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新型复合材料在体育用品中的使用

发布时间:2020-04-17 12:18

一、石墨烯复合材料
以往研究人员认为石墨烯结构只能是理论模型,因其表面的张力过大而无法单独稳定存在,直至2004年被物理学家证实其能单独存在。石墨烯是当前世界上已知的、、柔韧性强、导电性好、导热性好的纳米材料,其于钢强度的100倍,甚至比一个碳原子的厚度还要薄。添加量的石墨烯,能显著提升石墨烯高分子纳米复合材料的耐热性、尺寸稳定性、力学性能、韧性。例如:相较于齿轮用WC-Co复合材料,石墨烯复合镁基材料通过添加10vol%石墨烯,其热疲劳寿命能增加209%;相较于商用AZ31镁合金材料,石墨烯复合镁基材料在20℃的情况下能减少89%的磨损体积。石墨烯高分子纳米复合材料凭借自身的优点,在体育器材领域有着广泛的应用,具体包括:①撑杆项目:撑杆的发展历经了竹制、尼龙制、玻璃纤维制的变革,现今步人到碳材料时代,将石墨烯添加到碳材料中,能增强撑杆的韧性和硬度,减轻撑杆重量,使运动员的竞技水平达到的高度。②户外运动服装:石墨烯材料具有功能、亲肤透气、防紫外线、性等特点,在户外运动服装中的应用广泛,如汽车头盔中添加了石墨烯,重量仅达250g,发生意外时能有足够强度头部。③球拍材质:石墨烯复合材料的应用能球拍性能及强度的提升,如TK9000在3点和9点位置添加了石墨烯,使拍框质量有所提升,降低人力能量消耗,让运动员在击球过程中具有扎实的球感,增加进攻性能。
二、碳纤维复合材料
碳纤维作为一种的纤维,碳是其主要构成元素,并且含碳量会随种类的不同而有所差异,基本超过90%碳纤维不仅具备一般碳素材料的特性,如、耐摩擦、、导热、导电等,也具备自身的优势,如柔软、、比重小等,同时碳纤维外形的各向异性显著,能加工成不同的织物。现阶段,碳纤维被广泛应用在各个领域,如:F1赛车和跑车的车身结构基本都是采用碳纤维,以此提高结构强度气动性;比赛自行车的座位支架、曲轴、车构架等材料为碳纤维复合材料,能车体具备良好的减震性能及刚性;高尔夫球杆使用碳纤维复合材料制成,具有高阻尼特性,能减轻10%~40%的自重;利用碳纤维复合材料制成第四代撑杆,撑杆的结实及柔韧,提高运动员的竞技成绩;将比模和比、重量轻的碳纤维复合材料用于大型网球拍,有利于增大网球的初始速度。
三、生物工程塑料
作为一种新型的合成材料,生物工程塑料具有、氧气透过率高、力学性能优良等特点,被广泛用于各种运动器械产品和体育设施,主要体现为:①运动场地方面。作为生物工程塑料的代表之一,硅橡胶的性能优良,能长期在180℃的高温下工作,甚至在200℃时也能工作一段时间,瞬时可耐300℃的高温,加上硅橡胶的强韧性和弹性相对,在各种场地中都有应用。②穿戴器材方面。生物工程塑料在运动服装、头盔、鞋袜、护具等穿戴器材中的应用,能提高器材的韧度和强度,使其具备良好的透气性,如长纤维改性符合材料利用的拉挤工艺,能让穿戴者感到舒适,运动员竞技水平的提高。又如纳米运动衣的研制,将变、防臭、等纤维用于水上项目的运动服部,如腰部、臂部、腋下等,有着重要的作用,尤其是夏天、,冬天保暖、透气、和耐洗涤的红外皮运动裤,能很好地水上运动员的“难言之隐”,减少湿疹病例及病毒性。③户外运动器材方面。生物工程塑料的抗老化能力比一般材料要强,如将氨基化碳纳米管加人到碳纤维一环氧树脂复合材料中,能增强材料的性、耐热氧化性、耐盐雾性。这种材料用于徒步鞋、户外登山鞋或其他户外设施中,不仅能延长户外设施的使用寿命,还能提高设施的抗老化、能力。