基于CFRP材料在體育器材上的應(yīng)用與設(shè)計研究

潘超

（湖南大眾傳媒職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 長沙 410100）

引言

祖國不斷地繁榮發(fā)展，賦予了人們生活的更多可能性。健康生活成為了人們?nèi)粘Ｉ钏蛲臓顟B(tài)，所以體育器材及運(yùn)動場所成為了人們生活的一部分。CFRP材料能夠幫助提升體育器材的整體性能，并運(yùn)用于多個體育項目當(dāng)中。

1、CFRP 材料

現(xiàn)階段的體育運(yùn)動很多項目已經(jīng)離不開運(yùn)動器械，雖然只起到輔助功能。運(yùn)動器材成為了運(yùn)動項目的載體，為后續(xù)的現(xiàn)代體育發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。為了讓運(yùn)用器械達(dá)到高水準(zhǔn)、高質(zhì)量的要求，就要關(guān)注其制造生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，要不斷地尋找出適宜的現(xiàn)代化材料，并合理運(yùn)用新型材料作為生產(chǎn)原料，進(jìn)一步為體育事業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

通過相關(guān)工作人員的不斷探索，最終選擇了CFRP材料作為體育器材的材料。CFRP材料的實際運(yùn)用，符合了時代發(fā)展的需要。CFRP材料又被稱為碳纖維復(fù)合材料，主要是將碳纖維、樹脂、金屬等多元化的元素按照一定比例進(jìn)行融合，最終融合出來的材料統(tǒng)稱為碳纖維復(fù)合材料。這種材料相比較其他運(yùn)用于實際的材料，強(qiáng)度更強(qiáng)、綜合指標(biāo)更優(yōu)質(zhì)。CFRP材料的強(qiáng)度與鋼鐵強(qiáng)度的5倍相同，但是又比5倍的鋼鐵輕的多，CFRP材料的出現(xiàn)證明了現(xiàn)代化化學(xué)工業(yè)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。它還有耐熱性、耐磨性、能受力等優(yōu)勢，所以被選用在體育器材的生產(chǎn)當(dāng)中。通過加入這個材料，能大大提升體育器材的舒適程度，全面發(fā)揮其優(yōu)質(zhì)性能，但也有小部分缺陷的。為了能發(fā)揮其最大價值，生產(chǎn)工藝技術(shù)和手段也在不斷提高。隨著人們重視健康和運(yùn)動，現(xiàn)階段的體育項目種類層出不窮，朝著全民化的方面發(fā)展。為了滿足人們對于體育器械的要求，其生產(chǎn)行業(yè)要不斷地發(fā)展。

2、當(dāng)前體育項目對于運(yùn)動器材的需求

為了能夠順利的開展體育活動，就要有優(yōu)質(zhì)的體育運(yùn)動器材，它是能夠協(xié)助提升體育運(yùn)動水平的載體。對于現(xiàn)階段的人們來說，體育運(yùn)動不再是一種活動行為，而是一種健康的生活方式。不斷地參加體育活動，除了能讓身體逐漸健康，還能幫助人們建立起積極向上、奮勇向前的生活態(tài)度。人們對于體育生活的熱情不斷，那么對于體育設(shè)施、與活動場所等相關(guān)事物都會有所期望。

