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制品缺陷与工艺因素的对应
在强度方面,碳纤维制品的缺陷表现为边角强度过低或局部强度显著下降。如果制品本身的结构设计不合理,如角根曲率半径过小,成品在边角处的强度必然会受到影响。如果铺料时未能准确计算制品所需用料量,造成用料富余,就会在边角等局部位置造成铺料叠加现象,一旦有了料结团,制品的整体强度就存在不均匀性。除了
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制品缺陷与工艺因素的对应
在强度方面,碳纤维制品的缺陷表现为边角强度过低或局部强度显著下降。如果制品本身的结构设计不合理,如角根曲率半径过小,成品在边角处的强度必然会受到影响。如果铺料时未能准确计算制品所需用料量,造成用料富余,就会在边角等局部位置造成铺料叠加现象,一旦有了料结团,制品的整体强度就存在不均匀性。除了加压时间需要多次的经验积累,其余的因素都可以在铺料的过程中不断调整,从而较大限度地减少这类缺陷的产生。如果加压过早,树脂本身反应程度较低,分子量较小黏度低,在压力下极易流失,在制品中产生树脂集聚或局部纤维曝露的几率就会比较大,进而影响到整个制品强度。
碳纤维复合材料用于体育器材的优势
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。
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著特点是各向异性,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,较大限度地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。撑竿撑竿跳高在一届奥运会中就被正式吸收为比赛项目,当时的撑竿由山胡桃木制成,结实沉重,缺乏弹性、储能本领差的特性让选手的动能大多被浪费,所以跳出的较好成绩只有3.3m。
碳纤维复合材料在体育器材上的应用实例
碳纤维复合材料的比强度愈高,构件自重愈小;比模量愈高,构件的刚度愈大。因此充分利用碳纤维复合材料的特性,可提升诸多体育项目的成绩。
撑竿
撑竿跳高在一届奥运会中就被正式吸收为比赛项目,当时的撑竿由山胡桃木制成,结实沉重,缺乏弹性、储能本领差的特性让选手的动能大多被浪费,所以跳出的较好成绩只有3.3 m。后来竹竿取代木质撑竿,其中空质轻有利于助跑,弹性有利于能量的转化。20世纪60年代,运动员开始使用尼龙撑竿,不久尼龙撑竿又被玻璃纤维竿所代替。撑竿材料的不断改革,使世界纪录被屡屡新刷。把叠好的原料放入模具中,合模,设置好压力、时间、温度后在高温下压制。如今撑竿发展到了第四代,玻璃纤维和尼龙已经被性能更优越的碳纤维复合材料取代,而且可根据撑竿受力的差异来设计不同部位的材质,使整体性能较优。较新的碳纤维撑竿可以保证撑竿既柔韧结实又不会断裂或扭结,它可将运动员持竿助跑的动能部分转变成撑竿的弹性变形能,当撑竿被压弯到较大弧度后,这部分弹性变形能再释放出来,转变成运动员的势能,帮助运动员腾空跃起,飞越横杆。
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