體育器材生產(chǎn)中碳材料的應(yīng)用方法獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

體育器材生產(chǎn)中碳材料的應(yīng)用方法獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】碳材料有著優(yōu)異的性能，當(dāng)前已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在了多個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)制造中。在碳纖維與復(fù)合材料研發(fā)技術(shù)水平不斷提升的背景下，碳材料的應(yīng)用成本得到了進(jìn)一步的降低，逐漸促進(jìn)了在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用水平。本文立足于碳材料在體育器材生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢，闡述了體育器材生產(chǎn)中碳材料的應(yīng)用方法，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】體育器材;生產(chǎn);碳材料

在不同生產(chǎn)工藝的作用下，碳材料能夠發(fā)揮出不同的性能與優(yōu)勢，當(dāng)前競技體育與大眾體育得到了人們關(guān)注與歡迎，進(jìn)一步地提高了體育器材的生產(chǎn)要求水平。在體育器材的生產(chǎn)中使用碳纖維及其復(fù)合材料，不僅能夠提升體育器材的使用壽命，同時(shí)也能夠帶動(dòng)人們的日常運(yùn)動(dòng)水平，豐富人們的日常生活，助力于社會(huì)精神文明的建設(shè)。

一、碳材料在體育器材中的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）橫向應(yīng)用范圍廣

通過相應(yīng)手段處理碳纖維及其復(fù)合材料，將其中的電子軌道轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品需要的組合形式，使其能夠具備相應(yīng)的物理與化學(xué)性能。碳材料豐富的性能組合，不僅能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)中的各項(xiàng)需求，同時(shí)能夠進(jìn)一步提升產(chǎn)品的性能?；谔疾牧系倪@一特征，當(dāng)前在航空、航天與電子等高端產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的碳材料的廣泛應(yīng)用，并覆蓋到了汽車、機(jī)械、化工與體育器材等民用領(lǐng)域，這反映出了碳材料的應(yīng)用價(jià)值以及應(yīng)用范圍。

（二）縱向應(yīng)用周期長

當(dāng)前碳材料的應(yīng)用，主要包含了金剛石、碳纖維、線性碳、玻璃碳、金剛石薄膜、石墨層間化合物等，這些不同類型的碳材料應(yīng)用范圍不同，性能之間的差異性也較大。針對(duì)金剛石來說，金剛石有著高硬度、高熱傳導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)的特征，能夠大量的應(yīng)用在高精度生產(chǎn)與電子的行業(yè)中[1]。與金屬材料相比，碳纖維材料的強(qiáng)度高、模量高、密度低、線性膨脹系數(shù)低，因此能夠應(yīng)用于體育器材生產(chǎn)等民用領(lǐng)域，針對(duì)這種材料來說，無論應(yīng)用在哪一領(lǐng)域中，都能夠發(fā)揮出巨大的應(yīng)用價(jià)值并充分地發(fā)揮出自身所帶有的特性，提升產(chǎn)品的質(zhì)量與性能，使產(chǎn)品能夠進(jìn)一步地發(fā)揮出自身所帶有的特性，延長產(chǎn)品的使用周期。針對(duì)競技體育器材來說，運(yùn)動(dòng)員對(duì)體育器材的要求較高，并且對(duì)體育器材的消耗量也較大，在體育器材生產(chǎn)中使用碳材料，能夠極大地提升體育器材的性能，滿足運(yùn)動(dòng)員的使用需求，進(jìn)而提升運(yùn)動(dòng)員的競技水平以及成績，同時(shí)也能夠延長運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)年限。

（三）應(yīng)用前景廣闊

當(dāng)前科研領(lǐng)域?qū)τ谔疾牧系难芯繎?yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，并且還在不斷地豐富與發(fā)展。針對(duì)當(dāng)前學(xué)術(shù)業(yè)的報(bào)告，碳材料的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了第4代，但是應(yīng)用范圍還局限在高端產(chǎn)品生產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室中。伴隨著科研水平與產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)的提升，相信碳材料的適用范圍與性能將會(huì)得到進(jìn)一步的擴(kuò)展，并實(shí)現(xiàn)在市場中的大范圍應(yīng)用，為人們的生活帶來便捷。