首先，在體育器材生產(chǎn)環(huán)節(jié)要符合人們的實際需求。要根據(jù)具體的體育項目及其器材要求開展生產(chǎn)活動。要滿足人們豐富體育生活的要求，不斷完善與體育項目同步的體育器材?，F(xiàn)階段人們生活中出現(xiàn)的體育項目越來越多，因此需要優(yōu)化體育器材生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在實際需求的基礎(chǔ)上做出調(diào)整。然后，要隨整體變化而變化。體育活動的發(fā)展，使得競技水準(zhǔn)也隨之提升?，F(xiàn)階段最為明顯的就是人們已經(jīng)可以通過使用基礎(chǔ)性的體育器材實現(xiàn)身體素質(zhì)的提升，每個人的體能都增強(qiáng)，對于整個體育界來說，大大提升了相關(guān)項目的競技水平。為了更好地提升運(yùn)動競技水平，還要不斷地優(yōu)化和發(fā)展體育器材，不斷滿足體育行業(yè)的發(fā)展需求。最終，在體育器材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要注重材料的選擇，既要考慮體育項目的實際情況。還要考慮器械與運(yùn)動的有機(jī)統(tǒng)一。如今，在國內(nèi)已經(jīng)掀起了一陣又一陣的全員運(yùn)動風(fēng)潮，體育項目也逐步被細(xì)化，因此要充分結(jié)合現(xiàn)代化的體育運(yùn)動要求，制造出適用于所有年齡階段使用的體育器械。

3、CFRP材料在體育器材上的應(yīng)用與設(shè)計

3.1、在體育器材中運(yùn)用CFRP材料的優(yōu)勢

（1）質(zhì)量輕。

除了像舉重這類有著重量要求的體育運(yùn)動項目外，普遍都要求運(yùn)動器材的質(zhì)量要輕盈，不要在設(shè)備上浪費多余的力氣。所運(yùn)用的體育器材質(zhì)量約輕，越能發(fā)揮出使用人員的運(yùn)動能力。現(xiàn)階段人們常接觸的體育項目，多數(shù)都是以人力或者自然動力為主要源動力，這類型的運(yùn)動都是以速度、距離來計算成績的，質(zhì)量越輕的設(shè)備受到的阻力也會越少，所以CFRP材料成為了人們喜愛的體育器材原材料之一。在沒有這種材料之前，體育器材多用金屬、木料等物質(zhì)作為生產(chǎn)原料。與傳統(tǒng)相比，CFRP材料與相同體積的材料來說，密度更細(xì)膩，質(zhì)量更輕巧的特點。

（2）性能好。

體育器材作為直接輔助運(yùn)動員發(fā)揮其能力的主要物體，有著高強(qiáng)度、韌性好的要求。這類特點屬于機(jī)械性能，部分體育項目的成績直接受體育器材機(jī)械性能的影響。常見的體育項目有跳高，超出人類自然力跳起的高度，就需要借用到桿子，俗稱撐桿跳。對于這種體育與項目來說，桿就是重中之重。高強(qiáng)度、韌性好還有抗震優(yōu)勢的桿子能夠起到良好的輔助功能。撐桿體育器材的演變就是從木桿、竹竿、金屬桿再到現(xiàn)在的纖維材質(zhì)，都是因為使用者提出了更多的要求，促使其不斷發(fā)展。尤其使用纖維材質(zhì)的桿，運(yùn)動員的成績更優(yōu)異。

（3）可設(shè)計性高，經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

CFRP材質(zhì)是通過人工合成而產(chǎn)生的新型材料，人們對于體育器材的期望成為了推動這種材料工藝生產(chǎn)發(fā)展優(yōu)化的動力。人工復(fù)合材料與天然型的材料相比在進(jìn)行加工設(shè)計工程時都容易了很多。生產(chǎn)工藝不斷優(yōu)化更新，對于CFRP材料的設(shè)計和加工工程就更簡單。對于各種各樣的要求都能夠滿足。隨著大批量的生產(chǎn)都開始使用CFRP材料，使得投入成本逐漸減少，給相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)收益。CFRP材料相比其他材料來說，有著保護(hù)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢，其自身就是環(huán)保材料，也可以重復(fù)利用，大大減少了資源浪費的情況出現(xiàn)。

3.2、CFRP材料運(yùn)用于體育產(chǎn)品的成型技術(shù)

