程玉柱

摘 要：隨著科技和經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們的生活水平也逐步提高，人們在注重生活品質(zhì)的同時(shí)也開始在意身體素質(zhì)。運(yùn)動(dòng)就成了人們追求健康的首選方式，而運(yùn)動(dòng)器材是運(yùn)動(dòng)的主要工具，因此，運(yùn)動(dòng)器材的質(zhì)量也備受人們關(guān)注。因此，運(yùn)動(dòng)器材的發(fā)展將得到很大的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，新型材料的不斷出現(xiàn)，體育運(yùn)動(dòng)材料的種類也越來越多，其中石墨烯鎂基復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等憑借其特有的優(yōu)勢開始在體育運(yùn)動(dòng)材料里被使用。其中碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)量輕和強(qiáng)度高等特點(diǎn)在羽毛球拍中被廣泛應(yīng)用，文中闡述了何為碳纖維復(fù)合材料以及其具有的優(yōu)勢，分析了其在羽毛球拍中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)等。

關(guān)鍵詞：羽毛球拍;碳纖維復(fù)合材料;力學(xué)性能

中圖分類號：TQ327.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2020）10-0075-03

Abstract： With the development of science and technology and economic level， people's living standard has gradually improved. People pay attention to the quality of life and physical quality at the same time. Sports has become the first choice for people to pursue health， and sports equipment is the main tool of sports， so the quality of sports equipment is also concerned by people. Therefore， the development of sports equipment will be greatly developed. With the development of science and technology， the emergence of new materials， more and more kinds of sports materials， including graphene magnesium matrix composite materials， carbon fiber composite materials with its unique advantages began to be used in sports materials. Carbon fiber composite is widely used in badminton racket because of its light weight and high strength. This paper describes what is carbon fiber composite and its advantages， and analyzes its advantages in badminton racket.

Key words：badminton racket;carbon fiber composite;mechanical properties

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們的生活水平也逐步提高，人們在注重生活品質(zhì)的同時(shí)也開始在意身體素質(zhì)，想要追求更高品質(zhì)的生活。而運(yùn)動(dòng)就成為大多數(shù)人的首選，運(yùn)動(dòng)器材在其中也起著舉足輕重的作用，而且體育器材也是影響競技運(yùn)動(dòng)員體育成績的重要因素之一。因此，體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域的發(fā)展很重要[1]，新型材料的出現(xiàn)和應(yīng)用為體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域提供了新的動(dòng)力和基礎(chǔ)，新型材料具有的特殊性能在體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域占有不可替代的位置。碳纖維復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展對體育器械材料領(lǐng)域來說至關(guān)重要，其將會為體育運(yùn)動(dòng)材料行業(yè)帶來巨大的發(fā)展。

1 概述

1.1 碳纖維復(fù)合材料

炭纖維復(fù)合材料是一種兩相復(fù)合材料，是由有機(jī)纖維轉(zhuǎn)化而成，其具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)還具備碳材料的原本特性，屬于一種新型增強(qiáng)纖維。碳纖維復(fù)合材料是一種特種纖維，由碳元素組成的其含碳量由種類決定，一般都不低于91.8%，而且其具有碳元素的基本特征，同時(shí)又在某些方面高于普通碳元素，可以在多領(lǐng)域應(yīng)用[2]。因此，碳纖維復(fù)合材料是一種具有碳元素基本特性的材料，同時(shí)還具有其不具備的特殊優(yōu)良性能，其應(yīng)用范圍比普通碳元素較為廣泛。

1.2 炭纖維復(fù)合材料的性能

碳纖維復(fù)合材料具有碳元素的基本特征，同時(shí)又在某些方面高于普通碳元素（如結(jié)構(gòu)和性能）如圖1所示為碳纖維復(fù)合材料特殊性能。

1）碳纖維復(fù)合材料具有力學(xué)性能高的特性。比較適用于那些要求質(zhì)量輕的體育器材中，其在降低自重的同時(shí)還提高了力學(xué)性能。如表1所示為碳纖維復(fù)合材料與其他傳統(tǒng)金屬材料的力學(xué)性能對比參數(shù)，由此可以看出，碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料相比，具有質(zhì)量輕和強(qiáng)度大的特點(diǎn)[3]。

2）碳纖維復(fù)合材料具有減震性好的特性。

3）碳纖維復(fù)合材料安全等級高。碳纖維復(fù)合材料是一種復(fù)合型材料，從表1可以看出，其與傳統(tǒng)金屬材料相比在強(qiáng)度和抗擊性能上都比較優(yōu)越。因此，其不會輕易脆斷，強(qiáng)度高，安全性好[4]。

4）碳纖維復(fù)合材料的機(jī)構(gòu)可自行設(shè)計(jì)。

處理以上4種特殊優(yōu)異性能之后，碳纖維復(fù)合材料還具有使用壽命長和環(huán)保性良好的特征。因此，其作為體育運(yùn)動(dòng)器材材料是較好的選擇，可以提升體育器材的各項(xiàng)性能。

2 羽毛球拍的發(fā)展史

2.1 羽毛球拍應(yīng)用材料的發(fā)展

羽毛球運(yùn)動(dòng)發(fā)展歷史悠久，作為其活動(dòng)的基礎(chǔ)，羽毛球拍的發(fā)展也經(jīng)歷了漫長的過程。其從最原始的木質(zhì)材料發(fā)展為新型碳材料。如圖2所示為羽毛球拍的材料發(fā)展史。