二、碳材料在體育器材市場中的應(yīng)用

（一）碳纖維復(fù)合材料

在一定程度上來說，碳纖維復(fù)合材料并不是單一種類的碳材料，這種材料是將碳纖維、樹脂與金屬材料使用相關(guān)工藝進(jìn)行處理之后所產(chǎn)生的一種新型材料，在工藝處理過程中，能夠根據(jù)具體的使用需求進(jìn)行一次成型設(shè)計(jì)。碳纖維復(fù)合材料有著多方面的使用優(yōu)勢，首先在同等質(zhì)量的前提下，強(qiáng)度高于鋼鐵強(qiáng)度的5倍;碳材料具有較高的耐熱性與耐磨性，同時(shí)能夠承受的力學(xué)強(qiáng)度也非常大?；谔祭w維復(fù)合材料的這些優(yōu)異性能，使其已經(jīng)成為了競技體育器械或大型體育器械中不可替代的構(gòu)成成分[2][3]。在具體應(yīng)用中，碳材料可以應(yīng)用在高爾夫球桿、各類球類球拍、船槳、專業(yè)運(yùn)動(dòng)自行車或是賽艇與帆船的船身結(jié)構(gòu)中。在設(shè)計(jì)體育器材中應(yīng)用碳纖維材料，能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的個(gè)人習(xí)慣與運(yùn)動(dòng)形式的不同進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)材料的限制，極大地提升了體育器材設(shè)計(jì)的自由度，并最大程度地發(fā)揮出運(yùn)動(dòng)員的個(gè)人能力。

（二）石墨烯及其復(fù)合材料

石墨烯屬于第4代碳材料，目前已經(jīng)應(yīng)用較為成熟的復(fù)合材料類型包括石墨烯橡膠與石墨烯纖維。石墨烯橡膠材料的特性較為復(fù)雜，有著高導(dǎo)電率、高機(jī)械性能、高熱穩(wěn)定性、高摩擦性與低疲勞生熱性等。石墨烯由于合成技術(shù)的多樣性，因此應(yīng)用的范圍也較廣，不同類型的產(chǎn)品通常擁有以上特性的2～3種，以此滿足不同體育器材的使用需求。石墨烯纖維材料的主要優(yōu)勢在于斷裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度等。根據(jù)石墨烯及其復(fù)合材料的特性，當(dāng)前主要應(yīng)用于籃球鞋、球拍、自行車輪胎與戶外運(yùn)動(dòng)服裝等方面[4]。但石墨烯基復(fù)合材料的應(yīng)用受到生產(chǎn)成本與成形技術(shù)的限制，當(dāng)前在競技體育器材的生產(chǎn)中還有著一定程度的局限性，大眾體育器材生產(chǎn)中石墨烯及其復(fù)合材料的應(yīng)用還處于空白階段，因此在未來石墨烯及復(fù)合材料在體育器材的生產(chǎn)應(yīng)用中有著廣泛的發(fā)展空間。

（三）納米碳材料

納米碳材料是納米技術(shù)與碳材料的有機(jī)結(jié)合，是指分散相尺度至少有一位小于100納米的碳材料?，F(xiàn)階段科研與生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)⒓{米碳材料分為碳納米管、碳納米纖維與碳納米球三種類型，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)屬碳納米管類型。當(dāng)前在棒球、網(wǎng)球、自行車、曲棍球與水上運(yùn)動(dòng)用到了納米碳材料[5]。通過應(yīng)用納米碳材料能夠降低體育器械自身的重量，提升整體強(qiáng)度，為運(yùn)動(dòng)員帶來更大的舒適感，以保證運(yùn)動(dòng)員能夠發(fā)揮出自身的實(shí)力。

結(jié)束語

碳材料自身的發(fā)展應(yīng)用前景非常廣闊，伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在有關(guān)部門與市場因素的推動(dòng)指引下，現(xiàn)階段我國已經(jīng)出現(xiàn)了具