CFRP材料有著獨特的特質(zhì)使其具有加工性、設(shè)計性，這類型的優(yōu)勢主要是為了滿足不同人的需要。在使用CFRP材料時，一般都是一次就能展現(xiàn)超出整體成型，不需要其他配對型的工藝，從根本上減少了資源浪費的情況。隨著國內(nèi)加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段的體育器材的成型技術(shù)主要有四種類型。

（1）模壓成型工藝。

模壓成型工藝主要是通過將CFRP材料保存在一個密閉型的模腔中，而后采用高溫高壓的技術(shù)讓其形成固態(tài)的模樣，最終形成所要制作出的產(chǎn)品。按壓時運(yùn)用到模具有陰和陽兩部分構(gòu)成，主要的增強(qiáng)材料是短切纖維和連續(xù)纖維織物。這種工藝能夠確保體育設(shè)備的精準(zhǔn)性，有著供重復(fù)利用的優(yōu)勢，因此在進(jìn)行大批量的生產(chǎn)工藝中使用，但模壓成型的工藝前期的資金投入較多，而且對生產(chǎn)環(huán)境也有要求。

（2）拉擠成型。

拉擠成型工藝，主要的生產(chǎn)動力是要靠外界的牽引力，而后經(jīng)歷浸膠、擠壓等道道關(guān)卡，最終制造出形狀百態(tài)的線性制品。這項技術(shù)可將CFRP材料平整放置，在制作時能大大提高材料的強(qiáng)度。拉擠工藝制造出的體育器材有著輕盈耐用的優(yōu)勢，被運(yùn)用于制作弓箭器材、魚竿、滑雪桿等體育器材。

（3）纏繞成型。

想要運(yùn)用纏繞成型的工藝，需要在專業(yè)的纏繞機(jī)上進(jìn)行。而后把相關(guān)材料有規(guī)劃的纏繞在機(jī)器上，經(jīng)過固化、去芯片等手段最終制作出產(chǎn)品。這種工藝常運(yùn)用于以圓形圖案為中心的體育器材的制造當(dāng)中，少部分精細(xì)化的器材也可采取這類方式。這種方式由于是機(jī)械化的工藝，所以不適用于制造凹凸不平的器械。

（4）樹脂傳遞模塑。

樹脂傳遞模塑技術(shù)也是要將原材料放置于密封性較好的裝置當(dāng)中，利用壓力將液態(tài)樹脂植入到模具裝置當(dāng)中之后再脫模，就可獲得成品。與之技術(shù)相匹配運(yùn)用的還有RTM技術(shù)，一定程度上能夠減少工藝難度，從而制作出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。也同樣對生產(chǎn)現(xiàn)場有著較高要求，一般用于制造增強(qiáng)局部零件當(dāng)中。

3.3、CFRP材料在體育器材上的應(yīng)用及設(shè)計效益

（1）應(yīng)用及影響。

CFRP材料及其工藝手段的合理利用，不僅推動了現(xiàn)代化體育器械的發(fā)展，更對體育運(yùn)動項目有著促進(jìn)作用。在實際多運(yùn)用CFRP材料的階段，也不能完全隨心隨意，還是要按照相關(guān)的注意事項、使用原則開展工作，從而發(fā)揮出CFRP材料的最大優(yōu)勢。

（2）運(yùn)用原則分析。

體育運(yùn)動的機(jī)械材料能否合理運(yùn)用，會對體育運(yùn)動的競技水平狀況造成影響。在實際的體育器材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中，品質(zhì)的好壞絕大程度上依靠著材料及工藝技術(shù)的好壞來決定。在選擇生產(chǎn)原材料的時候，將不同種類的碳纖維復(fù)合材料混合使用，得到的使用效果會是最好的。隨著碳纖維復(fù)合材料的普及化運(yùn)用，要適當(dāng)?shù)膶ο嚓P(guān)工作起到約束作用。首先就是始終貫徹于體育運(yùn)動協(xié)調(diào)發(fā)展的觀念，按照器械要求形成制造標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理的運(yùn)用材料。而后在運(yùn)用CFRP材料時，除了要關(guān)注其自帶的優(yōu)勢外，還要注重其適用性、實用性、衛(wèi)生性等特點，依照器械的需要合理的運(yùn)用每一種優(yōu)勢，從而發(fā)揮其最大價值。最后，就是要加大其自然環(huán)境效益，起到環(huán)保的作用，不斷的擴(kuò)大CFRP材料在各樣格式的體育器械中的使用范圍。

