基于CFRP材料在体育器材上的应用与设计研究

潘超

（湖南大众传媒职业技术学院 湖南 长沙 410100）

引言

祖国不断地繁荣发展，赋予了人们生活的更多可能性。健康生活成为了人们日常生活所向往的状态，所以体育器材及运动场所成为了人们生活的一部分。CFRP材料能够帮助提升体育器材的整体性能，并运用于多个体育项目当中。

1、CFRP 材料

现阶段的体育运动很多项目已经离不开运动器械，虽然只起到辅助功能。运动器材成为了运动项目的载体，为后续的现代体育发展提供了强有力的支持。为了让运用器械达到高水准、高质量的要求，就要关注其制造生产的环节，要不断地寻找出适宜的现代化材料，并合理运用新型材料作为生产原料，进一步为体育事业打下坚实的基础。

通过相关工作人员的不断探索，最终选择了CFRP材料作为体育器材的材料。CFRP材料的实际运用，符合了时代发展的需要。CFRP材料又被称为碳纤维复合材料，主要是将碳纤维、树脂、金属等多元化的元素按照一定比例进行融合，最终融合出来的材料统称为碳纤维复合材料。这种材料相比较其他运用于实际的材料，强度更强、综合指标更优质。CFRP材料的强度与钢铁强度的5倍相同，但是又比5倍的钢铁轻的多，CFRP材料的出现证明了现代化化学工业行业的发展进程。它还有耐热性、耐磨性、能受力等优势，所以被选用在体育器材的生产当中。通过加入这个材料，能大大提升体育器材的舒适程度，全面发挥其优质性能，但也有小部分缺陷的。为了能发挥其最大价值，生产工艺技术和手段也在不断提高。随着人们重视健康和运动，现阶段的体育项目种类层出不穷，朝着全民化的方面发展。为了满足人们对于体育器械的要求，其生产行业要不断地发展。

2、当前体育项目对于运动器材的需求

为了能够顺利的开展体育活动，就要有优质的体育运动器材，它是能够协助提升体育运动水平的载体。对于现阶段的人们来说，体育运动不再是一种活动行为，而是一种健康的生活方式。不断地参加体育活动，除了能让身体逐渐健康，还能帮助人们建立起积极向上、奋勇向前的生活态度。人们对于体育生活的热情不断，那么对于体育设施、与活动场所等相关事物都会有所期望。

首先，在体育器材生产环节要符合人们的实际需求。要根据具体的体育项目及其器材要求开展生产活动。要满足人们丰富体育生活的要求，不断完善与体育项目同步的体育器材。现阶段人们生活中出现的体育项目越来越多，因此需要优化体育器材生产环节，在实际需求的基础上做出调整。然后，要随整体变化而变化。体育活动的发展，使得竞技水准也随之提升。现阶段最为明显的就是人们已经可以通过使用基础性的体育器材实现身体素质的提升，每个人的体能都增强，对于整个体育界来说，大大提升了相关项目的竞技水平。为了更好地提升运动竞技水平，还要不断地优化和发展体育器材，不断满足体育行业的发展需求。最终，在体育器材的生产环节要注重材料的选择，既要考虑体育项目的实际情况。还要考虑器械与运动的有机统一。如今，在国内已经掀起了一阵又一阵的全员运动风潮，体育项目也逐步被细化，因此要充分结合现代化的体育运动要求，制造出适用于所有年龄阶段使用的体育器械。

3、CFRP材料在体育器材上的应用与设计

3.1、在体育器材中运用CFRP材料的优势

（1）质量轻。

除了像举重这类有着重量要求的体育运动项目外，普遍都要求运动器材的质量要轻盈，不要在设备上浪费多余的力气。所运用的体育器材质量约轻，越能发挥出使用人员的运动能力。现阶段人们常接触的体育项目，多数都是以人力或者自然动力为主要源动力，这类型的运动都是以速度、距离来计算成绩的，质量越轻的设备受到的阻力也会越少，所以CFRP材料成为了人们喜爱的体育器材原材料之一。在没有这种材料之前，体育器材多用金属、木料等物质作为生产原料。与传统相比，CFRP材料与相同体积的材料来说，密度更细腻，质量更轻巧的特点。

（2）性能好。

体育器材作为直接辅助运动员发挥其能力的主要物体，有着高强度、韧性好的要求。这类特点属于机械性能，部分体育项目的成绩直接受体育器材机械性能的影响。常见的体育项目有跳高，超出人类自然力跳起的高度，就需要借用到杆子，俗称撑杆跳。对于这种体育与项目来说，杆就是重中之重。高强度、韧性好还有抗震优势的杆子能够起到良好的辅助功能。撑杆体育器材的演变就是从木杆、竹竿、金属杆再到现在的纤维材质，都是因为使用者提出了更多的要求，促使其不断发展。尤其使用纤维材质的杆，运动员的成绩更优异。

（3）可设计性高，经济又环保。

CFRP材质是通过人工合成而产生的新型材料，人们对于体育器材的期望成为了推动这种材料工艺生产发展优化的动力。人工复合材料与天然型的材料相比在进行加工设计工程时都容易了很多。生产工艺不断优化更新，对于CFRP材料的设计和加工工程就更简单。对于各种各样的要求都能够满足。随着大批量的生产都开始使用CFRP材料，使得投入成本逐渐减少，给相关生产企业带来了可观的经济收益。CFRP材料相比其他材料来说，有着保护生态环境的优势，其自身就是环保材料，也可以重复利用，大大减少了资源浪费的情况出现。

3.2、CFRP材料运用于体育产品的成型技术

CFRP材料有着独特的特质使其具有加工性、设计性，这类型的优势主要是为了满足不同人的需要。在使用CFRP材料时，一般都是一次就能展现超出整体成型，不需要其他配对型的工艺，从根本上减少了资源浪费的情况。随着国内加工技术的发展，现阶段的体育器材的成型技术主要有四种类型。

