1.Aplicarea materialelor compozite din fibră de carbon în domeniul sportului și al agrementului și în principalele procese de fabricație
Aplicarea fibrei de carbon în produsele sportive a apărut în anii 1970. La acea vreme, toată lumea se concentra pe industria aerospațială și militară. La urma urmei, un astfel de domeniu de vârf, în special cursa spațială SUA-sovietică, sateliții, navele spațiale și programele de aterizare pe Lună în acea perioadă, au atras atenția lumii.
Pentru o lungă perioadă de timp, materialele compozite din fibră de carbon au pătruns cu succes în diverse domenii ale articolelor sportive, iar articolele sportive sunt, de asemenea, sectorul industrial pentru aplicarea și dezvoltarea fibrei de carbon după industria aerospațială.
Materialele compozite din fibră de carbon au devenit materialul de alegere în industria articolelor sportive datorită greutății lor ușoare, rezistenței ridicate și rezistenței excelente la oboseală. Inspirația pentru piața de articole sportive a fibrei de carbon vine de la Jim Flood din Statele Unite, care este cunoscut drept Edisonul golfului. În 1972, Jim Flood a descoperit că utilizarea croselor din fibră de carbon poate lovi mingile de golf cu 30 de metri mai departe decât fierele de călcat. Ulterior, fibra de carbon a fost promovată în alte sporturi ca înlocuitor al materialelor metalice, precum badminton, tenis, baseball, skateboarding, schi, ciclism, canotaj, tir cu arcul și alte sporturi, precum și sporturi de agrement precum pescuitul.
2. Avantajele materialelor compozite din fibră de carbon în echipamentele sportive
Odată cu progresul societății, căutarea oamenilor pentru stilul de viață se îmbunătățește constant. Sportul a pătruns în viața fiecăruia dintre noi. Metodele de pregătire sănătoase și științifice sunt, de asemenea, în centrul atenției oamenilor. Cerințele pentru echipamentul sportiv sunt din ce în ce mai mari. Piața noilor echipamente sportive este, de asemenea, în expansiune, iar cerințele pentru materialele echipamentelor sportive sunt, de asemenea, din ce în ce mai mari. Avantajele fibrei de carbon ca greutate și rezistență o fac materialul preferat pentru noile echipamente sportive. Drept urmare, fibra de carbon este din ce în ce mai utilizată în domeniul echipamentelor sportive. Care sunt avantajele fibrei de carbon în echipamentele sportive:
(1) Greutate redusă
Cu excepția sporturilor speciale care necesită greutate, atunci când oamenii folosesc echipament sportiv pentru exerciții fizice, cu cât echipamentul sportiv este mai ușor, cu atât mai bine. Greutatea ușoară le poate permite celor care antrenează să aibă performanțe mai bune, cum ar fi rachete de tenis, crose, biciclete, schiuri etc. Chiar și unele echipamente care se bazează pe o altă putere decât puterea umană pentru a le face să se miște, cum ar fi mașinile de curse și bărcile cu pânze, necesită, de asemenea, greutate redusă, ceea ce poate reduce necesarul de energie și poate economisi combustibil. Fibra de carbon are avantaje de neînlocuit în acest sens.
(2) Proprietăți mecanice bune
Rezistența specifică și modulul specific al materialelor din fibră de carbon nu pot fi depășite de alte materiale. Proprietățile sale mecanice unice satisfac doar nevoile echipamentelor sportive și reprezintă o alegere excelentă pentru echipamentul sportiv. Compozitele din fibră de carbon sunt în principal tratate cu rășină și turnate, ceea ce poate juca un rol mai important în proiectarea procesării.
(3) Siguranța, igiena și protecția mediului
Materialele compozite din fibra de carbon nu numai ca au multe avantaje, dar sunt si un material prietenos cu mediul, cu igiena si siguranta garantate. Sunt materiale noi cu proprietăți deosebite. Pe lângă proprietățile mecanice bune, plasticitatea puternică și siguranța ridicată, acestea sunt și resurse reciclabile. Sunt extrem de ecologice și ușor de reciclat, reducând în același timp costurile și economisind resurse. Aceste caracteristici vor deveni avantajele materialelor compozite din fibră de carbon în utilizarea pe scară largă a echipamentelor sportive.
