現代科學技術的飛速發展對體育產生了前所未有的影響。當今世界的體育競爭本質上是科技的競爭，先進新穎的材料是提高體育科技水平的重要條件之一。現在很多運動中，人的身心刺激幾乎到了極限，勝負往往在一毫米之內。僅靠強壯的肌肉和良好的競技狀態是很難取勝的。運動員越來越依賴科學家的智慧，為設備而戰。人們期待運動員通過運動裝備的升級來挑戰極限。可以說，現代奧運會不再是單純的比其他國家的運動員更快、更高、更重。運動員與運動員之間的競爭背后，是國家和民族科技發展與人心凝聚的綜合競爭。奧運會上的記錄不僅是人類突破生理極限的體現，也是體育科技創新的集中展示。  

   碳纖維是一種含碳量很高的無機高分子纖維材料。是“外柔內剛”。它的重量比鋁輕，但強度比鋼高。它有四種產品形式:纖維、布、預浸料和短切纖維。布是指碳纖維制成的織物；預浸料是碳纖維以一致的方式沿一個方向排列，碳纖維或布用樹脂浸漬后轉變成薄片；短纖維是指短絲。根據不同的比例，這些產品和樹脂將一起使用，形成碳纖維增強復合材料(CFRP)。目前用于制造運動器材的新材料主要是復合材料，其中以碳纖維復合材料最好。從某種意義上說，現代競技運動是挑戰人類體能極限的運動。任何項目世界紀錄的微小提高，往往都需要和依賴于科技的推動。使用新材料來提高比賽器材的性能，從而提高運動成績的情況并不少見。

一.碳纖維復合材料用于運動器材的優勢

1.良好的破壞安全性能。

   在碳纖維復合材料中，由于基體的作用，每根纖維沿纖維方向拉伸時的應變基本相同。由于基體傳遞的應力，除斷裂外，大部分斷裂的纖維仍在發揮作用。個別纖維的斷裂不會引起連鎖反應和災難性的尖銳損傷，因此損傷安全性能非常好。

2.減震性能好。

   碳纖維復合材料聚合物基體具有粘彈性，基體中存在摩擦，界面上存在微裂紋和脫粘的地方。在振動過程中，粘彈性和摩擦力使部分動能轉化為熱能。所以它的阻尼比鋼和鋁合金的阻尼大，采取特定的措施可以增加阻尼。

3.設計自由度大。

   隨著復合材料成型技術的發展，設計的自由度大大提高。纖維復合材料的一個顯著特點是各向異性，通過改變纖維鋪放的方向和方式，可以局部增強或加強某一方向的應力。可以根據選手的年齡、性別、技能水平、體力等不同情況進行設計，最大限度地發揮運動器材的使用效果，這是一般各向同性金屬材料難以達到的。

4、重量輕

   運動器材，如桿子、高爾夫球桿、網球拍、自行車、滑雪板、皮劃艇等。，靠人力來搬，人們希望質量越輕越好；甚至是依靠人力以外的其他動力使其運動的設備，如賽車、帆船、摩托艇等。，同等條件下應該質量輕。碳纖維復合材料在這方面具有無可比擬的優勢，其密度為1.76-1.80 g/cm3，復合材料的密度為1.50-1.60g/co，而鋼、鋁、鈦的密度分別約為7.87 g/cm3、2.7 g/cm3、4.5 g/cm3。顯然，碳纖維復合材料比金屬材料要輕得多。

5.高比強度和模量

   碳纖維復合材料的比強度(單位質量強度)和比模量(單位質量模量)分別是杉木的4倍和3倍，梧桐的3.4倍和4.4倍，鋼的7-12倍和3-5倍。由于其突出的比強度和比模量，可用于制造輕質、堅固和剛性的產品，特別適合制造運動器材。

6.高疲勞強度。

    碳纖維的結構是穩定的。經過數百萬次循環應力疲勞試驗，碳纖維制成的復合材料強度保持率仍可達60%，而鋼為40%，鋁為30%。高疲勞強度使運動器材的使用壽命更長。

7.低熱膨脹系數

    碳纖維的熱膨脹系數在室溫下幾乎為負值，在200 ~ 400℃時為零。當溫度低于1 000℃時，其線膨脹系數為1.5×10 kK..

二、碳纖維的產品形式及運動器材的主要成型技術

   碳纖維復合材料通過合理的設計，可以整體成型，可以省去很多組合框和組裝框，降低生產成本。隨著技術的發展，運動器材的成型方法有很多，包括纏繞成型、壓縮成型、RTM成型、拉擠成型等技術。

1.纏繞成型技術

   在專用的纏繞機上，將預浸料均勻、規則地纏繞在旋轉的芯模上，最后固化、脫模得到產品。纏繞法不僅適用于制造簡單的旋轉體，如圓柱體、球體和一些正曲率旋轉體或圓柱形產品，也適用于非旋轉零件的制造。其顯著特點是能根據制品的受力情況，將纖維按一定規律排列，充分發揮纖維的強度，獲得輕質高強的制品；技術上可實現連續機械化生產，生產周期短，生產效率高，勞動強度低；其缺點是產品固化后需要拆下芯模，不適合制造凹曲面的產品。用這種方法，可以制作高爾夫球桿和釣魚竿。

2.成型技術

   成型工藝是通過在封閉的模腔中加熱和加壓來固化和成型復合材料產品的方法。成型模具由凹模和凸模組成，增強材料為短切纖維氈、連續纖維氈和織物。成型法生產效率高，產品尺寸準確，表面光滑，特別適合制造大批量、高精度、高重復性要求的產品。結構復雜的產品可一次成型，無需輔助加工(如車、銑、刨、磨、鉆等。)會損害產品性能，產品在外觀和尺寸上具有良好的重復性。其缺點是:模具設計制造復雜，初期投資高，易受設備限制。

