1. Anvendelse av karbonfiberkomposittmaterialer innen sport og fritid og viktigste produksjonsprosesser
Bruken av karbonfiber i sportsprodukter oppsto på 1970-tallet. På den tiden fokuserte alle på romfart og militærindustri. Tross alt, vakte et så avansert felt, spesielt det amerikansk-sovjetiske romkappløpet, satellitter, romfartøyer og månelandingsprogrammer i løpet av den perioden, verdens oppmerksomhet.
I lang tid har komposittmaterialer av karbonfiber med hell trengt inn i ulike felt av sportsutstyr, og sportsutstyr er også industrisektoren for anvendelse og utvikling av karbonfiber etter romfart.
Karbonfiberkomposittmaterialer har blitt det foretrukne materialet i sportsutstyrsindustrien på grunn av deres lette vekt, høye styrke og utmerkede tretthetsbestandighet. Inspirasjonen til sportsvaremarkedet av karbonfiber kommer fra Jim Flood i USA, som er kjent som golfens Edison. I 1972 oppdaget Jim Flood at bruk av karbonfiberkøller kan slå golfballer 30 meter lenger enn jern. Deretter ble karbonfiber fremmet i andre idretter som en erstatning for metallmaterialer, som badminton, tennis, baseball, skateboard, ski, sykling, roing, bueskyting og andre idretter, samt fritidssporter som fiske.
2. Fordeler med karbonfiberkomposittmaterialer i sportsutstyr
Med fremgangen i samfunnet blir folks jakt på livsstil stadig bedre. Sport har trengt inn i livene til hver enkelt av oss. Sunne og vitenskapelige treningsmetoder er også i fokus for folks oppmerksomhet. Kravene til sportsutstyr blir høyere og høyere. Markedet for nytt sportsutstyr utvides også, og kravene til materialene til sportsutstyr blir også høyere og høyere. Fordelene med karbonfiber i vekt og styrke gjør det til det foretrukne materialet for nytt sportsutstyr. Som et resultat blir karbonfiber i økende grad brukt innen sportsutstyr. Hva er fordelene med karbonfiber i sportsutstyr:
(1) Lett vekt
Bortsett fra spesielle idretter som krever vekt, når folk bruker sportsutstyr til trening, jo lettere sportsutstyr, jo bedre. Lett vekt kan gjøre det mulig for mosjonister å prestere bedre, for eksempel tennisracketer, køller, sykler, ski osv. Selv noe utstyr som er avhengig av annen kraft enn menneskelig kraft for å få dem til å bevege seg, som racerbiler og seilbåter, krever også lav vekt, som kan redusere strømbehovet og spare drivstoff. Karbonfiber har uerstattelige fordeler i denne forbindelse.
(2) Gode mekaniske egenskaper
Den spesifikke styrken og spesifikke modulen til karbonfibermaterialer kan ikke overgås av andre materialer. Dens unike mekaniske egenskaper møter bare behovene til sportsutstyr og er et utmerket valg for sportsutstyr. Karbonfiberkompositter er hovedsakelig harpiksherdet og støpt, noe som kan spille en større rolle i prosessdesign.
(3) Sikkerhet, hygiene og miljøvern
Karbonfiberkomposittmaterialer har ikke bare mange fordeler, men er også et miljøvennlig materiale med garantert hygiene og sikkerhet. De er nye materialer med spesielle egenskaper. I tillegg til gode mekaniske egenskaper, sterk plastisitet og høy sikkerhet, er de også resirkulerbare ressurser. De er svært miljøvennlige og enkle å resirkulere, samtidig som de reduserer kostnader og sparer ressurser. Disse egenskapene vil bli fordelene med karbonfiberkomposittmaterialer i den utbredte bruken av sportsutstyr.
(4) Høy plastisitet
Plastisitet er en av grunnbetingelsene for produksjon av sportsutstyr. Plast og karbonfiberkomposittmaterialer har alle en viss grad av plastisitet. Plast og deres legeringer kan bearbeides og formes på mange måter (blåsestøping, sprøytestøping, ekstrudering, termoforming, etc.), og deretter påføres sportsutstyr. Sammenlignet med andre vanlige materialer har de bedre plastisitet. Med utviklingen av mitt lands sportsindustri kan materialer som brukes innen sportsutstyr behandles på flere måter for å forbedre ytelsen til sportsutstyr.