（1）模压成型工艺。

模压成型工艺主要是通过将CFRP材料保存在一个密闭型的模腔中，而后采用高温高压的技术让其形成固态的模样，最终形成所要制作出的产品。按压时运用到模具有阴和阳两部分构成，主要的增强材料是短切纤维和连续纤维织物。这种工艺能够确保体育设备的精准性，有着供重复利用的优势，因此在进行大批量的生产工艺中使用，但模压成型的工艺前期的资金投入较多，而且对生产环境也有要求。

（2）拉挤成型。

拉挤成型工艺，主要的生产动力是要靠外界的牵引力，而后经历浸胶、挤压等道道关卡，最终制造出形状百态的线性制品。这项技术可将CFRP材料平整放置，在制作时能大大提高材料的强度。拉挤工艺制造出的体育器材有着轻盈耐用的优势，被运用于制作弓箭器材、鱼竿、滑雪杆等体育器材。

（3）缠绕成型。

想要运用缠绕成型的工艺，需要在专业的缠绕机上进行。而后把相关材料有规划的缠绕在机器上，经过固化、去芯片等手段最终制作出产品。这种工艺常运用于以圆形图案为中心的体育器材的制造当中，少部分精细化的器材也可采取这类方式。这种方式由于是机械化的工艺，所以不适用于制造凹凸不平的器械。

（4）树脂传递模塑。

树脂传递模塑技术也是要将原材料放置于密封性较好的装置当中，利用压力将液态树脂植入到模具装置当中之后再脱模，就可获得成品。与之技术相匹配运用的还有RTM技术，一定程度上能够减少工艺难度，从而制作出更优质的产品。也同样对生产现场有着较高要求，一般用于制造增强局部零件当中。

3.3、CFRP材料在体育器材上的应用及设计效益

（1）应用及影响。

CFRP材料及其工艺手段的合理利用，不仅推动了现代化体育器械的发展，更对体育运动项目有着促进作用。在实际多运用CFRP材料的阶段，也不能完全随心随意，还是要按照相关的注意事项、使用原则开展工作，从而发挥出CFRP材料的最大优势。

（2）运用原则分析。

体育运动的机械材料能否合理运用，会对体育运动的竞技水平状况造成影响。在实际的体育器材的生产环节当中，品质的好坏绝大程度上依靠着材料及工艺技术的好坏来决定。在选择生产原材料的时候，将不同种类的碳纤维复合材料混合使用，得到的使用效果会是最好的。随着碳纤维复合材料的普及化运用，要适当的对相关工作起到约束作用。首先就是始终贯彻于体育运动协调发展的观念，按照器械要求形成制造标准，科学合理的运用材料。而后在运用CFRP材料时，除了要关注其自带的优势外，还要注重其适用性、实用性、卫生性等特点，依照器械的需要合理的运用每一种优势，从而发挥其最大价值。最后，就是要加大其自然环境效益，起到环保的作用，不断的扩大CFRP材料在各样格式的体育器械中的使用范围。

（3）应用要求分析。

将CFRP材料运用在体育器材的生产当中，解决了原有材料出现的问题，不断丰富其铸造的材料品质。在实际的使用范围内能够发现，CFRP材料已经存在于我们的生活当中。推动着体育用品的样式、种类向着多元化的方向发展，不断丰富着体育器械的内涵。在体育器材中使用这类材料，推动生产领域的创新、研发工作的进程，不断完善器械的性能。为体育器械行业后续的研究工作提供了坚实的基础。

（4）影响分析。

随着CFRP材料的普及，它成为了现代体育活动器材中必不可少的原材料。同样CFRP材料的主要应用范围也以体育设施为主。随着体育活动、项目的发展逐渐趋于成熟，想要满足体育行业的发展需要，就不得不制造出使用性能更好的器材。在制作的过程中要充分考虑使用者的真实需求，让使用者真正能灵活使用，从而才能保证给使用者带来的体验感受是良好的。CFRP材料在现阶段虽已经满足了大部分的需求，但人们对它的期望不会停止，相关行业不能安于现状，要不断地突破自我，积极主动的寻找出更便捷、更实用的制作材料和制作工艺。

3.4、具体运用举例

（1）滑雪板应用。

想要制造出使用者满意的滑雪板，就要制造出质量轻盈、减震功能好、耐摔且使用寿命长的滑雪板。传统的滑雪板选择的是以木头、金属为主要制造材料，这种类型制造出的滑雪板，容易出现由于外界碰撞或者自身化学性能不稳定原因从而造成变形问题而CFRP材料的运用，就完全解决了这一问题。大大增强了滑雪板的韧性，能够保障滑雪板在任何雪质中都不会变形，而且极易维护。

（2）高尔夫球杆应用。

CFRP材料最先运用于高尔夫球杆是在1972年的美国实现的，CFRP材料相比于同体积的头棒会更重一些，能够提升高尔夫球的初始速度，能够保证高尔夫球在空中平稳前进。我国现阶段较为高等的高尔夫球杆所采用的材料都是CFRP材料，充分发挥其密度小、强度高等优势，从而提高了使用者的感受。在传统球杆和新型球杆中，用同样的力度去打击高尔夫球，能够明显的看出，CFRP材料的高尔夫球杆击打出的高尔夫球，速度更快，飞行距离更远。

4、结语

CFRP材料在体育器械的生产领域被广泛运用，能够制造出更优质的体育用品。由于CFRP材料的优势，推动现代竞技体育的发展，满足人们生活的发展需求，在未来的体育器械的发展当中一定会成为主流。