碳纖維在體育制品上的應用起源于上個世紀70年代，當時大家把目光都集中在航空航天軍工，畢竟那么高大上的領域，特別是那一段時間美蘇太空競賽，衛星、飛船上天，登月計劃，吸引了全世界的目光。

　　

　　長期以來，碳纖維復合材料已成功滲透到體育用品中的各個領域，而體育用品也是繼航空航天后碳纖維應用開發的工業部門.

　　

　　碳纖維復合材料因重量輕、高強度、耐疲勞性優異等，已成為體育用品行業的選材料。碳纖維的體育用品市場靈感源于美國的Jim Flood被稱為高爾夫球界的愛迪生。1972年，Jim Flood發現使用碳纖維球桿可以將高爾夫球擊出比鐵桿多30碼的距離。隨后，碳纖維在其他運動里推廣開來，將其作為金屬材料的替代品，如羽毛球、網球、棒球、滑板、滑雪、自行車、賽艇及射箭等運動，以及釣魚等休閑運動。

　　

　　

　　

　　　

　　2. 碳纖維復合材料在體育用品上的優勢

　　

　　隨著社會的進步，人們對生活方式的追求不斷提高，體育運動已經深入到我們每個人的生活當中，健康科學的訓練方式也是人們關注的重點，對運動器材的要求也是越來越高，新型運動器材的市場也在不斷的擴大，對于運動器材的材質要求也是越來越高，碳纖維在重量和強度方面的優勢，讓它成為了新型運動器材首選材料之以至于碳纖維在運動器材領域應用越來越廣泛，碳纖維在體育用品上面的應用都有哪些優勢：

　　

　　（1） 重量輕

　　

　　除了特殊體育項目要求重量，人們在用體育用品進行鍛煉時，體育用品當然是越輕越好。重量輕能使煉者更好的發揮水平，比如網球拍、球桿、自行車、滑雪板等，甚至還有一些靠人力之外動力使其運動的器材如賽車、帆船類也同樣要求質輕，可減少動力要求，節省燃料。碳纖維在這方面有不可代替的優勢。

　　

　　（2）良好的力學性能

　　

　　碳纖維材料的比強度、比模量是其他材料所不能超越的，其獨特的力學性能剛好滿足體育器材的需求，是體育器材可選材料的絕佳選擇。碳纖維復材主要是樹脂固化成型，在加工設計方面能發揮更多可能。

　　

　　（3）安全、衛生、環保

　　

　　碳纖維復合材料不僅優勢良多，而且是一種環保型材料，在衛生性及安全性上也有保障，屬于具有特殊性能的新型材料，其除了力學性能好、可塑性強、安全性高等功能外，還屬于可回收再利用資源。其具有很高的環保性，便于回收利用的同時還會降低成本、節約資源等，這些特性都將會成為碳纖維復合材料在體育運動器械中廣泛使用的優勢。

　　

　　（4）可塑性高

　　

　　可塑性是制造運動器械的基本條件之一，塑料、碳纖維復合材料等都具備一定的可塑性。塑料及其合金可以通過很多方式（吹塑、注塑、擠出、熱成型等）進行加工成型，然后再應用到運動器械中，與其他普通材料相比可塑性更好。隨著我國體育事業的發展，應用到體育運動器械領域的材料可以通過更多的加工方式使得運動器械的性能得以提高。

　　

　　（5）耐老化性好

　　

　　運動器械在實際應用中多處于室外，容易受到太陽照射、雷雨等自然環境的影響，同時大氣中氧氣、臭氧以及酸性氣體等物質也會對其產生破壞，再加上氣溫的變化，這些因素都會影響運動器械出現老化、裂痕、顏色變化等。因此，體育運動器械在投入使用時需要具備良好的耐腐蝕性、耐老化性等，尤其是在露天環境下對該方面的要求就更嚴格，如果耐老化不佳會嚴重影響器材的使用壽命。

　　

　　　　

