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碳纤维复材用于体育器材的优势


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1、质量轻

像撑竿、高尔夫球杆、网球拍、自行车、滑雪板、皮划艇等靠人力来使其运动的体育器材,人们希望其质量越轻越好;即使是靠人力以外的其他动力来使其运动的器材,如赛车、帆船、摩托艇等,在相同的条件下也以质轻为好。碳纤维复合材料在此方面具有不可比拟的优势,其密度为1.76一1.80 g/cm3,所制复合材料密度为1.50~1.60 g/cm3,而钢材约为7.87 g/cm3、铝材2.7 g/cm3、钛材4.5 g/cm3。显然,碳纤维复合材料要比金属材料轻得多。


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2、高比强度和高模量

碳纤维复合材料的强度(单位质量的强度)和模量(单位质量的模量)分别是杉木的4倍和3倍、梧桐木的3.4倍和4.4倍、钢材的7~1 2倍和3—5倍。突出的强度、模量,使其可用来制造轻而强和刚而坚的各种制品,特别适合于制作体育器材。


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3、疲劳强度大

碳纤维结构稳定,在其制成复合材料经过百万次循环应力疲劳试验后,其强度保留率仍可达60%,而钢材为40%,铝材为30%。耐疲劳强度高,使得体育器材的使用寿命更长。


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4、热膨胀系数小

碳纤维的热膨胀系数在室温时几乎为负值,当温度为200~400℃时,其热膨胀系数为零;当温度低于1 000℃时,其线膨胀系数为1.5×10曲K。


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5、破损安全性能好

在碳纤维复合材料中,由于基体的作用,在沿纤维方向受拉时,各纤维的应变基本相同。已断裂的纤维由于基体传递应力的结果,除断口处不发挥作用外,其余绝大部分纤维依旧发挥作用。个别纤维的断裂不会引起连锁反应和灾难性的急剧破坏,因而破损安全性能很好。


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6、阻尼性能好

碳纤维复合材料的聚合物基体具有黏弹性,在基体中和界面上有微裂纹和脱黏的地方还存在着摩擦力,在振动过程中,黏弹性和摩擦力使一部分动能转换为热能。因此,其阻尼比钢和铝合金大,若采用特定措施还可以使阻尼增大。


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7、设计自由度大

复合材料成型技术的发展使得设计自由度大大提高。纤维复合材料的一个显着特点是各向异性,通过改变纤维的铺叠方向和方式,局部增强或增强某一方向的受力状况;可根据选手的年龄、性别、技艺水平、体力强弱等不同情况加以设计,发挥体育器材的使用效果,这是一般各向同性的金属材料难以实现的。

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