(4) Plasticitate ridicată
Plasticitatea este una dintre condițiile de bază pentru fabricarea echipamentului sportiv. Materialele plastice și materialele compozite din fibră de carbon au toate un anumit grad de plasticitate. Materialele plastice și aliajele lor pot fi prelucrate și formate în mai multe moduri (formare prin suflare, turnare prin injecție, extrudare, termoformare etc.) și apoi aplicate pe echipamentele sportive. În comparație cu alte materiale comune, au o plasticitate mai bună. Odată cu dezvoltarea industriei sportive din țara mea, materialele aplicate în domeniul echipamentelor sportive pot fi prelucrate în mai multe moduri pentru a îmbunătăți performanța echipamentului sportiv.
(5) Rezistență bună la îmbătrânire
În aplicațiile reale, echipamentele sportive sunt în mare parte în aer liber și sunt ușor afectate de mediile naturale, cum ar fi lumina soarelui și furtunile. În același timp, substanțe precum oxigenul, ozonul și gazele acide din atmosferă o pot deteriora. În plus, schimbările de temperatură vor provoca îmbătrânirea, crăpăturile, schimbările de culoare etc. ale echipamentelor sportive. Prin urmare, echipamentele sportive trebuie să aibă o bună rezistență la coroziune și rezistență la îmbătrânire atunci când sunt puse în funcțiune, în special în medii în aer liber. Cerințele în acest sens sunt mai stricte. Dacă rezistența la îmbătrânire este slabă, aceasta va afecta grav durata de viață a echipamentului.
3. Aplicarea materialelor compozite din fibră de carbon în produse sportive și de agrement
Aplicarea produselor sportive din fibră de carbon poate fi împărțită în două direcții majore. Unul este sportul competitiv, care pune accentul în principal pe precizia ridicată, mai mare și mai rapidă. Celălalt este fitnessul zilnic și petrecerea timpului liber, care necesită un raport cost-performanță adecvat. În prezent, produsele cu cel mai mare consum de fibră de carbon în domeniul produselor sportive sunt:
(1) Biciclete
Oțelul este cel mai durabil material pentru biciclete. Are o elasticitate bună și un cost scăzut, dar datorită densității sale mari, este ușor de ruginit și obosit. Aliajul de aluminiu este un material frecvent utilizat pe piață. Este ușor și nu va rugini, dar elasticitatea sa este prea slabă, este ușor de obosit, iar confortul de călătorie nu este bun. Densitatea aliajului de magneziu este mai mică decât cea a aliajului de aluminiu, iar performanța sa de bază este similară cu cea a aliajului de aluminiu. Rezistența la oboseală a aliajului de titan este mai bună decât cea a altor materiale metalice, dar prețul este ridicat și greutatea specifică nu este avantajoasă. Materialele compozite din fibră de carbon au rezistență ridicată, elasticitate bună, densitate ușoară și rezistență la coroziune. Bicicletele produse din materiale compozite din fibră de carbon au următoarele caracteristici:
o. Reduceți eficient greutatea totală a bicicletei
Densitatea materialelor compozite pe bază de rășină din fibră de carbon este în general de numai 1,6. Este doar o cincime din oțel și poate reduce greutatea cu aproximativ 40% în comparație cu aluminiul. Există o vorbă în industria bicicletelor că dacă greutatea este redusă cu 1g, prețul poate fi crescut cu 1 dolar. Un cadru de bicicletă din compozit din fibră de carbon este cu un sfert mai ușor decât un cadru din aliaj de aluminiu. Greutatea ușoară poate reduce pierderea de energie fizică și astfel crește viteza de deplasare.
b. Rigiditate generală ridicată a corpului
Un cadru cu o rigiditate bună este favorabil conversiei forței motrice și îmbunătățește performanța de manevrabilitate a bicicletei. Structura unei biciclete compozite din fibră de carbon este puternică și nu se deformează ușor. Practica a demonstrat că rigiditatea cadrului său nu este mai mică decât cea a unui cadru din oțel molibden.