(5) God aldringsmotstand
I faktiske applikasjoner er sportsutstyr for det meste utendørs og påvirkes lett av naturlige miljøer som sollys og tordenvær. Samtidig kan stoffer som oksygen, ozon og sure gasser i atmosfæren også skade den. I tillegg vil endringer i temperaturen forårsake aldring, sprekker, fargeendringer osv. på sportsutstyr. Derfor må sportsutstyr ha god korrosjonsbestandighet og aldringsmotstand når det tas i bruk, spesielt i friluftsmiljøer. Kravene i denne forbindelse er strengere. Hvis aldringsmotstanden er dårlig, vil det alvorlig påvirke levetiden til utstyret.
3. Anvendelse av karbonfiberkomposittmaterialer i sports- og fritidsprodukter
Bruken av sportsprodukter i karbonfiber kan deles inn i to hovedretninger. Den ene er konkurranseidrett, som hovedsakelig legger vekt på høy presisjon, høyere og raskere. Den andre er daglig kondisjon og fritid, som krever et passende kostnadsforhold. For tiden er produktene med det største forbruket av karbonfiber innen sportsprodukter:
(1) Sykler
Stål er det mest holdbare materialet for sykler. Den har god elastisitet og lav pris, men på grunn av sin høye tetthet er den lett å ruste og slite ut. Aluminiumslegering er et ofte brukt materiale på markedet. Den er lett og vil ikke ruste, men elastisiteten er for dårlig, den er lett å bli sliten, og kjørekomforten er ikke god. Tettheten til magnesiumlegering er mindre enn for aluminiumslegering, og dens grunnleggende ytelse er lik den for aluminiumslegering. Tretthetsmotstanden til titanlegering er bedre enn for andre metallmaterialer, men prisen er høy og egenvekten er ikke fordelaktig. Karbonfiberkomposittmaterialer har høy styrke, god elastisitet, lettetthet og korrosjonsbestandighet. Sykler produsert av karbonfiberkomposittmaterialer har følgende egenskaper:
en. Reduser den totale vekten på sykkelen effektivt
Tettheten til karbonfiberharpiksbaserte komposittmaterialer er vanligvis bare 1,6. Det er bare en femtedel av stål og kan redusere vekten med ca. 40 % sammenlignet med aluminium. Det er et ordtak i sykkelbransjen at hvis vekten reduseres med 1g, kan prisen økes med 1 dollar. En karbonfiber-sykkelramme er en fjerdedel lettere enn en aluminiumslegeringsramme. Lett vekt kan redusere fysisk energitap og dermed øke kjørehastigheten.
b. Høy generell stivhet av kroppen
En ramme med god stivhet bidrar til konvertering av drivkraft og forbedrer kjøreegenskapene til sykkelen. Strukturen til en karbonfiberkomposittsykkel er sterk og ikke lett å deformere. Praksis har vist at rammestivheten ikke er lavere enn for en molybden stålramme.
c. God støtmotstand
Den naturlige frekvensen til strukturen er ikke bare relatert til den strukturelle formen, men også proporsjonal med kvadratet på den spesifikke modulen til materialet. En høy egenfrekvens kan unngå tidlig skade forårsaket av resonans under arbeidsforhold. Det er rapportert at tester på rammer med samme form og størrelse viser at vibrasjonen av en aluminiumslegeringsramme tar 9 sekunder å stoppe, mens karbonfiberkomposittmaterialet med ekstremt høy egenfrekvens bare tar 2,5 sekunder å stoppe. Den gode dempingen av komposittmaterialet reduserer ujevnheter på sykkelen og forbedrer kjørekomforten.
d. God sikkerhet
Matrisen i karbonfiberkomposittmaterialer er en kontinuerlig fase som omgir uavhengige karbonfibre, og danner et dynamisk usikkert system. Når materialet blir støtt, når et lite antall fibre går i stykker, vil belastningen raskt omfordeles til de ubrutte fibrene, slik at strukturen kan fortsette å bære belastningen, noe som i stor grad forbedrer sikkerheten ved sykling. Det er vanskelig å observere åpenbare tegn på utmattelsessvikt av generelle metallmaterialer, og deres svikt er ofte plutselig, mens karbonfiberkomposittrammer har svært god utmattelsesmotstand, og tydelige tegn kan observeres før feil. Studier har vist at karbonfiberkomposittrammer tåler mer enn én million kollisjonstester.
e. Økt frihet til strukturell utforming
Karbonfiberkomposittmaterialer har egenskapene til anisotropi. Denne egenskapen til komposittmaterialer kan brukes til å arrangere og legge fibre i henhold til retningen og størrelsen på belastningen på sykkelen når du kjører. Fleksibiliteten til produksjon av komposittmaterialer bidrar til utformingen av strukturer i forskjellige former. For eksempel kan strømlinjeformede sykler utformes i henhold til aerodynamiske prinsipper, som er vakre og praktiske, og enkle å oppnå den beste kostnadsytelsen. f. God korrosjonsbestandighet
Polymermaterialer har god motstand mot syre, alkali og industriell atmosfære, så sykkelrammer laget av karbonfiberkomposittmaterialer har utmerket motstand mot syre- og alkalikorrosjon.
