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纤维增强复合材料在体育器材上的应用及特点

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-02-21  浏览次数:100

 3.2 高强高模合成纤维
    3.2.1 芳香族聚酰胺纤维
该纤维最大特点是低密度、高强度、高模量、耐高温,与树脂粘结性好。它所增强的复合材料的拉伸强度优于玻璃纤维碳纤维增强材料,弹性模量是玻璃纤维增强材料的2倍,但低于碳纤维增强材料。
    3.2.2 超高模量聚乙烯纤维
该纤维具有极高的强度,化学稳定性、生物适应性好,密度低,但在用于复合材料时受粘着性差的限制,必须经过等离子体烧蚀、辐射诱导接枝等不同方法的表面改性处理。
    3.2.3 混杂纤维
混杂纤维增强指两种短纤维混杂或两种长丝单向增强,也可以是两种不同纤维组成的包芯复合纱作增强材料,然后再与一种树脂基体复合。混杂纤维增强复合材料除了单一纤维特点外,还有一些特殊的性能,可满足不同的应用需要。
    3.3 增强用织物结构
纤维增强复合材料的增强相除了采用分散装的短纤维或长丝束,还可以是通过织物成型方法制成的绳、带、毡及各种不同的织物结构,即预成型件,它没有分散状纤维的无缠结、剪切效应等缺陷,这种预成型件可以根据复合材料最终产品_的需要,制成不同的结构和不同的形状,如机织物、针织物、编织物、非织造织物、多层织物、三维织物等结构,采用这些形式的纺织结构材料作增强相,不必机械加工,一次成型便可制成工字梁、I 型梁、十字梁、锥形、螺旋状等异形结构件。
    4纤维增强复合材料在体育器材上的应用
    4.1 滑雪板
滑雪运动中,滑雪板的质量关系到运动员的生命安全和运动成绩,而滑雪板的结构和材料比较复杂。一般滑雪板有木质、金属和纤维复合材料(一般为玻璃纤维)之分。木质的轻而价格便宜,但易受潮变形。铝合金制金属滑雪板价格较高,对雪地的要求高,适应性差。纤维复合材料滑雪板适合任何雪质的雪地,且维护方便。目前市面上性能优异的滑雪板一般是以夹芯复合材料制成的。这种滑雪板的芯材是由木材或PU、PVC等制成,滑雪板的弹性正是来源于此;碳化纤维位于芯层上部,可加强滑雪板屈伸度;玻璃纤维置于芯层上方,能起到一定的连接作用,可连接面板和芯层,增加滑板的韧度,也能够让滑板更有力度。
    4.2 高尔夫球杆
1972年美国Shakespear公司用长丝缠绕法制成高尔夫球杆,同年,美国的G.Brewer采用CFRP(碳纤维增强复合材料)制成球杆,此后,为了适应球的飞行距离和方向稳定性要求,在重量、尺寸和负荷等方面加以改善。现在高档的高尔夫球杆,采用碳纤维复合材料,密度小,强度高,弹性高,耐冲击,使高尔夫球杆变得可多次重复使用,而且也使运动员可充分发挥挥杆打球的力量和技术。
    4.3 自行车
20世纪80年代中期,意大利、法国、英国和美国相继开发成功了用碳纤维管和铝合金接头粘接成车架的碳纤维自行车。其车架重量较铬钼钢车架轻,强度、刚度却比铬钼钢车架高,因此一经研制成功,便被用作专门的比赛用车。曾获得男子自行车公路赛冠军的德国著名车手乌尔里希的“坐骑”就是用碳纤维增强复合材料作的支架,质量仅7.5 kg。目前一般使用树脂传递模塑工艺(RTM)来批量生产自行车。
    4.4 网球拍
目前世界上高、中档网球拍大多是用碳纤维复合材料制成的。最早把碳纤维应用于网球拍的是1974年美国Chemold等公司。碳纤维复合材料可制大型网球拍,减震吸能性能好,设计自由。与其他材料相比,碳纤维应用于网球拍有以下优势:①可制造大型网球拍:与过去木制的相比,在同样重量下,球拍面积可增加1.5倍左右,网线的张力比普通拍提高2O%~45%。②减震阻尼性能好:碳纤维复合材料的减震阻尼性能出类拔萃,它不易起振,起振后也易停振。③设计自由度大。
    5 国外和我国研制生产纤维增强复合材料体育器材简况
近年来发达国家利用其在材料及工程技术领域的优势,使复合材料在体育用品领域的应用不断扩大,已取得了令人瞩目的成就。目前已研制出采用GF、CF、芳纶纤维或陶瓷纤维增强复合材料为骨架的网球拍;滑雪棒以采用层压的复合材料制造;划桨、高尔夫球、曲棍球棒等也有类似的情况。我国大陆地区在制造FRP体育器材方面也作了大量工作。如上海玻璃钢结构研究所早在2O世纪60年代采用南京玻璃纤维研究设计院研制的高模量玻璃纤维制成FRP撑杆。浙江富春江水上运动器材厂和富春江体育器材厂等单位研制开发出ACM(先进复合材料)系列赛艇,除供国内选手外,还远销国外参加国际比赛,为发展纤维增强复合材料体育器材做出了重要贡献。
    6 结束语
    纤维增强复合材料在体育器材领域已形成了较大的市场。1997年全世界运动器材中复合材料消耗量为5万吨,所占比例达到了25%。业内人士分析认为,随着体育运动对运动器材越来
越苛刻的要求,将纤维增强复合材料运用到体育用品中来是21世纪体


 
 
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