c. Rezistenta buna la socuri
Frecvența naturală a structurii nu este legată doar de forma structurală, ci și proporțională cu pătratul modulului specific al materialului. O frecvență naturală ridicată poate evita deteriorarea timpurie cauzată de rezonanță în condiții de lucru. Se raportează că testele pe cadre de aceeași formă și dimensiune arată că vibrația unui cadru din aliaj de aluminiu durează 9 secunde pentru a se opri, în timp ce materialul compozit din fibră de carbon cu frecvență naturală extrem de ridicată durează doar 2,5 secunde pentru a se opri. Amortizarea bună a materialului compozit reduce denivelările bicicletei și îmbunătățește confortul de mers.
d. Siguranță bună
Matricea din materialele compozite din fibră de carbon este o fază continuă care înconjoară fibrele de carbon independente, formând un sistem dinamic incert. Când materialul este afectat, când un număr mic de fibre se rupe, sarcina va fi redistribuită rapid la fibrele neîntrerupte, astfel încât structura să poată continua să suporte sarcina, îmbunătățind considerabil siguranța călăriei. Este dificil de observat semne evidente de defectare la oboseală a materialelor metalice generale, iar defecțiunea lor este adesea bruscă, în timp ce cadrele compozite din fibră de carbon au o rezistență foarte bună la oboseală, iar semnele evidente pot fi observate înainte de defectare. Studiile au arătat că cadrele compozite din fibră de carbon pot rezista la peste un milion de teste de coliziune.
e. Libertate crescută de proiectare structurală
Materialele compozite din fibră de carbon au caracteristicile anizotropiei. Această caracteristică a materialelor compozite poate fi utilizată pentru a aranja și a așeza fibrele în funcție de direcția și dimensiunea încărcăturii de pe bicicletă în timpul conducerii. Flexibilitatea fabricării materialelor compozite este favorabilă proiectării structurilor de diferite forme. De exemplu, bicicletele raționalizate pot fi proiectate conform principiilor aerodinamice, care sunt frumoase și practice și ușor de obținut cele mai bune performanțe de cost. f. Rezistență bună la coroziune
Materialele polimerice au o rezistență bună la acid, alcali și atmosferă industrială, astfel încât cadrele de biciclete din materiale compozite din fibră de carbon au o rezistență excelentă la coroziune acidă și alcalină.
Producătorul francez de mașini sport Bugatti și producătorul olandez de biciclete PG au lansat împreună cea mai ușoară bicicletă din lume. Designul bicicletei este inspirat de mașina de curse sport Chiron de la Bugatti. Fabricat din materiale compozite din fibră de carbon, cântărește doar 11 lire (aproximativ 4,99 kg). Potrivit American Architectural Digest, 95% din bicicletă este realizată din materiale compozite din fibră de carbon.
Universitatea Tehnică Cehă din Praga folosește un proces de înfășurare automată a fibrei, combinat cu tehnologia integrată în buclă (ILT) dezvoltată prin conexiunea continuă a tubului de fibră pentru a produce cadre de bicicletă și piese componente aferente. ILT este un proces care combină elemente structurale compozite (cum ar fi tuburile și piesele de legătură). Toate piesele sunt formate dintr-o singură bucată și apoi asamblate.
(2) Undițe
Pentru pasionații de pescuit, cum judeci care undiță este cea mai bună? Pe scurt, reflectă în principal trei puncte: subțire, ușor și puternic. Prin urmare, o undiță de înaltă performanță trebuie să îndeplinească două caracteristici: rigiditate ridicată și greutate redusă.
Odată cu apariția și dezvoltarea fibrei de carbon, aceasta oferă o rezistență specifică ridicată și un modul specific ridicat pentru undițele de pescuit, făcând aceste undițe mai ușoare și mai ușoare. Prin urmare, undițele de pescuit de astăzi sunt denumite practic „undițe din fibră de carbon”.
