1.Aplicació de materials compostos de fibra de carboni en l'àmbit de l'esport i l'oci i els principals processos de fabricació
L'aplicació de la fibra de carboni en productes esportius es va originar a la dècada de 1970. En aquell moment, tothom es va centrar en la indústria aeroespacial i militar. Al cap i a la fi, un camp de gamma alta, especialment la cursa espacial entre els EUA i la Soviètica, els satèl·lits, les naus espacials i els programes d'aterratge en la lluna durant aquest període, van cridar l'atenció del món.
Durant molt de temps, els materials compostos de fibra de carboni han penetrat amb èxit en diversos camps d'articles esportius, i els articles esportius també són el sector industrial per a l'aplicació i desenvolupament de fibra de carboni després de l'aeroespacial.
Els materials compostos de fibra de carboni s'han convertit en el material preferit a la indústria d'articles esportius a causa del seu pes lleuger, alta resistència i excel·lent resistència a la fatiga. La inspiració per al mercat d'articles esportius de fibra de carboni prové de Jim Flood als Estats Units, conegut com l'Edison del golf. El 1972, Jim Flood va descobrir que l'ús de pals de fibra de carboni pot colpejar pilotes de golf 30 metres més lluny que els ferros. Posteriorment, la fibra de carboni es va potenciar en altres esports com a substitut de materials metàl·lics, com el bàdminton, el tennis, el beisbol, l'skateboarding, l'esquí, el ciclisme, el rem, el tir amb arc i altres esports, així com els esports d'oci com la pesca.
2. Avantatges dels materials compostos de fibra de carboni en equipaments esportius
Amb el progrés de la societat, la recerca de l'estil de vida de la gent millora constantment. L'esport ha entrat a la vida de cadascun de nosaltres. Els mètodes d'entrenament saludables i científics també són el focus de l'atenció de la gent. Els requisits d'equipament esportiu són cada cop més alts. El mercat de nous equipaments esportius també s'està expandint i els requisits dels materials dels equipaments esportius també són cada cop més alts. Els avantatges de la fibra de carboni en pes i resistència la converteixen en el material preferit per als nous equipaments esportius. Com a resultat, la fibra de carboni s'utilitza cada cop més en l'àmbit de l'equipament esportiu. Quins són els avantatges de la fibra de carboni en equipaments esportius:
(1) Pes lleuger
A excepció dels esports especials que requereixen pes, quan la gent utilitza equipament esportiu per fer exercici, com més lleuger sigui l'equipament esportiu, millor. El pes lleuger pot permetre que els esportistes tinguin un millor rendiment, com ara raquetes de tennis, maces, bicicletes, esquís, etc. Fins i tot alguns equips que depenen d'una potència diferent a la humana per fer-los moure, com els cotxes de carreres i els velers, també requereixen un pes lleuger. que pot reduir els requisits d'energia i estalviar combustible. La fibra de carboni té avantatges insubstituïbles en aquest sentit.
(2) Bones propietats mecàniques
La força específica i el mòdul específic dels materials de fibra de carboni no poden ser superats per altres materials. Les seves propietats mecàniques úniques només satisfan les necessitats dels equips esportius i són una opció excel·lent per a equipaments esportius. Els compostos de fibra de carboni són principalment curats i modelats amb resina, cosa que pot tenir un paper més important en el disseny del processament.
(3) Seguretat, higiene i protecció del medi ambient
Els materials compostos de fibra de carboni no només tenen molts avantatges, sinó que també són un material respectuós amb el medi ambient amb higiene i seguretat garantides. Són materials nous amb propietats especials. A més de bones propietats mecàniques, forta plasticitat i alta seguretat, també són recursos reciclables. Són molt respectuosos amb el medi ambient i fàcils de reciclar, alhora que redueixen costos i estalvien recursos. Aquestes característiques es convertiran en els avantatges dels materials compostos de fibra de carboni en l'ús generalitzat d'equipaments esportius.