　　3. 碳纖維復合材料在體育及休閑用品中的應用

　　

　　碳纖維體育用品應用的領域可以分為兩個大的方向，一個是競技體育，主要講求高精尖、更高、更快，一個是用于日常的健身及休閑，需要合適的性價比。目前碳纖維在體育用品領域，用量最大的幾個產品是：

　　

　　（1）自行車

　　

　　鋼材作為自行車最久的材料，他擁有很好的彈性，成本較低，但由于密度大，易生銹，易疲勞。鋁合金是目前市場上使用普遍的材料，他的重量輕，不會生銹，但彈性太差，容易疲勞，騎行的舒適感不好。鎂合金的密度比鋁合金要小，基本性能和鋁合金差不多。鈦合金的耐疲勞性比其他金屬材料好，但價格高，比重卻沒有優勢。而碳纖維復合材料強度高、彈性好、密度輕、耐腐蝕，由碳纖維復合材料生產的自行車具有以下各方面的特點：

　　

　　a. 有效降低了自行車的總重量

　　

　　碳纖維樹脂基復合材料的密度一般只有1.6。只是鋼的五分之一，與鋁材相比，可以減重40%左右。自行車行業內有這樣一種說法，重量減輕1g，價格可提高1美元。一輛碳纖維復合材料自行車車架比鋁合金車架輕四分之一。重量輕可以降低體能損耗從而提高騎行速度。

　　

　　b. 車身的總體剛性高

　　

　　剛度好的車架有利于驅動力的轉換，提高了自行車的操縱性能。碳纖維復合材料自行車的結構堅固，不容易變形。實踐證明，其車架剛性不低于珞鉬鋼車架。

　　

　　c.良好的抗震性

　　

　　結構的自振頻率不僅結構外形有關，還與材料的比模量平方成正比，高的自振頻率能夠避免了工作狀態下共振引起的早期破損。據報道，對形狀與尺寸相同的車架進行試驗表明，鋁合金車架需要9秒才能停止的振動，自振頻率極高的碳纖維復合材料只需要2.5秒就可以停止，復合材料良好的阻尼性減輕了自行車的顛簸，提高了乘騎的舒適性。

　　

　　d.安全性好

　　

　　碳纖維復合材料中的基體是以連續相形式包圍著獨立存在的碳纖維，構成一種動態不確定體系，當材料受到沖撞時，當其中少量纖維發生斷裂，載荷將會迅速重新分配到未斷裂的纖維上，這樣結構還能繼續承載，使騎乘的安全性大大提高了。一般金屬材料的疲勞破壞是很難觀察到明顯的征兆，其破壞往往是突發性破壞，而碳纖維復合材料車架具有非常好的抗疲勞性，而且破壞之前能夠觀察到明顯的征兆。研究表明，碳纖維復合材料車架耐沖撞試驗可超過百萬次。

　　

　　e .增加了結構設計的自由度

　　

　　碳纖維復合材料具有各向異性的特點，可以利用復合材料這一特點，根據自行車在行駛時受載的方向和大小來排列和鋪放纖維。復合材料制造的靈活性，有利于設計出各種造型的結構。如可按空氣動力學原理設計出流線型自行車，美觀而實用，容易實現最佳性價比。

　　

　　f. 良好的耐銹蝕性能

　　

　　高分子材料耐酸、耐堿、耐工業大氣的性能良好，因此碳纖維復合材料制成的自行車架有著極好的耐酸堿腐蝕性能。

　　

　　

　　

　　圖1 CFRP自行車

　　

　　日前，法國跑車制造商Bugatti 布加迪和荷蘭自行車制造商PG公司共同發布了一款世界最輕的自行車。該自行車的設計靈感來源于布加迪的凱龍星運動賽車，由于采用碳纖維復合材料制造，重量僅為11磅（約4.99kg）。據美國建筑學文摘Architectural Digestc稱，該自行車95%采用碳纖維復合材料制造。

　　

