干碳纤维还是湿碳纤维，它的性能都比传统材料更好。

图10碳纤维复合赛车

战神AMR Pro的身体使用特殊的荧光绿色油漆，还添加了带有碳丝布置的碳纤维装饰面板。整个车辆的线条更长，侧面镜子已更改为更具气动设计。多型通风开口在前挡泥板后面使用，可以更好地导出轮拱中的空气。它们几乎连接到前轮和后轮拱形，上面的侧裙。鸥翼门设计也非常迷人。 20英寸的前轮和21英寸的后轮配备了平坦的轮胎和陶瓷碳纤维制动系统，使整个车辆看起来更帅。

图11碳纤维复合材料内部

一级方程式赛车的经典设计也被复制在车内。集成的碳纤维座舱使整个车辆更加僵化。屋顶，驾驶舱和底盘采用碳纤维设计，这使整个车辆更加刚性，道路反馈更现实，更活跃。大区域绒面革材料铺路呼应了裸露的碳纤维材料。中央控制台配备了圆形的矩形方向盘，并且使用方向盘中间的LCD显示屏用于显示车辆的基本信息。两个悬浮的LCD屏幕与驾驶侧倾斜。集成的碳纤维赛车座椅轻巧，还可以为驾驶员带来更好的包装和支撑。

图12碳纤维复合F1赛车

Fang Kun1，2 Liu ，2马力3 Lin

1。北京热塑性复合材料工程技术

2。北京新材料技术有限公司

3。北京大学管理学院

4。 Co.，Ltd。