（3）應(yīng)用要求分析。

將CFRP材料運(yùn)用在體育器材的生產(chǎn)當(dāng)中，解決了原有材料出現(xiàn)的問題，不斷豐富其鑄造的材料品質(zhì)。在實際的使用范圍內(nèi)能夠發(fā)現(xiàn)，CFRP材料已經(jīng)存在于我們的生活當(dāng)中。推動著體育用品的樣式、種類向著多元化的方向發(fā)展，不斷豐富著體育器械的內(nèi)涵。在體育器材中使用這類材料，推動生產(chǎn)領(lǐng)域的創(chuàng)新、研發(fā)工作的進(jìn)程，不斷完善器械的性能。為體育器械行業(yè)后續(xù)的研究工作提供了堅實的基礎(chǔ)。

（4）影響分析。

隨著CFRP材料的普及，它成為了現(xiàn)代體育活動器材中必不可少的原材料。同樣CFRP材料的主要應(yīng)用范圍也以體育設(shè)施為主。隨著體育活動、項目的發(fā)展逐漸趨于成熟，想要滿足體育行業(yè)的發(fā)展需要，就不得不制造出使用性能更好的器材。在制作的過程中要充分考慮使用者的真實需求，讓使用者真正能靈活使用，從而才能保證給使用者帶來的體驗感受是良好的。CFRP材料在現(xiàn)階段雖已經(jīng)滿足了大部分的需求，但人們對它的期望不會停止，相關(guān)行業(yè)不能安于現(xiàn)狀，要不斷地突破自我，積極主動的尋找出更便捷、更實用的制作材料和制作工藝。

3.4、具體運(yùn)用舉例

（1）滑雪板應(yīng)用。

想要制造出使用者滿意的滑雪板，就要制造出質(zhì)量輕盈、減震功能好、耐摔且使用壽命長的滑雪板。傳統(tǒng)的滑雪板選擇的是以木頭、金屬為主要制造材料，這種類型制造出的滑雪板，容易出現(xiàn)由于外界碰撞或者自身化學(xué)性能不穩(wěn)定原因從而造成變形問題而CFRP材料的運(yùn)用，就完全解決了這一問題。大大增強(qiáng)了滑雪板的韌性，能夠保障滑雪板在任何雪質(zhì)中都不會變形，而且極易維護(hù)。

（2）高爾夫球桿應(yīng)用。

CFRP材料最先運(yùn)用于高爾夫球桿是在1972年的美國實現(xiàn)的，CFRP材料相比于同體積的頭棒會更重一些，能夠提升高爾夫球的初始速度，能夠保證高爾夫球在空中平穩(wěn)前進(jìn)。我國現(xiàn)階段較為高等的高爾夫球桿所采用的材料都是CFRP材料，充分發(fā)揮其密度小、強(qiáng)度高等優(yōu)勢，從而提高了使用者的感受。在傳統(tǒng)球桿和新型球桿中，用同樣的力度去打擊高爾夫球，能夠明顯的看出，CFRP材料的高爾夫球桿擊打出的高爾夫球，速度更快，飛行距離更遠(yuǎn)。

4、結(jié)語

CFRP材料在體育器械的生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用，能夠制造出更優(yōu)質(zhì)的體育用品。由于CFRP材料的優(yōu)勢，推動現(xiàn)代競技體育的發(fā)展，滿足人們生活的發(fā)展需求，在未來的體育器械的發(fā)展當(dāng)中一定會成為主流。