基于CFRP材料在體育器材上的應用與設計研究

潘超

（湖南大眾傳媒職業技術學院 湖南 長沙 410100）

引言

祖國不斷地繁榮發展，賦予了人們生活的更多可能性。健康生活成為了人們日常生活所向往的狀態，所以體育器材及運動場所成為了人們生活的一部分。CFRP材料能夠幫助提升體育器材的整體性能，并運用于多個體育項目當中。

1、CFRP 材料

現階段的體育運動很多項目已經離不開運動器械，雖然只起到輔助功能。運動器材成為了運動項目的載體，為后續的現代體育發展提供了強有力的支持。為了讓運用器械達到高水準、高質量的要求，就要關注其制造生產的環節，要不斷地尋找出適宜的現代化材料，并合理運用新型材料作為生產原料，進一步為體育事業打下堅實的基礎。

通過相關工作人員的不斷探索，最終選擇了CFRP材料作為體育器材的材料。CFRP材料的實際運用，符合了時代發展的需要。CFRP材料又被稱為碳纖維復合材料，主要是將碳纖維、樹脂、金屬等多元化的元素按照一定比例進行融合，最終融合出來的材料統稱為碳纖維復合材料。這種材料相比較其他運用于實際的材料，強度更強、綜合指標更優質。CFRP材料的強度與鋼鐵強度的5倍相同，但是又比5倍的鋼鐵輕的多，CFRP材料的出現證明了現代化化學工業行業的發展進程。它還有耐熱性、耐磨性、能受力等優勢，所以被選用在體育器材的生產當中。通過加入這個材料，能大大提升體育器材的舒適程度，全面發揮其優質性能，但也有小部分缺陷的。為了能發揮其最大價值，生產工藝技術和手段也在不斷提高。隨著人們重視健康和運動，現階段的體育項目種類層出不窮，朝著全民化的方面發展。為了滿足人們對于體育器械的要求，其生產行業要不斷地發展。

2、當前體育項目對于運動器材的需求

為了能夠順利的開展體育活動，就要有優質的體育運動器材，它是能夠協助提升體育運動水平的載體。對于現階段的人們來說，體育運動不再是一種活動行為，而是一種健康的生活方式。不斷地參加體育活動，除了能讓身體逐漸健康，還能幫助人們建立起積極向上、奮勇向前的生活態度。人們對于體育生活的熱情不斷，那么對于體育設施、與活動場所等相關事物都會有所期望。

首先，在體育器材生產環節要符合人們的實際需求。要根據具體的體育項目及其器材要求開展生產活動。要滿足人們豐富體育生活的要求，不斷完善與體育項目同步的體育器材。現階段人們生活中出現的體育項目越來越多，因此需要優化體育器材生產環節，在實際需求的基礎上做出調整。然后，要隨整體變化而變化。體育活動的發展，使得競技水準也隨之提升。現階段最為明顯的就是人們已經可以通過使用基礎性的體育器材實現身體素質的提升，每個人的體能都增強，對于整個體育界來說，大大提升了相關項目的競技水平。為了更好地提升運動競技水平，還要不斷地優化和發展體育器材，不斷滿足體育行業的發展需求。最終，在體育器材的生產環節要注重材料的選擇，既要考慮體育項目的實際情況。還要考慮器械與運動的有機統一。如今，在國內已經掀起了一陣又一陣的全員運動風潮，體育項目也逐步被細化，因此要充分結合現代化的體育運動要求，制造出適用于所有年齡階段使用的體育器械。

3、CFRP材料在體育器材上的應用與設計

3.1、在體育器材中運用CFRP材料的優勢

（1）質量輕。

除了像舉重這類有著重量要求的體育運動項目外，普遍都要求運動器材的質量要輕盈，不要在設備上浪費多余的力氣。所運用的體育器材質量約輕，越能發揮出使用人員的運動能力。現階段人們常接觸的體育項目，多數都是以人力或者自然動力為主要源動力，這類型的運動都是以速度、距離來計算成績的，質量越輕的設備受到的阻力也會越少，所以CFRP材料成為了人們喜愛的體育器材原材料之一。在沒有這種材料之前，體育器材多用金屬、木料等物質作為生產原料。與傳統相比，CFRP材料與相同體積的材料來說，密度更細膩，質量更輕巧的特點。