現(xiàn)在的碳材料球拍多為中控結(jié)構(gòu)，外框架主要使用Resin based reinforced carbon fiber、Carbon nanotube reinforced resin或者M(jìn)ultilayer graphene reinforced resin，其中樹脂類型主要為Bisphenol A epoxy resin，框架內(nèi)填充Foamed polyolefin material，這樣利用各種材料獨(dú)有的特性來制作球拍[5]，可以使其在質(zhì)量輕的同時(shí)更有韌性和彈性，而且球桿和球柄的材料使用也是類似的?，F(xiàn)階段的羽毛球拍基本都在使用化工新材料了，如上圖3所示。

2.2 性能上的發(fā)展與改善

羽毛球拍不僅經(jīng)歷了材料的變化，同時(shí)還經(jīng)歷了性能的改變，如表2所示為羽毛球拍發(fā)展歷程以及性能改善。其中表示為重量單位，1u=95g，2u=90g，3u=80g，1pound=4.45N。

3 碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢

3.1 質(zhì)量輕

對于有些運(yùn)動(dòng)器材來說具有特殊的質(zhì)量要求（如舉重類的），其他大部分器材還是輕便一些比較好，其可以促進(jìn)運(yùn)動(dòng)員得到更好的成績。一般運(yùn)動(dòng)都在追求速度、距離等，因此，運(yùn)動(dòng)器械的重量將在其中發(fā)揮重要的作用[6]。之前，在科技發(fā)展的時(shí)期，體育器材大多使用比較自然的材料如金屬、木材等，就是我們所說的傳統(tǒng)體育器材。而在科技迅速發(fā)展的今天，各種新型材料的問世，無疑為體育運(yùn)動(dòng)器械領(lǐng)域帶來了新原料。其中碳纖維復(fù)合材料相比傳統(tǒng)的制作球拍類材料，其具有質(zhì)量輕、密度小等特征，更適用于器材制造。

3.2 結(jié)構(gòu)可自行設(shè)計(jì)

炭纖維復(fù)合材料是一種兩相復(fù)合材料，是由有機(jī)纖維轉(zhuǎn)化而成，其具有碳元素的基本特征，同時(shí)又在某些方面高于普通碳元素。碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝可以進(jìn)行改變，隨著體育器材的不同可以做出變化，與其他材料相比其的加工設(shè)計(jì)沒有局限性，其結(jié)構(gòu)可以自行設(shè)計(jì)，可以隨著各種器械的需求進(jìn)行改變。而且，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越，成本比其他傳統(tǒng)的材料比較相對低，而且具有環(huán)保性能。因此，碳纖維復(fù)合材料憑借其特殊的性能在體育器材領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，其將在體育器材領(lǐng)域和其他各領(lǐng)域逐漸被得到重用和發(fā)展[7]。

4 碳纖維復(fù)合材料在羽毛球拍中的案例分析

4.1 案例分析

碳纖維復(fù)合材料在球拍類器械中應(yīng)用廣泛，例如羽毛球拍、網(wǎng)球拍等。以羽毛球?yàn)槔?，從結(jié)構(gòu)上來劃分，其分為拍面和拍柄。其中拍面需要具有較好的延展性、減震性能和抗沖擊性能，因其在運(yùn)動(dòng)氣的作用是需要控制球的運(yùn)動(dòng)軌跡和擊打運(yùn)動(dòng)中的球;而拍柄是手持的部分與拍面充當(dāng)?shù)奈恢貌煌?，其需要具有防滑性（手在運(yùn)動(dòng)中容易出汗）和摩擦力，防止球拍脫落。碳纖維復(fù)合材料具有的減震性良好，可以幫助運(yùn)動(dòng)員提高穩(wěn)定性，減少震動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)員在使用球拍拍打球時(shí)更加穩(wěn)定[8]，還可以減少自身的不適感，從而幫助運(yùn)動(dòng)員提高運(yùn)動(dòng)成績。

4.2 發(fā)展與展望

炭纖維復(fù)合材料是一種兩相復(fù)合材料，是由有機(jī)纖維轉(zhuǎn)化而成，其具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)還具備碳材料的原本特性，屬于一種新型增強(qiáng)纖維。因其具有特殊的性能，在體育運(yùn)動(dòng)器材領(lǐng)域發(fā)揮著不和替代的作用而被廣泛的應(yīng)用[9]。早在上世紀(jì)七十年代，日本就開始在羽毛球拍中使用碳纖維材料，而后美國則開始使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行球拍生產(chǎn)制造，其開啟了碳纖維復(fù)合材料在球拍界使用的先河。隨著科技的不斷發(fā)展，各國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技實(shí)力逐步上升，對新型的化工材料研制相對容易。越來越多的國家開始講碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到球拍類器械中和更多的體育器械制造中。碳纖維復(fù)合材料憑借其特殊的性能，在體育器械領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)給體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域帶來了新鮮的血液，其具有的特殊性能在體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。碳纖維復(fù)合材料是一種綜合性材料，其具有優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。對于不同的體育器械其可以發(fā)揮不同的作用，在羽毛球拍中其的輕便性和抗震性為羽毛球拍帶來很大的改變[10]，同時(shí)也間接提高了運(yùn)動(dòng)員的成績。隨著科技和體育運(yùn)動(dòng)的不斷發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料也將會逐步得到重用，同時(shí)體育器材也將會向智能化發(fā)展，碳纖維在體育運(yùn)動(dòng)材料中的應(yīng)用也將會逐漸提升。

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