Undițele din materiale compozite armate cu fibră de carbon sunt mult mai ușoare decât produsele GFRP sau materialele plastice, care consumă mai puțină energie la retragerea lansetei, iar distanța de retragere a lansetei este cu aproximativ 20% mai mare decât cea din urmă. Undițele din CFRP sunt lungi și bune, cu rigiditate ridicată. Undițele se pot recupera rapid după îndoire, făcându-le mai sensibile la livrarea de momeală. Materialele plastice armate cu fibră de carbon pot fi, de asemenea, folosite pentru a face bobine de unelte de pescuit, care nu cântăresc mai mult de 140 de grame, dar au rezistență ridicată la oboseală și rezistență la frecare, astfel încât au o durată de viață lungă.
Avantajele undițelor de pescuit compozite din fibră de carbon
Datorită caracteristicilor sale ușoare și de rigiditate ridicată, este lăudat pe scară largă. În procesul de pescuit, avantajele undițelor din fibră de carbon se reflectă în următoarele aspecte:
·Deoarece undițele din fibră de carbon sunt mai ușoare și mai subțiri, pot fi manipulate ușor cu o singură mână;
· Datorită greutății sale reduse, poate împiedica utilizatorii să se simtă obosiți;
·Fibra de carbon poate face undițele mai lungi, iar undițele mai lungi înseamnă că o zonă de pescuit mai largă poate fi acoperită;
·Undițele din fibră de carbon sunt mai sensibile la pești;
Undițele din fibră de carbon au făcut pescarii din ce în ce mai entuziaști an de an, iar aceste undițe din fibră de carbon au făcut, de asemenea, pescuitul o activitate populară de divertisment, mai degrabă decât un sport de bază, ceea ce a creat, fără îndoială, o nouă piață pentru domeniul fibrei de carbon.
(3) Rachete de tenis și rachete de badminton
Tendința de dezvoltare a rachetelor de tenis este să devină mai mari și mai ușoare. În prezent, majoritatea rachetelor de tenis high-end și mid-range din lume sunt fabricate din materiale compozite din fibră de carbon. Rachetele mari de tenis trebuie să fie fabricate din materiale compozite din fibră de carbon, cu greutate redusă, rezistență specifică ridicată și modul specific ridicat. Ele pot rezista la o tensiune mai puternică a corzilor decât ramele din lemn pentru a se asigura că nu se deformează la lovirea mingii. Materialele compozite din fibră de carbon cu proprietăți bune de amortizare a vibrațiilor nu numai că oferă sportivilor un sentiment de confort, dar permit și mingii de tenis să obțină o viteză inițială mai mare.
Rachetele de tenis din materiale compozite sunt ușoare și puternice, cu rigiditate ridicată și tensiune redusă, ceea ce poate reduce abaterea atunci când mingea intră în contact cu racheta. În același timp, CFRP are proprietăți bune de amortizare, care pot prelungi timpul de contact dintre coardă și minge, permițând mingii de tenis să obțină o accelerație mai mare. De exemplu, timpul de contact al rachetelor din lemn este de 4,33 milisecunde, cel al produselor din oțel este de 4,09 milisecunde, iar cel al CFRP este de 4,66 milisecunde. Vitezele inițiale corespunzătoare ale mingii sunt 1,38 km/h, 149,6 km/h și, respectiv, 157,4 km/h.
Rachetele de badminton din materiale compozite armate cu fibră de carbon (CFRP) se caracterizează prin greutate redusă, rigiditate ridicată și evitarea ruperii mânerului cauzată de rigiditatea insuficientă a produselor din lemn. Au, de asemenea, funcție de reducere a vibrațiilor și o bună rezistență, ceea ce permite distanțe lungi de lovire și întoarcere și precizie mare de aterizare a mingii.
(4) Cluburi de golf
În 1972, Statele Unite au folosit pentru prima dată materiale compozite din fibră de carbon pentru a face crose de golf. Până în 1998, numărul de crose de golf din fibră de carbon l-a depășit cu mult pe cel al croselor de oțel. Crosele de golf sunt compuse dintr-un mâner, un arbore și un cap. Crose de golf din materiale compozite din fibră de carbon pot reduce greutatea cu aproximativ 10% până la 40%. Conform legii conservării impulsului, atunci când greutatea totală a unei crose de golf este constantă, un cap greu și un arbore ușor pot crește viteza de leagăn și permit mingii să obțină o viteză inițială mai mare. În plus, materialele compozite din fibră de carbon au proprietăți mari de amortizare, care pot prelungi timpul de lovire și pot permite mingii să fie lovită mai departe.