(4) Alta plasticitat
La plasticitat és una de les condicions bàsiques per a la fabricació d'equipaments esportius. Tots els plàstics i els materials compostos de fibra de carboni tenen un cert grau de plasticitat. Els plàstics i els seus aliatges es poden processar i formar de moltes maneres (emmotllament per bufat, emmotllament per injecció, extrusió, termoconformat, etc.), i després aplicats a equipaments esportius. En comparació amb altres materials comuns, tenen una millor plasticitat. Amb el desenvolupament de la indústria esportiva del meu país, els materials aplicats al camp dels equipaments esportius es poden processar de més maneres per millorar el rendiment dels equips esportius.
(5) Bona resistència a l'envelliment
En aplicacions reals, els equips esportius es troben principalment a l'aire lliure i es veuen afectats fàcilment per entorns naturals com la llum solar i les tempestes. Al mateix temps, substàncies com l'oxigen, l'ozó i els gasos àcids de l'atmosfera també la poden danyar. A més, els canvis de temperatura provocaran envelliment, esquerdes, canvis de color, etc. de l'equipament esportiu. Per tant, els equips esportius han de tenir una bona resistència a la corrosió i a l'envelliment quan s'utilitzen, especialment en entorns a l'aire lliure. Els requisits en aquest sentit són més estrictes. Si la resistència a l'envelliment és baixa, afectarà greument la vida útil de l'equip.
3. Aplicació de materials compostos de fibra de carboni en productes esportius i d'oci
L'aplicació de productes esportius de fibra de carboni es pot dividir en dues direccions principals. Un són els esports de competició, que posa l'accent principalment en l'alta precisió, més alta i més ràpida. L'altre és el fitness i el lleure diaris, que requereixen una relació cost-rendiment adequada. Actualment, els productes amb major consum de fibra de carboni en l'àmbit dels productes esportius són:
(1) Bicicletes
L'acer és el material més durador per a les bicicletes. Té bona elasticitat i baix cost, però a causa de la seva alta densitat, és fàcil d'oxidar i fatigar. L'aliatge d'alumini és un material d'ús habitual al mercat. És lleuger i no s'oxida, però la seva elasticitat és massa pobra, és fàcil de fatigar i la comoditat de conducció no és bona. La densitat de l'aliatge de magnesi és menor que la de l'aliatge d'alumini i el seu rendiment bàsic és similar al de l'aliatge d'alumini. La resistència a la fatiga de l'aliatge de titani és millor que la d'altres materials metàl·lics, però el preu és alt i la gravetat específica no és avantatjosa. Els materials compostos de fibra de carboni tenen una alta resistència, bona elasticitat, densitat lleugera i resistència a la corrosió. Les bicicletes produïdes amb materials compostos de fibra de carboni tenen les característiques següents:
a. Redueix eficaçment el pes total de la bicicleta
La densitat dels materials compostos a base de resina de fibra de carboni és generalment només 1,6. És només una cinquena part de l'acer i pot reduir el pes al voltant d'un 40% en comparació amb l'alumini. Hi ha una dita a la indústria de la bicicleta que si el pes es redueix en 1 g, el preu es pot augmentar en 1 dòlar. Un quadre de bicicleta compost de fibra de carboni és una quarta part més lleuger que un quadre d'aliatge d'alumini. El pes lleuger pot reduir la pèrdua d'energia física i, per tant, augmentar la velocitat de conducció.
b. Alta rigidesa general del cos
Un quadre amb bona rigidesa afavoreix la conversió de la força motriu i millora el rendiment de maneig de la bicicleta. L'estructura d'una bicicleta composta de fibra de carboni és forta i no és fàcil de deformar. La pràctica ha demostrat que la rigidesa del seu marc no és inferior a la d'un marc d'acer de molibdè.
