碳纤维管应用于体育休闲领域
碳纤维管在体育休闲领域早应用于高尔夫球杆和钓鱼竿,这也是早推动碳纤维发展的消费渠道之一。 早在十几年前,碳纤维应用于高尔夫球杆上的消耗量就占全世界的十分之一, 而近年来,网球拍、羽羽球拍、冰球杆、自行车、运动护具等体育用品也越来越多的使用到碳纤维材料。碳纤维管制成的高尔夫球杆净重仅为50g左右,而同样规格的钢制杆身重量高达120g以上。碳纤维管在减轻重的同时,让球杆获得更好的弹性与韧性,并且在运动中震感更小和平衡感更好 ,带给使用者的舒适程度更高。又如碳纤维管制作的自行车,外形美观具有现代科技感,尤其是其重量轻、承重能力好等特点,适合驴外运动,深受户外骑行者的喜爱。
这类用品中的碳纤维管能有效优化使用者的体验度,更轻质量的材质可以减少使用者的体力消耗,增加运动过程的愉悦性。更强的材质还能减少器材弯曲变形的可能性,延长器材的使用寿命。碳纤维在体育休闲领域的应用技术相对成熟,因此碳纤维在该领域的需求量呈稳定增长的趋势。
碳纤维复合材料拥有高比强度和比模星,碳纤维复合材料的比强度和比模量是杉木的4倍和3倍,梧桐木的3.4倍和4.4倍、钢材的7倍和3倍,参数使其壳制作强而刚的各种制品。碳纤维结构十分稳定,在经过一系列的疲劳试验后,其强度的保留率还能够保持60% ,而钢材为40% ,铝合金为30% ,这样就使得体育器材的使用寿命更长。不仅力学性能优良,其减重效果也十分明显,密度仅有1.7g/cm3。
碳纤维复合材料的热膨胀系数小,在室温条件下为负值, 200-400°C为零,低于1000°C时也是微乎其微,能够保证尺寸的稳定性。碳纤维复合材料兼具纺织纤维的柔软性和可加工性,其设计自由度大,碳纤维显著的一一个特点就是具有各向异性,通过改变纤维的铺叠方向和方式,能够增强在某一方向的受力。
充分利用碳纤维复合材料的性能优势,可以提升诸多体育项目的成绩。现在许多体育器材都运用到了碳纤维,像撑竿,碳纤维撑竿能够有效减轻重量、柔韧结实。在1972年美国就采用了碳纤维复合材料制作高尔夫球杆,碳纤维复合材料具有高阻尼的特性,可使击球时间延长,球击的更远。还有上的平衡杆、自行车配件都采用到了碳纤维复合材料。
碳纤维是将聚碳化、预氧化得到的，含碳高,在90%以上,不仅具有碳元素固有的特性,还有这纤维的柔软可加工性。芳纶纤维即芳香族聚酞胺纤维，是以芳 香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的,强度高,有着良好的抗冲击和耐疲劳性。碳纤维和芳纶都属于新兴材料,在国民经济的发展中起重要的作用,两者相比,哪个更胜一筹呢 ?
性能方面:相同的是,它们都耐高温、耐腐蚀、强度高、重星轻。同的是,碳纤维导电性能好,芳纶却是绝缘材料。碳纤维的强度高,但脆
性大,结构破坏前没有任何预兆, 一旦碎裂,往往需要更换整个部件。芳纶的破坏属于” 塑性”破坏,修复相对容易些。
应用方面:它们在民用工业和工业中都有应有。芳纶的应用形式有缠绕、UD、 织物,具体可以制造成发动机壳体、装甲、飞机构件、用核心部件、建筑增强材料。碳纤维材料一般不单独使用 ,而是和树脂结合制成增强复合材料,具体使用有汽车配件、高铁结构件、机械手、CT板、传动轴、体育用品等。
供求方面:碳纤维和芳纶的需求量每年都在上涨, 2015年碳纤维在体育休闲、航空航天、工业领域的用量分别为14830t、15460t. 52800t
碳纤维表面处理的目的主要是为了防止弱界面层的生产,并粗产生适合粘结的表面形态,改善树脂和增强材料的亲和力。碳纤维表面处理的方法-般分为氧化处理和非氧化处理，氧化处理的原理 是引入极性基团并消除弱性界面,非氧化处理的原理是沉积更活泼的碳和其他物质。
一.氧化法
气相氧化法:气相氧化是利用氧化性气体来氧化纤维表面,从而引入极性基团,并给与适宜的粗糙度来提高复合材料的剪切强度。
液相氧化法:液相氧化法主要是将碳纤维浸入到某种氧化性溶液中,通过氧化剂来氧化刻蚀碳纤维表面。使碳纤维表面所含的各种含痒极性基团和沟壑增多,有利于提高碳纤维和树脂之间界面的结合力。
气液双效氧化法:气液双效氧化法是指先用液相涂层,后用气相氧化,使碳纤维的自身抗拉强度及其复合材料的层间剪切度均得到提高。
电化学氧化法:电化学氧化法就是指的阳极电解氧化法。由于增加了大量的含痒官能团和含氮官能团,提高了碳纤维和环氧树脂的浸润性和反应性,有利于改善碳纤维复合材料的力学性能。
二、非氧化法
气相沉积法:气相沉积法是在碳纤维和树脂的界面引入活性炭的塑性界面区来松弛应力,从而提高了复合材料的界面性能。
电聚合法:电聚合法是在电场力的作用下使含有活性基团的单位在碳纤维的表面聚合成膜,以改善其表面形态和组成。
-偶联剂涂层法:偶联剂层法所采用的偶联剂为双性分子,它的官能团分别与碳纤维表面和树脂反应生成化学键,起到了化学媒介的作用, 将二者牢固的连在一起,从而提高了界面的强度。
聚合物涂层法:碳纤维表面涂覆聚铝氧烷,经过高温热处理后,碳纤维表面生成氧化铝涂层,使其性能得到提高,可与金属复合制取碳纤维增强金属基复合材料。
晶须生长法:生产晶须的过程包括成核过程以及在碳纤维表面生长非常细的高强度化合物单晶的过程。
等离子法:等离子体法主要是通过等离子体撞击碳纤维表面， 从而刻蚀碳纤维表层， 使其表面的粗糙度增加， 表面积也相应增加。
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