（2）性能好。

體育器材作為直接輔助運動員發揮其能力的主要物體，有著高強度、韌性好的要求。這類特點屬于機械性能，部分體育項目的成績直接受體育器材機械性能的影響。常見的體育項目有跳高，超出人類自然力跳起的高度，就需要借用到桿子，俗稱撐桿跳。對于這種體育與項目來說，桿就是重中之重。高強度、韌性好還有抗震優勢的桿子能夠起到良好的輔助功能。撐桿體育器材的演變就是從木桿、竹竿、金屬桿再到現在的纖維材質，都是因為使用者提出了更多的要求，促使其不斷發展。尤其使用纖維材質的桿，運動員的成績更優異。

（3）可設計性高，經濟又環保。

CFRP材質是通過人工合成而產生的新型材料，人們對于體育器材的期望成為了推動這種材料工藝生產發展優化的動力。人工復合材料與天然型的材料相比在進行加工設計工程時都容易了很多。生產工藝不斷優化更新，對于CFRP材料的設計和加工工程就更簡單。對于各種各樣的要求都能夠滿足。隨著大批量的生產都開始使用CFRP材料，使得投入成本逐漸減少，給相關生產企業帶來了可觀的經濟收益。CFRP材料相比其他材料來說，有著保護生態環境的優勢，其自身就是環保材料，也可以重復利用，大大減少了資源浪費的情況出現。

3.2、CFRP材料運用于體育產品的成型技術

CFRP材料有著獨特的特質使其具有加工性、設計性，這類型的優勢主要是為了滿足不同人的需要。在使用CFRP材料時，一般都是一次就能展現超出整體成型，不需要其他配對型的工藝，從根本上減少了資源浪費的情況。隨著國內加工技術的發展，現階段的體育器材的成型技術主要有四種類型。

（1）模壓成型工藝。

模壓成型工藝主要是通過將CFRP材料保存在一個密閉型的模腔中，而后采用高溫高壓的技術讓其形成固態的模樣，最終形成所要制作出的產品。按壓時運用到模具有陰和陽兩部分構成，主要的增強材料是短切纖維和連續纖維織物。這種工藝能夠確保體育設備的精準性，有著供重復利用的優勢，因此在進行大批量的生產工藝中使用，但模壓成型的工藝前期的資金投入較多，而且對生產環境也有要求。

（2）拉擠成型。

拉擠成型工藝，主要的生產動力是要靠外界的牽引力，而后經歷浸膠、擠壓等道道關卡，最終制造出形狀百態的線性制品。這項技術可將CFRP材料平整放置，在制作時能大大提高材料的強度。拉擠工藝制造出的體育器材有著輕盈耐用的優勢，被運用于制作弓箭器材、魚竿、滑雪桿等體育器材。

（3）纏繞成型。

想要運用纏繞成型的工藝，需要在專業的纏繞機上進行。而后把相關材料有規劃的纏繞在機器上，經過固化、去芯片等手段最終制作出產品。這種工藝常運用于以圓形圖案為中心的體育器材的制造當中，少部分精細化的器材也可采取這類方式。這種方式由于是機械化的工藝，所以不適用于制造凹凸不平的器械。

（4）樹脂傳遞模塑。

樹脂傳遞模塑技術也是要將原材料放置于密封性較好的裝置當中，利用壓力將液態樹脂植入到模具裝置當中之后再脫模，就可獲得成品。與之技術相匹配運用的還有RTM技術，一定程度上能夠減少工藝難度，從而制作出更優質的產品。也同樣對生產現場有著較高要求，一般用于制造增強局部零件當中。