c. Bona resistència als cops
La freqüència natural de l'estructura no només està relacionada amb la forma estructural, sinó també proporcional al quadrat del mòdul específic del material. Una freqüència natural elevada pot evitar danys precoços causats per la ressonància en condicions de treball. S'informa que les proves en marcs de la mateixa forma i mida mostren que la vibració d'un marc d'aliatge d'alumini triga 9 segons a aturar-se, mentre que el material compost de fibra de carboni amb una freqüència natural extremadament alta només triga 2,5 segons a aturar-se. La bona amortiment del material compost redueix els cops de la bicicleta i millora la comoditat de conducció.
d. Bona seguretat
La matriu dels materials compostos de fibra de carboni és una fase contínua que envolta fibres de carboni independents, formant un sistema dinàmic incert. Quan el material es veu afectat, quan es trenquen un petit nombre de fibres, la càrrega es redistribuirà ràpidament a les fibres ininterrompudes, de manera que l'estructura pugui continuar suportant la càrrega, millorant considerablement la seguretat de la conducció. És difícil observar signes evidents de fallada per fatiga dels materials metàl·lics generals, i la seva fallada sovint és sobtada, mentre que els marcs compostos de fibra de carboni tenen una molt bona resistència a la fatiga i es poden observar signes evidents abans de fallar. Els estudis han demostrat que els marcs compostos de fibra de carboni poden suportar més d'un milió de proves de col·lisió.
e. Major llibertat de disseny estructural
Els materials compostos de fibra de carboni tenen les característiques d'anisotropia. Aquesta característica dels materials compostos es pot utilitzar per organitzar i col·locar fibres segons la direcció i la mida de la càrrega de la bicicleta quan es condueix. La flexibilitat de la fabricació de materials compostos és favorable al disseny d'estructures de diverses formes. Per exemple, les bicicletes aerodinàmiques es poden dissenyar segons principis aerodinàmics, que són boniques i pràctiques, i fàcils d'aconseguir el millor rendiment de costos. f. Bona resistència a la corrosió
Els materials polimèrics tenen una bona resistència a l'àcid, l'àlcali i l'atmosfera industrial, de manera que els quadres de bicicletes fets de materials compostos de fibra de carboni tenen una excel·lent resistència a la corrosió àcida i àlcali.
El fabricant francès de cotxes esportius Bugatti i el fabricant holandès de bicicletes PG han llançat conjuntament la bicicleta més lleugera del món. El disseny de la bicicleta està inspirat en el cotxe de carreres esportius Chiron de Bugatti. Fabricat amb materials compostos de fibra de carboni, només pesa 11 lliures (uns 4,99 kg). Segons l'American Architectural Digest, el 95% de la bicicleta està feta de materials compostos de fibra de carboni.
La Universitat Txeca Tècnica de Praga utilitza un procés automàtic de bobinat de fibra, combinat amb la tecnologia de bucle integrat (ILT) desenvolupada per connexió contínua de tubs de fibra per produir quadres de bicicletes i components relacionats. ILT és un procés que combina elements estructurals compostos (com ara tubs i peces de connexió). Totes les peces es formen d'una sola peça i després es munten.
(2) Canyes de pescar
Per als entusiastes de la pesca, com jutges quina canya de pescar és la millor? En resum, reflecteix principalment tres punts: prim, lleuger i fort. Per tant, una canya de pescar d'alt rendiment ha de complir dues característiques: alta rigidesa i pes lleuger.
Amb l'aparició i desenvolupament de la fibra de carboni, proporciona una alta resistència específica i un alt mòdul específic per a les canyes de pescar, fent que aquestes canyes de pescar siguin més lleugeres i lleugeres. Per tant, les canyes de pescar actuals s'anomenen bàsicament "canyes de pescar de fibra de carboni".