　　布拉格的捷克技術大學采用自動纖維纏繞工藝，結合連續纖維管連接開發的集成循環技術（ILT）生產自行車架，以及相關的組件部件。ILT是一種將結構復合元件（例如管與連接部件）組合在一起的工藝。所有部件一體成型，之后再組裝起來。

　　

　　

　　

　　圖2 CFRP管件在自行車中發揮巨大作用

　　　　　

　　（2）釣魚竿

　　

　　對于釣魚愛好者而言，如何判斷何種釣魚竿是最好的？歸結起來，主要體現在三點：細、輕和結實。因此，性能優異的釣魚竿需要滿足兩個特性：高剛度和輕量化。

　　

　　隨著碳纖維的出現與發展，它為釣魚竿提供了高比強度和高比模量，從而使得這些釣魚竿變得越來越輕，因此，現在的釣魚竿基本上被稱為“碳纖維魚竿”。

　　

　　

　　

　　圖3 碳纖維釣魚竿

　　

　　碳纖維增強復合材料制成的釣魚桿比GFRP制品或價都要輕得多，使其在撤桿時消耗能量少，而且撤桿距比后者遠20%左右。CFRP所制的釣魚竿長而好，剛性大，釣魚竿在彎曲之后能迅速復原，使其傳遞誘餌的感覺較為靈敏。用碳纖維增強塑料還可以制成漁具的卷鈾，其重量不超過140克，但它的疲勞強度高，耐摩擦，因而使用壽命長。

　　

　　

　　

　　圖 4 碳纖維釣魚竿

　　

　　碳纖維復合材料釣魚竿的優點

　　

　　由于具備輕量化、高剛度等特性，廣受好評，在釣魚過程中，碳纖維釣魚竿的具有優勢體現在一下幾個方面：

　　

　　·由于碳纖維釣魚竿更輕更薄，所以可以用一只手輕松地操縱這些魚竿；

　　

　　·因為重量輕，因此可防止使用者感到疲勞；

　　

　　·碳纖維可使魚竿具有更長的長度，而更長的釣魚竿意味著可以覆蓋更廣闊的捕魚區域；

　　

　　·碳纖維釣魚竿對魚類的反應更為敏感；

　　

　　碳纖維釣魚竿已經使得垂釣者年復一年愈加狂熱，而這些碳纖維釣魚竿也使得釣魚成為一種大眾娛樂活動，而不是一項基本運動，這就無疑為碳纖維領域創造了一個新的市場。

　　

　　

　　

　　圖5 碳纖維釣魚竿

　　

　　

　　（3）網球拍和羽毛球拍

　　

　　網球拍的發展趨勢是大型化、輕量化。目前世界上高、中檔網球拍大多采用碳纖維復合材料制成。大型網球拍需要采用重量輕、比強和比模大的碳纖維復合材料來制造，它可以承受比木質拍框更強的網線拉力，以保證擊球時不變形。減振阻尼性好的碳纖維復合材料，在賦予運動員舒適感的同時也使網球獲得了較大的初速度。

　　

　　復合材料制成的網球拍，輕而堅，剛性大，應變小，可降低球與球拍接觸時的偏離度，同時，CFRP的阻尼性好，可延長腸線與球的接觸時間，使網球獲得較大的加速度。例如，木制球拍的接觸時間為4.33毫秒，鋼制品為4.09毫秒，CFRP為4.66毫秒，相對應的球的初速度則分別為1.38千米/時、149.6千米/時和157.4千米/時。

　　

　　

　　

　　圖6 碳纖維復合材料網球拍

　　

　　碳纖維增強復合材料(CFRP)制成的羽毛球拍其特點是重量輕、剛性大、避免了木制品因其剛性不足而造成的斷把現象，而且具有減振功能，回彈性好，使擊球、回球距離遠，球落點精度高等優點。

　　

　　　

　　（4）高爾夫球桿

　　