Den franske sportsbilprodusenten Bugatti og den nederlandske sykkelprodusenten PG har i fellesskap sluppet verdens letteste sykkel. Designet på sykkelen er inspirert av Bugatti sin Chiron sportsracerbil. Laget av karbonfiberkomposittmaterialer, veier den bare 11 pund (ca. 4,99 kg). I følge American Architectural Digest er 95 % av sykkelen laget av karbonfiberkomposittmaterialer.
Det tsjekkiske tekniske universitetet i Praha bruker en automatisk fiberviklingsprosess, kombinert med den integrerte sløyfeteknologien (ILT) utviklet av kontinuerlig fiberrørforbindelse for å produsere sykkelrammer og tilhørende komponentdeler. ILT er en prosess som kombinerer strukturelle komposittelementer (som rør og koblingsdeler). Alle deler er formet i ett stykke og deretter satt sammen.
(2) Fiskestenger
For fiskeentusiaster, hvordan bedømmer du hvilken fiskestang som er best? Oppsummert gjenspeiler den hovedsakelig tre punkter: tynn, lett og sterk. Derfor må en høyytelses fiskestang oppfylle to egenskaper: høy stivhet og lett vekt.
Med fremveksten og utviklingen av karbonfiber gir det høy spesifikk styrke og høy spesifikk modul for fiskestenger, noe som gjør disse fiskestengene lettere og lettere. Derfor kalles dagens fiskestenger i utgangspunktet "karbonfiber fiskestenger."
Fiskestenger laget av karbonfiberforsterkede komposittmaterialer er mye lettere enn GFRP-produkter eller plast, som bruker mindre energi når du trekker stangen ut, og avstanden for å trekke ut stangen er omtrent 20 % lenger enn sistnevnte. Fiskestenger laget av CFRP er lange og gode, med høy stivhet. Fiskestenger kan raskt komme seg etter bøyning, noe som gjør dem mer følsomme for agnlevering. Karbonfiberforsterket plast kan også brukes til å lage fiskeredskapsspoler, som ikke veier mer enn 140 gram, men har høy utmattelsesstyrke og friksjonsmotstand, slik at de har lang levetid.
Fordeler med karbonfiber kompositt fiskestenger
På grunn av dens lette og høye stivhetsegenskaper, får den mye ros. I fiskeprosessen gjenspeiles fordelene med karbonfiber fiskestenger i følgende aspekter:
· Siden fiskestenger i karbonfiber er lettere og tynnere, kan de enkelt manipuleres med én hånd;
·På grunn av sin lette vekt, kan den hindre brukere i å føle seg slitne;
·Karbonfiber kan gjøre fiskestengene lengre, og lengre fiskestenger gjør at et bredere fiskeområde kan dekkes;
·Karbonfiber fiskestenger er mer følsomme for fisk;
Karbonfiber fiskestenger har gjort sportsfiskere mer og mer entusiastiske år etter år, og disse karbonfiber fiskestengene har også gjort fiske til en populær underholdningsaktivitet fremfor en grunnleggende sport, som utvilsomt har skapt et nytt marked for feltet karbonfiber.
(3) Tennisracketer og badmintonracketer
Utviklingstrenden til tennisracketer er å bli større og lettere. For tiden er de fleste high-end og mid-range tennisracketer i verden laget av karbonfiberkomposittmaterialer. Store tennisracketer må være laget av karbonfiberkomposittmaterialer med lav vekt, høy spesifikk styrke og høy spesifikk modul. De tåler sterkere strengspenninger enn treracketrammer for å sikre at de ikke deformeres når de treffer ballen. Karbonfiberkomposittmaterialer med gode vibrasjonsdempende egenskaper gir ikke bare idrettsutøvere en følelse av komfort, men lar også tennisballen oppnå en høyere starthastighet.
Tennisracketer laget av komposittmaterialer er lette og sterke, med høy stivhet og lav belastning, noe som kan redusere avviket når ballen kommer i kontakt med racketen. Samtidig har CFRP gode dempende egenskaper, som kan forlenge kontakttiden mellom strengen og ballen, slik at tennisballen får en høyere akselerasjon. For eksempel er kontakttiden for treracketer 4,33 millisekunder, den for stålprodukter er 4,09 millisekunder, og den for CFRP er 4,66 millisekunder. De tilsvarende starthastighetene til ballen er henholdsvis 1,38 km/t, 149,6 km/t og 157,4 km/t.