Les canyes de pescar fetes de materials compostos reforçats amb fibra de carboni són molt més lleugeres que els productes GFRP o els plàstics, que consumeixen menys energia en retirar la canya, i la distància de retirada de la canya és aproximadament un 20% més lluny que aquest últim. Les canyes de pescar fetes de CFRP són llargues i bones, amb una gran rigidesa. Les canyes de pescar es poden recuperar ràpidament després de flexionar-se, fent-les més sensibles al lliurament d'esquers. Els plàstics reforçats amb fibra de carboni també es poden utilitzar per fer bobines d'arts de pesca, que no pesen més de 140 grams, però tenen una gran resistència a la fatiga i resistència a la fricció, de manera que tenen una llarga vida útil.
Avantatges de les canyes de pescar compostes de fibra de carboni
A causa de les seves característiques de lleugeresa i alta rigidesa, és àmpliament elogiat. En el procés de pesca, els avantatges de les canyes de pescar de fibra de carboni es reflecteixen en els aspectes següents:
·Com que les canyes de pescar de fibra de carboni són més lleugeres i primes, es poden manipular fàcilment amb una sola mà;
·A causa del seu pes lleuger, pot evitar que els usuaris se sentin cansats;
·La fibra de carboni pot fer que les canyes de pescar siguin més llargues, i les canyes de pescar més llargues permeten cobrir una àrea de pesca més àmplia;
·Les canyes de pescar de fibra de carboni són més sensibles als peixos;
Les canyes de pescar de fibra de carboni han entusiasmat els pescadors any rere any, i aquestes canyes de pescar de fibra de carboni també han convertit la pesca en una activitat d'entreteniment popular en lloc d'un esport bàsic, fet que sens dubte va crear un nou mercat per al camp de la fibra de carboni.
(3) Raquetes de tennis i raquetes de bàdminton
La tendència de desenvolupament de les raquetes de tennis és fer-se més grans i lleugeres. Actualment, la majoria de les raquetes de tennis de gamma alta i mitjana del món estan fetes de materials compostos de fibra de carboni. Les raquetes de tennis grans han d'estar fetes de materials compostos de fibra de carboni amb pes lleuger, alta resistència específica i alt mòdul específic. Poden suportar una tensió de corda més forta que els marcs de raqueta de fusta per assegurar-se que no es deformen en colpejar la pilota. Els materials compostos de fibra de carboni amb bones propietats d'amortiment de vibracions no només donen als atletes una sensació de confort, sinó que també permeten que la pilota de tennis obtingui una velocitat inicial més alta.
Les raquetes de tennis fetes de materials compostos són lleugeres i resistents, amb una gran rigidesa i poca tensió, cosa que pot reduir la desviació quan la pilota entra en contacte amb la raqueta. Al mateix temps, CFRP té bones propietats d'amortiment, que poden allargar el temps de contacte entre la corda i la pilota, permetent que la pilota de tennis obtingui una major acceleració. Per exemple, el temps de contacte de les raquetes de fusta és de 4,33 mil·lisegons, el dels productes d'acer és de 4,09 mil·lisegons i el de CFRP és de 4,66 mil·lisegons. Les velocitats inicials corresponents de la pilota són 1,38 km/h, 149,6 km/h i 157,4 km/h, respectivament.
Les raquetes de bàdminton fetes de materials compostos reforçats amb fibra de carboni (CFRP) es caracteritzen per un pes lleuger, una gran rigidesa i evitar el trencament del mànec causat per la rigidesa insuficient dels productes de fusta. També tenen una funció de reducció de vibracions i una bona resistència, que permet llargues distàncies de cop i retorn i una alta precisió d'aterratge de la pilota.
(4) Pals de golf
El 1972, els Estats Units van utilitzar per primera vegada materials compostos de fibra de carboni per fabricar pals de golf. El 1998, el nombre de pals de golf de fibra de carboni superava amb escreix el de pals d'acer. Els pals de golf es componen d'un grip, un eix i un cap. Els pals de golf fets amb materials compostos de fibra de carboni poden reduir el pes entre un 10% i un 40%. Segons la llei de conservació de l'impuls, quan el pes total d'un pal de golf és constant, un cap pesat i un eix lleuger poden augmentar la velocitat de swing i permetre que la pilota obtingui una velocitat inicial més gran. A més, els materials compostos de fibra de carboni tenen propietats d'amortiment elevades, que poden allargar el temps de cop i permetre que la pilota sigui colpejada més lluny.