　　1972年美國首先采用碳纖維復合材料制成球桿，到1998年碳纖維高爾夫球桿數量大幅度超過鋼桿。高爾夫球桿由握把、桿身、桿頭組成，用碳纖維復合材料制成的高爾夫球桿可減輕重量約10％～40％。根據動量守恒定理，當高爾夫球桿的總重量一定時，頭重桿輕便于提高揮桿速度，可使球獲得較大的初速度。此外，碳纖維復合材料具有高阻尼特性，可使擊球時間延長，球被擊得更遠。

　　

　　

　　圖7 碳纖維高爾夫球桿

　　

　　　

　　（5）皮劃艇

　　

　　在皮劃艇上通過使用通常用于防彈領域的芳綸纖維凱夫拉（Kevlar），可以保證結構良好的船只能夠抵抗開裂和破碎。而當石墨烯和碳纖維材料用于獨木舟和船殼時，不但可以增加船體運行強度、減輕重量，而且還能增加滑行距離。

　　

　　

　　

　　圖8 碳纖維復合材料皮劃艇

　　

　　

　　

　　

　　

　　圖9 碳纖維復合材料皮劃艇和漿

　　　　　　

　　（6）賽車

　　

　　上世紀80年代，當邁凱倫F1車隊用碳纖維材料打造其賽車底盤之后，他們的賽車便在賽場上一騎絕塵。于是邁凱倫的做法被其他車隊爭相模仿，并在之后反哺到各家超跑、高性能車以及民用車上。

　　

　　目前來講，碳纖維在汽車行業的應用主要分為兩種：干式與濕式。其中，干式碳纖維在制造時殘余的樹脂量更少，成型后的部件強度更高，價格也更貴，所以被各大超豪華品牌廣泛使用。

　　

　　而濕式碳纖維內的樹脂含量更高，因此在部件強度、制造成本上會比干式的要便宜許多。但不管是干式還是濕式碳纖維，相較常規材料都有更出色的性能表現。

　　

　　

　　

　　圖10 碳纖維復合材料賽車AMR Pro

　　

　　戰神AMR Pro的車身采用了特殊的熒光綠色的車漆，還加入了可以看到碳絲排列情況的碳纖維裝飾面板，整車的線條更加修長，側面的外后視鏡也改為了更加符合動氣動力學的設計，前側翼子板后方采用了多片式的通風開口，能夠更好的導出車輪拱內的空氣，幾乎要貼著地面的側裙與前后輪眉相連，鷗翼門設計也十分迷人，20英寸的前輪和21英寸的后輪都配備了扁平的寬胎和rembo陶瓷碳纖維制動系統，讓整車看上去更加帥氣。

　　

　　

　　

　　圖11 碳纖維復合材料內飾

　　

　　車內也照搬了F1方程式賽車的經典設計，一體式的碳纖維座艙讓它的整車剛性更好，車頂、座艙與底盤采用碳纖維一體式設計，整車的剛性更強，路面反饋也更加真實，更加積極。大面積麂皮絨材質的鋪陳與裸露的碳纖維材質遙相呼應，中控臺配備了圓角矩形方向盤，方向盤中間有一塊LCD顯示屏，用來顯示車輛的基本信息，懸浮式的兩塊液晶屏角度偏向駕駛一側，一體式的碳纖維賽車座椅，輕量化的同時也能為駕駛員帶來更好的包裹和支持。

　　

　    用碳纖維一體式設計，整車的剛性更強，路面反饋也更加真實，更加積極。大面積麂皮絨材質的鋪陳與裸露的碳纖維材質遙相呼應，中控臺配備了圓角矩形方向盤，方向盤中間有一塊LCD顯示屏，用來顯示車輛的基本信息，懸浮式的兩塊液晶屏角度偏向駕駛一側，一體式的碳纖維賽車座椅，輕量化的同時也能為駕駛員帶來更好的包裹和支持。

　　

　　

　　

　　圖12 碳纖維復合材料F1賽車