Badmintonracketer laget av karbonfiberforsterkede komposittmaterialer (CFRP) er preget av lav vekt, høy stivhet og unngåelse av brudd på håndtaket forårsaket av utilstrekkelig stivhet av treprodukter. De har også vibrasjonsreduksjonsfunksjon og god spenst, som muliggjør lange treff- og returdistanser og høy balllandingsnøyaktighet.
(4) Golfkøller
I 1972 brukte USA først karbonfiberkomposittmaterialer for å lage golfkøller. I 1998 oversteg antallet golfkøller i karbonfiber langt antallet stålkøller. Golfkøller er sammensatt av et grep, et skaft og et hode. Golfkøller laget av karbonfiberkomposittmaterialer kan redusere vekten med omtrent 10 % til 40 %. I henhold til loven om bevaring av momentum, når totalvekten til en golfkølle er konstant, kan et tungt hode og et lett skaft øke svinghastigheten og tillate ballen å oppnå en større starthastighet. I tillegg har karbonfiberkomposittmaterialer høye dempende egenskaper, noe som kan forlenge trefftiden og gjøre at ballen kan slås lenger.
(5) Kajakk
Ved å bruke Kevlar, en aramidfiber som vanligvis brukes i det skuddsikre feltet, på en kajakk kan den godt strukturerte båten motstå sprekkdannelser og brudd. Når grafen og karbonfibermaterialer brukes i kanoer og båtskrog, kan de ikke bare øke løpestyrken til skroget og redusere vekten, men også øke glideavstanden.
(6) Racerbiler
På 1980-tallet, da McLaren F1-teamet brukte karbonfibermaterialer for å bygge sitt racingchassis, var racerbilene deres langt foran konkurrentene. Som et resultat ble McLarens tilnærming imitert av andre team og deretter tilbakeført til forskjellige superbiler, høyytelsesbiler og sivile biler.
For tiden er bruken av karbonfiber i bilindustrien hovedsakelig delt inn i to typer: tørr og våt. Blant dem har tørr karbonfiber mindre restharpiks under produksjon, og de støpte delene er sterkere og dyrere, så det er mye brukt av store superluksusmerker.
Harpiksinnholdet i våt karbonfiber er høyere, så det er mye billigere enn tørt karbonfiber når det gjelder komponentstyrke og produksjonskostnad. Men enten det er tørt eller vått karbonfiber, har det bedre ytelse enn konvensjonelle materialer.
Karosseriet til Ares AMR Pro bruker en spesiell fluorescerende grønn maling, og legger også til et dekorativt karbonfiberpanel som kan se arrangementet av karbonfibre. Linjene i hele bilen er slankere, og sidespeilene er endret til en mer aerodynamisk design. Baksiden av forskjermen bruker en ventilasjonsåpning i flere deler for bedre å lede luften i hjulbuen. Sideskjørtene som er nesten nær bakken er koblet til for- og bakhjulets øyenbryn. Måkevingedørdesignen er også veldig sjarmerende. 20-tommers forhjul og 21-tommers bakhjul er utstyrt med flate brede dekk og rembo-keramiske karbonfiberbremsesystemer, noe som får hele bilen til å se kjekkere ut.
Interiøret kopierte også det klassiske designet til F1 Formel 1-racerbilen. Den integrerte karbonfibercockpiten gjør hele bilen mer stiv. Taket, cockpiten og chassiset har en integrert karbonfiberdesign. Stivheten i hele bilen er sterkere, og tilbakemeldingene på veien er mer reelle og mer positive. Det store området med semsket skinn gjenspeiler det eksponerte karbonfibermaterialet. Midtkonsollen er utstyrt med et avrundet rektangulært ratt. Det er en LCD-skjerm i midten av rattet for å vise grunnleggende informasjon om kjøretøyet. De to opphengte LCD-skjermene vippes mot førersiden. Racersetet i karbonfiber i ett stykke er lett og kan også gi bedre innpakning og støtte for føreren.
Med karbonfiberdesignet i ett stykke er stivheten til hele kjøretøyet sterkere, og tilbakemeldingene på veien er mer ekte og mer positive. Det store området med semsket skinn gjenspeiler det eksponerte karbonfibermaterialet. Midtkonsollen er utstyrt med et avrundet rektangulært ratt. Det er en LCD-skjerm i midten av rattet for å vise grunnleggende informasjon om kjøretøyet. De to opphengte LCD-skjermene vippes mot førersiden. Racersetet i karbonfiber i ett stykke er lett og kan også gi bedre innpakning og støtte for føreren.