(5) Caiac
L'ús de Kevlar, una fibra d'aramida que s'utilitza habitualment en el camp antibales, en un caiac pot garantir que el vaixell ben estructurat pugui resistir el trencament i el trencament. Quan s'utilitzen materials de grafè i fibra de carboni en canoes i cascos d'embarcacions, no només poden augmentar la força de funcionament del casc i reduir el pes, sinó que també poden augmentar la distància de planeig.
(6) Cotxes de carreres
A la dècada de 1980, quan l'equip McLaren F1 va utilitzar materials de fibra de carboni per construir el seu xassís de carreres, els seus cotxes de carreres estaven molt per davant de la competència. Com a resultat, l'enfocament de McLaren va ser imitat per altres equips i després retroalimentat a diversos supercotxes, cotxes d'alt rendiment i cotxes civils.
Actualment, l'aplicació de la fibra de carboni a la indústria de l'automòbil es divideix principalment en dos tipus: sec i humit. Entre ells, la fibra de carboni seca té menys resina residual durant la fabricació, i les peces modelades són més resistents i cares, de manera que és àmpliament utilitzada per les principals marques de superluxe.
El contingut de resina a la fibra de carboni humida és més gran, per la qual cosa és molt més barat que la fibra de carboni seca pel que fa a la resistència dels components i el cost de fabricació. Però tant si es tracta de fibra de carboni seca com humida, té un millor rendiment que els materials convencionals.
El cos de l'Ares AMR Pro utilitza una pintura verda fluorescent especial, i també afegeix un panell decoratiu de fibra de carboni que permet veure la disposició de les fibres de carboni. Les línies de tot el cotxe són més esveltes i els retrovisors exteriors laterals s'han canviat per un disseny més aerodinàmic. La part posterior del parafang davanter utilitza una obertura de ventilació de diverses peces per guiar millor l'aire al pas de la roda. Les faldilles laterals que estan gairebé a prop del terra estan connectades a les celles de les rodes davantera i posterior. El disseny de la porta d'ala de gavina també és molt encantador. Les rodes davanteres de 20-polzades i les rodes posteriors de 21-polzades estan equipades amb pneumàtics amples i plans i sistemes de frens de fibra de carboni ceràmica rembo, cosa que fa que tot el cotxe sembli més bonic.
L'interior també va copiar el disseny clàssic del cotxe de carreres de F1 de Fórmula 1. La cabina integrada de fibra de carboni fa que tot el cotxe sigui més rígid. El sostre, la cabina i el xassís adopten un disseny integrat de fibra de carboni. La rigidesa de tot el cotxe és més forta i la retroalimentació de la carretera és més real i positiva. La gran àrea de material de camussa fa ressò del material de fibra de carboni exposat. La consola central està equipada amb un volant rectangular arrodonit. Hi ha una pantalla LCD al mig del volant per mostrar la informació bàsica del vehicle. Les dues pantalles LCD suspeses estan inclinades cap al costat del conductor. El seient de carreres de fibra de carboni d'una sola peça és lleuger i també pot proporcionar un millor embolcall i suport per al conductor.
Amb el disseny de fibra de carboni d'una sola peça, la rigidesa de tot el vehicle és més forta i la retroalimentació de la carretera és més real i positiva. La gran àrea de material de camussa fa ressò del material de fibra de carboni exposat. La consola central està equipada amb un volant rectangular arrodonit. Hi ha una pantalla LCD al mig del volant per mostrar la informació bàsica del vehicle. Les dues pantalles LCD suspeses estan inclinades cap al costat del conductor. El seient de carreres de fibra de carboni d'una sola peça és lleuger i també pot proporcionar un millor embolcall i suport per al conductor.