(5) Caiac
Folosind Kevlar, o fibră de aramidă folosită în mod obișnuit în câmpul antiglonț, pe un caiac se poate asigura că barca bine structurată poate rezista la crăpare și spargere. Atunci când materialele din fibră de carbon și grafen sunt utilizate în canoe și carene de bărci, acestea pot nu numai să mărească rezistența la rulare a carenei și să reducă greutatea, ci și să mărească distanța de alunecare.
(6) Mașini de curse
În anii 1980, când echipa McLaren F1 a folosit materiale din fibră de carbon pentru a-și construi șasiul de curse, mașinile lor de curse erau cu mult înaintea concurenței. Drept urmare, abordarea lui McLaren a fost imitată de alte echipe și apoi a fost transmisă înapoi la diferite supercaruri, mașini de înaltă performanță și mașini civile.
În prezent, aplicarea fibrei de carbon în industria auto este împărțită în principal în două tipuri: uscată și umedă. Printre acestea, fibra de carbon uscată are mai puțină rășină reziduală în timpul producției, iar piesele turnate sunt mai rezistente și mai scumpe, așa că este utilizată pe scară largă de marile mărci de super lux.
Conținutul de rășină din fibra de carbon umedă este mai mare, deci este mult mai ieftină decât fibra de carbon uscată în ceea ce privește rezistența componentelor și costul de fabricație. Dar fie că este fibră de carbon uscată sau umedă, are performanțe mai bune decât materialele convenționale.
Corpul lui Ares AMR Pro folosește o vopsea verde fluorescentă specială și, de asemenea, adaugă un panou decorativ din fibră de carbon care poate vedea aranjamentul fibrelor de carbon. Liniile întregii mașini sunt mai zvelte, iar oglinzile exterioare laterale au fost schimbate într-un design mai aerodinamic. Partea din spate a aripii față folosește o deschidere de ventilație din mai multe piese pentru a ghida mai bine aerul din arcul roții. Pragurile laterale care sunt aproape aproape de sol sunt conectate la sprâncenele roților din față și din spate. Designul ușii cu aripi de pescăruş este, de asemenea, foarte fermecător. Roțile față de 20-inchi și roțile din spate de 21-inchi sunt echipate cu anvelope late plate și sisteme de frânare din fibră de carbon ceramică rembo, ceea ce face ca întreaga mașină să arate mai frumos.
Interiorul a copiat și designul clasic al mașinii de curse de Formula 1 de Formula 1. Carlinga integrată din fibră de carbon face ca întreaga sa mașină să fie mai rigidă. Acoperișul, cockpitul și șasiul adoptă un design integrat din fibră de carbon. Rigiditatea întregii mașini este mai puternică, iar feedback-ul rutier este mai real și mai pozitiv. Suprafața mare de material din piele de căprioară reflectă materialul expus din fibră de carbon. Consola centrală este echipată cu un volan dreptunghiular rotunjit. Există un afișaj LCD în mijlocul volanului pentru a afișa informațiile de bază ale vehiculului. Cele două ecrane LCD suspendate sunt înclinate spre partea șoferului. Scaunul de curse dintr-o bucată din fibră de carbon este ușor și poate oferi, de asemenea, o îmbinare și un sprijin mai bun pentru șofer.
Cu designul dintr-o singură bucată din fibră de carbon, rigiditatea întregului vehicul este mai puternică, iar feedback-ul rutier este mai real și mai pozitiv. Suprafața mare de material din piele de căprioară reflectă materialul expus din fibră de carbon. Consola centrală este echipată cu un volan dreptunghiular rotunjit. Există un afișaj LCD în mijlocul volanului pentru a afișa informațiile de bază ale vehiculului. Cele două ecrane LCD suspendate sunt înclinate spre partea șoferului. Scaunul de curse dintr-o bucată din fibră de carbon este ușor și poate oferi, de asemenea, o îmbinare și un sprijin mai bun pentru șofer.
