碳纖維編織復合材料技術在羽毛球拍制造中的應用

馬昭蕊 馬茹夢 尚中達 陳武

摘要：使用傳統材料制造羽毛球拍，不僅會出現耐磨性差的問題，還縮短了羽毛球拍的使用壽命短，而碳纖維編織復合材料的應用則能夠有效彌補傳統材料的不足，提升羽毛球拍的耐磨性，從而鹽城羽毛球拍的使用壽命，證實了碳纖維編織復合材料技術的重要性。另外，碳纖維編織復合材料具有很強的性能特點，其應用能夠完善和優化羽毛球拍的性能，最大限度提高羽毛球拍的質量，促進體育用品制造行業發展。對此，本文根據相關文獻，對碳纖維編織復合材料技術在羽毛球拍制造中的應用進行了詳細分析。

關鍵詞：碳纖維編織復合材料技術;羽毛球拍;應用分析

1 碳纖維編織復合材料技術的性能分析

實質上就是對碳纖維編織復合材料（下文簡稱碳纖維）的性能進行簡要分析，包括密度、比強度、比模量、疲勞強度、熱膨脹系數、破損安全性能、阻尼性能、設計自由度高等，具體如下：

1.1密度分析

本文選用鋼、鐵、銅、鋁和鈦5種常用材料，與碳纖維編織復合材料進行密度比較分析，具體比較分析結果見表1：

通過表1結果可以看出碳纖維編織復合材料的均明顯低于其他五種常用材料，而羽毛球拍則是越輕越好，所以相比較而言碳纖維編織復合材料更適合羽毛球拍制造。

1.2比強度和比模量分析

本文選用杉木、梧桐木和鋼材與碳纖維編織復合材料進行比較分析，具體比較分析結果見表2：

通過表2結果可以看出碳纖維編織復合材料的比強度與比模量均明顯高出其他材料，與杉木相比分別高出4倍與3倍，與梧桐木相比分別高出2 倍與3倍，與鋼鐵相比分別高出 2.4 倍與 3.75倍，說明碳纖維編織復活材料更容易制造輕盈且堅韌的羽毛球拍。

1.3疲勞強度和熱膨脹系數分析

碳纖維編織復合材料與鋼材和鋁材相比，疲勞強度更高，高達80%，而鋼材和鋁材則分別為60%和40%，故使用碳纖維編織復合材料制造的羽毛球拍壽命更長;其熱膨脹系數非常小，這意味著羽毛球拍擊打時的準確率非常高。

1.4破損安全性能、阻尼性能和設計自由度高分析

（1）破損安全性能：相關學者對碳纖維編織復合材料進行反復多次的任意角度破壞，經過測定被破壞后的纖維依舊能夠發揮作用，雖然部分碳纖維出現斷裂，但整體結構并沒有受損[2]。

（2）阻尼性能：選用鋼材、鋁材與碳纖維編織復合材料進行比較分析，其結果顯示碳纖維編織復合材料的阻尼系數最高，更適合高性能羽毛球拍的制造，具體見表3：

（3）設計自由度高：以上特性都決定了碳纖維編織復合材料的設計自由度很高，并且可以通過改變碳纖維的鋪疊方向來增強或抑制性能，所以實際制造中可以根據需要調整性能。

2 羽毛球拍制造中碳纖維編織復合材料技術的具體應用

2.1在纏繞成型中的應用

因為碳纖維編織復合材料本身就具有很高的強度，所以可以應用于強度要求高的羽毛球拍纏繞制造過程中，其原理在于將預浸料均勻纏繞在纏繞機的芯模中，并在自然固化去除芯模取出制品[2-3]。該技術能夠充分發揮出碳纖維編織材料的強度高優勢，提高羽毛球拍質量，與傳統生產制造方式相比，該技術不僅實現了批量化和機械化制造，還大大提升生產質量及效率，為羽毛球拍制造企業帶來巨大經濟效益。

2.2在模壓成型中的應用

模壓成型工藝主要應用于羽毛球拍圓形部位制造，該制造流程過程中應用碳纖維編織復合材料時需要注意環境的封閉性，通常情況下需要在封閉的模具腔內完成。其原理在于先將碳纖維編織復合材料加入模型，然后加熱、氣壓固化，使碳纖維編織復合材料快速成型，最后得到陰模具與陽模具，該方法能夠充分發揮碳纖維編織復合材料密度小和硬度大的作用及價值，大大提升羽毛球拍的生產效率、尺寸精準、性能等，減少拍型歪斜等不良現象發生[3]。

2.3在 RTM樹脂傳遞模型中的應用

RTM樹脂傳遞模型是一種比較傳統的羽毛球拍制造方法，在制造過程中會因為材料熱膨脹系數大、破損安全性能差等原因下損耗大量原材料，所以對材料的選擇要求非常高。而碳纖維編織復合材料的膨脹系數小、破損安全性能高、阻尼性能高和疲勞強度高，都決定了碳纖維編織復合材料具有很強抗熱性、抗壓性等性能，減少了原材料的消耗[4]。RTM 樹脂傳遞模型的原理在于先根據要求制作好模型，然后將樹脂注入模型、自然固化和得出模型制品，大大提升了羽毛球拍質量和生產效率高，加上投入低和有毒氣體少，所以稱為了目前應用頻率較高的一種羽毛球拍制造方法。

2.4 在擠拉成型中的應用

羽毛球拍在生產制造完成后還需要進行最后的調整，以便于及時發現處理不合格的羽毛球拍制品，而擠拉成型則是及時調整羽毛球拍結構及外形的有效方法，結合碳纖維編織復合材料能夠在解決各種制品問題的同時，優化羽毛球拍制品的結構及性能，從而提高羽毛球拍的質量和使用壽命。碳纖維編織復合材料在擠拉成型中的應用原理在于先將經過浸漬的碳纖維編織復合材料制作成羽毛球拍成型模具，然后將凝膠灌入模具腔內，最后固化、加熱和成型，形成最終的羽毛球拍制品。

結語

總之，碳纖維編織復合材料的應用，能夠在提升羽毛球拍耐磨性和質量的同時，延長羽毛球拍的使用壽命和優化其功能，證實了碳纖維編織復合材料具有很高的羽毛球拍生產價值及作用。因此，上文基于對碳纖維編織復合材料及其性能的了解，從纏繞成型、模壓成型、 RTM樹脂傳遞模型和擠拉成型中等方面分析了具體的應用措施及方法。

參考文獻

[1]楊磊. 碳纖維編織復合材料技術在羽毛球拍制造中的應用[J]. 粘接，2021，45（2）：63-66.

[2]劉雨辰，王鳳來. 碳纖維編織復合材料羽毛球拍參數化建模研究[J]. 高科技纖維與應用，2017，42（4）：52-56.

[3]周文龍，張天羽. 羽毛球拍用碳纖維的表面改性與性能研究[J]. 化學與粘合，2020，42（4）：265-268，279.

[4]石獅市鴻興文體器材有限公司. 一種耐磨的碳纖維羽毛球拍：CN201821667209.3[P]. 2019-08-02.

河北工程大學