3.RTM成型技術

   RTM(樹脂傳遞模塑)是復合材料常用的成型技術。該技術是將纖維或預制件鋪放在封閉的模腔中，通過壓力將樹脂液注入模腔中，浸泡纖維或預制件，然后固化脫模形成產品。RTM技術的優點是:可制造高質量、高精度、低孔隙率、高纖維含量的復雜復合材料構件，無需膠衣樹脂即可獲得光滑的雙面；從產品設計到生產時間短，生產效率高；RTM模具和產品可以用CAD設計，制造簡單，選材廣泛。RTM成型構件和管件易于實現局部增強或制造局部加厚構件，帶芯材的復合材料可一次成型；RTM工藝揮發少，有利于保護工人和生產環境。目前，RTM技術一般用于批量生產自行車和劃艇的車身部件。

4.拉擠技術

   用于連續生產纖維復合型材。拉擠成型(Pultrusion)是指將纖維束或帶狀織物通過外力拉伸、浸膠、擠壓、加熱固化、切割成一定長度，制成特定截面形狀、長度不限的線形制品的一種方法。它將浸漬后的連續纖維通過具有一定截面形狀的成型模具，在模腔內固化或在模腔內凝膠化，然后取出模具加熱固化。在牽引機械張力的作用下，可連續拉出無限長的型材產品。拉擠工藝簡單，效率高；采用拉擠成型制備產品時，增強纖維沿軸向平行排列，可以有效利用其強度。使用纖維氈增強材料可以制備各向同性產品；使用編織帶可以提高產品的橫向強度。拉擠產品具有強度高、重量輕、易于裝飾和表面質量好的特點。這些性能是許多類型的體育設施和相關應用的理想選擇，例如魚竿、弓箭、桿子和滑雪杖。

三。碳纖維復合材料在運動器材中的應用實例

   碳纖維復合材料的比強度越高，構件自重越小；模量越高，構件的剛度越大。所以充分利用碳纖維復合材料的特點，可以提高很多運動的成績。

1.弓箭

   在射箭項目中，提高射箭器材的性能是提高射箭成績的重要途徑，而提高其器材性能的主要方法是提高弓箭的專項彈性。當今世界上最好的弓是碳纖維復合材料系列產品。碳纖維復合材料制成的弓臂(弓片)可承受50公斤/hun 2的彎曲應力，賦予箭最大初速和最遠射程。張馳和碳纖維復合材料的弓射箭的抗疲勞能力是玻璃鋼和金屬材料無法比擬的，所以弓臂的使用壽命更長。

2.自行車

    隨著現代社會的快速發展，自行車不僅是一種交通工具，還具有健身、旅游、比賽等多種功能。高檔自行車的車架、前叉部件、車輪、曲軸、座椅支架均采用碳纖維復合材料材質，不僅使自行車外觀更加美觀，還賦予車身良好的剛性和減震性能。車身重量進一步減輕，乘坐舒適性更好。

    英特爾新材料(http://www.itlxcl.com)有限公司專注于R&D和碳纖維產品的生產。體育用品方面，研究設計彈簧板、冰球棍、游艇、劃艇、劃槳、帆船桅桿、摩托車零件、登山鞋等體育用品。獲得廣泛的市場。目前已與國內多家運動器材廠商達成戰略合作。

3.網球拍

    網球拍的發展趨勢是大型化和輕量化。目前世界上的高中檔網球拍，材質多為碳纖維復合材料。一個大網球拍需要用碳纖維復合材料做，重量輕，比比強，比模大。能承受比木質球拍框更強的網線張力，保證擊球時不會變形。阻尼好的碳纖維復合材料不僅能給球員舒適感，還能讓網球獲得更大的初速度。

4.握住桿子

    撐桿跳在第一屆奧運會上被正式吸收為比賽項目。當時的桿子是山核桃木做的，結實笨重，缺乏彈性，儲能能力差，所以隊員的動能大多被浪費了，所以跳出的最好成績只有3.3m，后來竹竿取代了木桿，重量輕有利于助跑，而彈性有利于能量轉換。20世紀60年代，運動員開始使用尼龍桿，不久尼龍桿被玻璃纖維桿取代。隨著電桿材料的不斷改革，世界紀錄一再被刷。如今撐桿已經發展到第四代，玻璃纖維和尼龍被性能更優越的碳纖維復合材料取代。而且可以根據撐桿的受力差異設計不同部位的材料，使整體性能最佳。最新的碳纖維桿能保證桿身靈活牢固不折斷不扭結，能把運動員快速助跑的動能轉化為桿身的彈性變形能。當桿子彎曲到最大弧度時，這種彈性變形能量可以再次釋放出來，轉化為運動員的勢能，幫助運動員起跳，飛越橫桿。

5.高爾夫俱樂部

    在20世紀30年代，鋼條是美國標準的高爾夫球桿。1972年，美國首次使用碳纖維復合材料制作高爾夫球桿。到1998年，碳纖維高爾夫球桿的數量已經大大超過了鋼筋。高爾夫球桿由手柄、桿身和桿頭組成。用碳纖維復合材料制作的高爾夫球桿，重量可以減輕10% ~ 40%左右。根據動量守恒定律，當高爾夫球桿總重量不變時，桿頭重量輕于揮桿速度，可以使球獲得較大的初速度。另外，碳纖維復合材料具有高阻尼特性，可以延長擊球時間，使球擊得更遠。