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碳纖維復(fù)材用于體育器材的優(yōu)勢(shì)

1、質(zhì)量輕

像撐竿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車、滑雪板、皮劃艇等靠人力來使其運(yùn)動(dòng)的體育器材，人們希望其質(zhì)量越輕越好；即使是靠人力以外的其他動(dòng)力來使其運(yùn)動(dòng)的器材，如賽車、帆船、摩托艇等，在相同的條件下也以質(zhì)輕為好。碳纖維復(fù)合材料在此方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，其密度為1．76一1．80 g／cm3，所制復(fù)合材料密度為1．50～1．60 g／cm3，而鋼材約為7．87 g／cm3、鋁材2．7 g／cm3、鈦材4．5 g／cm3。顯然，碳纖維復(fù)合材料要比金屬材料輕得多。

2、高比強(qiáng)度和高比模量

碳纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度(單位質(zhì)量的強(qiáng)度)和比模量(單位質(zhì)量的模量)分別是杉木的4倍和3倍、梧桐木的3．4倍和4．4倍、鋼材的7～1 2倍和3—5倍。突出的強(qiáng)度、模量，使其可用來制造輕而強(qiáng)和剛而堅(jiān)的各種制品，特別適合于制作體育器材。

3、疲勞強(qiáng)度大

碳纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在其制成復(fù)合材料經(jīng)過百萬(wàn)次循環(huán)應(yīng)力疲勞試驗(yàn)后，其強(qiáng)度保留率仍可達(dá)60％，而鋼材為40％，鋁材為30％。耐疲勞強(qiáng)度高，使得體育器材的使用壽命更長(zhǎng)。

4、熱膨脹系數(shù)小

碳纖維的熱膨脹系數(shù)在室溫時(shí)幾乎為負(fù)值，當(dāng)溫度為200～400℃時(shí)，其熱膨脹系數(shù)為零；當(dāng)溫度低于1 000℃時(shí)，其線膨脹系數(shù)為1.5×10曲K。

5、破損安全性能好

在碳纖維復(fù)合材料中，由于基體的作用，在沿纖維方向受拉時(shí)，各纖維的應(yīng)變基本相同。已斷裂的纖維由于基體傳遞應(yīng)力的結(jié)果，除斷口處不發(fā)揮作用外，其余絕大部分纖維依舊發(fā)揮作用。個(gè)別纖維的斷裂不會(huì)引起連鎖反應(yīng)和災(zāi)難性的急劇破壞，因而破損安全性能很好。

6、阻尼性能好

碳纖維復(fù)合材料的聚合物基體具有黏彈性，在基體中和界面上有微裂紋和脫黏的地方還存在著摩擦力，在振動(dòng)過程中，黏彈性和摩擦力使一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能。因此，其阻尼比鋼和鋁合金大，若采用特定措施還可以使阻尼增大。

7、設(shè)計(jì)自由度大

復(fù)合材料成型技術(shù)的發(fā)展使得設(shè)計(jì)自由度大大提高。纖維復(fù)合材料的一個(gè)顯著特點(diǎn)是各向異性，通過改變纖維的鋪疊方向和方式，局部增強(qiáng)或增強(qiáng)某一方向的受力狀況；可根據(jù)選手的年齡、性別、技藝水平、體力強(qiáng)弱等不同情況加以設(shè)計(jì)，發(fā)揮體育器材的使用效果，這是一般各向同性的金屬材料難以實(shí)現(xiàn)的。