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碳纖維復材用于體育器材的優勢


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1、質量輕

像撐竿、高爾夫球桿、網球拍、自行車、滑雪板、皮劃艇等靠人力來使其運動的體育器材,人們希望其質量越輕越好;即使是靠人力以外的其他動力來使其運動的器材,如賽車、帆船、摩托艇等,在相同的條件下也以質輕為好。碳纖維復合材料在此方面具有不可比擬的優勢,其密度為1.76一1.80 g/cm3,所制復合材料密度為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,碳纖維復合材料要比金屬材料輕得多。


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2、高比強度和高模量

纖維復合材料強度(單位質量的強度)和模量(單位質量的模量)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。突出的強度、模量,使其可用來制造輕而強和剛而堅的各種制品,特別適合于制作體育器材。


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3、疲勞強度大

碳纖維結構穩定,在其制成復合材料經過百萬次循環應力疲勞試驗后,其強度保留率仍可達60%,而鋼材為40%,鋁材為30%。耐疲勞強度高,使得體育器材的使用壽命更長。


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4、熱膨脹系數小

碳纖維的熱膨脹系數在室溫時幾乎為負值,當溫度為200~400℃時,其熱膨脹系數為零;當溫度低于1 000℃時,其線膨脹系數為1.5×10曲K。


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5、破損安全性能好

在碳纖維復合材料中,由于基體的作用,在沿纖維方向受拉時,各纖維的應變基本相同。已斷裂的纖維由于基體傳遞應力的結果,除斷口處不發揮作用外,其余絕大部分纖維依舊發揮作用。個別纖維的斷裂不會引起連鎖反應和災難性的急劇破壞,因而破損安全性能很好。


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6、阻尼性能好

碳纖維復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,在振動過程中,黏彈性和摩擦力使一部分動能轉換為熱能。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。


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7、設計自由度大

復合材料成型技術的發展使得設計自由度大大提高。纖維復合材料的一個顯著特點是各向異性,通過改變纖維的鋪疊方向和方式,局部增強或增強某一方向的受力狀況;可根據選手的年齡、性別、技藝水平、體力強弱等不同情況加以設計,發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現的。

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