3.3、CFRP材料在體育器材上的應用及設計效益

（1）應用及影響。

CFRP材料及其工藝手段的合理利用，不僅推動了現代化體育器械的發展，更對體育運動項目有著促進作用。在實際多運用CFRP材料的階段，也不能完全隨心隨意，還是要按照相關的注意事項、使用原則開展工作，從而發揮出CFRP材料的最大優勢。

（2）運用原則分析。

體育運動的機械材料能否合理運用，會對體育運動的競技水平狀況造成影響。在實際的體育器材的生產環節當中，品質的好壞絕大程度上依靠著材料及工藝技術的好壞來決定。在選擇生產原材料的時候，將不同種類的碳纖維復合材料混合使用，得到的使用效果會是最好的。隨著碳纖維復合材料的普及化運用，要適當的對相關工作起到約束作用。首先就是始終貫徹于體育運動協調發展的觀念，按照器械要求形成制造標準，科學合理的運用材料。而后在運用CFRP材料時，除了要關注其自帶的優勢外，還要注重其適用性、實用性、衛生性等特點，依照器械的需要合理的運用每一種優勢，從而發揮其最大價值。最后，就是要加大其自然環境效益，起到環保的作用，不斷的擴大CFRP材料在各樣格式的體育器械中的使用范圍。

（3）應用要求分析。

將CFRP材料運用在體育器材的生產當中，解決了原有材料出現的問題，不斷豐富其鑄造的材料品質。在實際的使用范圍內能夠發現，CFRP材料已經存在于我們的生活當中。推動著體育用品的樣式、種類向著多元化的方向發展，不斷豐富著體育器械的內涵。在體育器材中使用這類材料，推動生產領域的創新、研發工作的進程，不斷完善器械的性能。為體育器械行業后續的研究工作提供了堅實的基礎。

（4）影響分析。

隨著CFRP材料的普及，它成為了現代體育活動器材中必不可少的原材料。同樣CFRP材料的主要應用范圍也以體育設施為主。隨著體育活動、項目的發展逐漸趨于成熟，想要滿足體育行業的發展需要，就不得不制造出使用性能更好的器材。在制作的過程中要充分考慮使用者的真實需求，讓使用者真正能靈活使用，從而才能保證給使用者帶來的體驗感受是良好的。CFRP材料在現階段雖已經滿足了大部分的需求，但人們對它的期望不會停止，相關行業不能安于現狀，要不斷地突破自我，積極主動的尋找出更便捷、更實用的制作材料和制作工藝。

3.4、具體運用舉例

（1）滑雪板應用。

想要制造出使用者滿意的滑雪板，就要制造出質量輕盈、減震功能好、耐摔且使用壽命長的滑雪板。傳統的滑雪板選擇的是以木頭、金屬為主要制造材料，這種類型制造出的滑雪板，容易出現由于外界碰撞或者自身化學性能不穩定原因從而造成變形問題而CFRP材料的運用，就完全解決了這一問題。大大增強了滑雪板的韌性，能夠保障滑雪板在任何雪質中都不會變形，而且極易維護。

（2）高爾夫球桿應用。

CFRP材料最先運用于高爾夫球桿是在1972年的美國實現的，CFRP材料相比于同體積的頭棒會更重一些，能夠提升高爾夫球的初始速度，能夠保證高爾夫球在空中平穩前進。我國現階段較為高等的高爾夫球桿所采用的材料都是CFRP材料，充分發揮其密度小、強度高等優勢，從而提高了使用者的感受。在傳統球桿和新型球桿中，用同樣的力度去打擊高爾夫球，能夠明顯的看出，CFRP材料的高爾夫球桿擊打出的高爾夫球，速度更快，飛行距離更遠。

4、結語

CFRP材料在體育器械的生產領域被廣泛運用，能夠制造出更優質的體育用品。由于CFRP材料的優勢，推動現代競技體育的發展，滿足人們生活的發展需求，在未來的體育器械的發展當中一定會成為主流。