楊磊

摘要：傳統(tǒng)材料在應(yīng)用羽毛球拍制造中，耐磨性差，使用壽命短。為了解決這一問題，闡述了碳纖維復(fù)合材料在羽毛球拍制造中的應(yīng)用，分析了碳纖維編織復(fù)合材料的性能優(yōu)勢(shì)，通過與傳統(tǒng)材料進(jìn)行對(duì)比，闡述了碳纖維編織復(fù)合材料的性能特點(diǎn)。探討了碳纖維編織復(fù)合材料在羽毛球拍制造中的應(yīng)用，緊接通過實(shí)驗(yàn)分析，與使用傳統(tǒng)材料制作的羽毛球拍進(jìn)行性能上的對(duì)比分析，結(jié)果表明，碳纖維編織復(fù)合材料所擁有的獨(dú)特性能能夠完美的適應(yīng)羽毛球拍的制作需要，并且極大的提升了羽毛球拍的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：碳纖維編織復(fù)合材料;羽毛球拍;復(fù)合材料技術(shù);材料應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ327.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）02-0063-04

0引言

近年來，對(duì)于碳纖維材料的使用越來越頻繁，碳纖維因?yàn)槠渫馊醿?nèi)剛的特點(diǎn)，被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，碳纖維的質(zhì)量很輕，但強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于那些被經(jīng)常使用的材料，例如鋼鐵等。碳纖維通常以不同形式應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，主要應(yīng)用在布料、預(yù)浸料以及切短纖維產(chǎn)品中。其中，布料產(chǎn)品是通過碳纖維材料的組合編織得到的一種材料;而預(yù)浸料產(chǎn)品是利用碳纖維進(jìn)行組合排列，形成一個(gè)具體方向，并切經(jīng)過樹脂浸泡轉(zhuǎn)化為片狀材料，切短纖維產(chǎn)品是將片狀材料制作為短絲，而將這些材料按照一定的比例混合到一起，便形成了變化無窮的碳纖維編織復(fù)合材料嘲。

在體育用品的制作中，所使用的材料大多都為復(fù)合材料，因?yàn)閺?fù)合材料具有多種優(yōu)勢(shì)，而碳纖維復(fù)合材料是復(fù)合材料中的佼佼者，使用碳纖維編織復(fù)合材料制作成的體育用品能夠更加適應(yīng)極限情況下的使用，因此，本文提出了碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)在羽毛球拍制造中的應(yīng)用，通過分析碳纖維編織復(fù)合材料相比于傳統(tǒng)材料所具有的優(yōu)勢(shì)來證明使用碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)制造的羽毛球拍性能更加優(yōu)良，進(jìn)而闡述了使用碳纖維編織復(fù)合材料制造羽毛球拍的詳細(xì)過程，具體分為四個(gè)主要流程進(jìn)行羽毛球拍的制作，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析證明，以此完成本文提出的碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)在羽毛球拍制造中的應(yīng)用。

1碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)性能分析

1.1碳纖維編織復(fù)合材料的密度分析

在此，本文進(jìn)行碳纖維編織復(fù)合材料的密度相比于普通材料密度的比較分析，查詢了鋼、鐵、銅、鋁、鈦，5種常用的材料與碳纖維編織復(fù)合材料進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

由表1可得知，碳纖維編織復(fù)合材料在密度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他五種常用金屬材料，對(duì)于羽毛球拍，自然是希望越輕越好，碳纖維編織復(fù)合材料便可以很好的完成這一點(diǎn)。

1.2碳纖維編織復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量分析

在此，本文進(jìn)行碳纖維編織復(fù)合材料的高比強(qiáng)度和高比模量相比于普通材料的高比強(qiáng)度和高比模量的比較分析，本文將碳纖維編織復(fù)合材料與杉木，梧桐木，鋼材相比較，結(jié)果如表2所示。

由表2可得知，碳纖維編織復(fù)合材料的比強(qiáng)度與比模量是杉木的4倍與3倍，是梧桐木的2倍與3倍，鋼鐵的2.4倍與3.75倍，碳纖維編織材料的高比強(qiáng)度與高比模量可以制造更加輕盈且堅(jiān)韌的制品，用于羽毛球拍的制作是再合適不過的。

1.3碳纖維編織復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度分析

在此，本文進(jìn)行碳纖維編織復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度相比于鋼材和鋁材的疲勞強(qiáng)度的比較分析，將碳纖維編織復(fù)合材料與鋼材和鋁材經(jīng)過百萬次循環(huán)應(yīng)力疲勞試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可得知，碳纖維編織復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，在經(jīng)過百萬次循環(huán)疲勞應(yīng)力實(shí)驗(yàn)后，強(qiáng)度仍然達(dá)到了80%，而鋼材僅為60%，鋁材僅為40%，因此，碳纖維編織復(fù)合材料的耐疲勞強(qiáng)度很高，用于制作羽毛球拍會(huì)使使用壽命大幅度增加。

1.4碳纖維編織復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)分析

本文對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行分析，將碳纖維編織復(fù)合材料進(jìn)行熱膨脹系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可得知，碳纖維編織復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)非常小，對(duì)于羽毛球拍來說，熱膨脹系數(shù)越小，則羽毛球拍在擊打時(shí)的準(zhǔn)確率越大，因此，碳纖維編織復(fù)合材料適合用于羽毛球拍的制造中。

1.5碳纖維編織復(fù)合材料的破損安全性能分析

對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料的破損安全性能進(jìn)行分析，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料進(jìn)行多次任意角度的破壞，測(cè)定其被破壞后纖維是否依舊發(fā)揮作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使在被破壞后，除了破壞點(diǎn)位，其余部位的碳纖維仍能發(fā)揮其作用，個(gè)別碳纖維的斷裂并不能導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)受損，此性質(zhì)在羽毛球拍中尤其重要。

1.6碳纖維編制復(fù)合材料阻尼性能分析

對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料的阻尼性能與鋼材、鋁材的阻尼性能進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3是通過多次振動(dòng)測(cè)量熱能的方式來計(jì)算得到的，由于在碳纖維編織復(fù)合材料中的聚合化合物具有粘性，因此在平面上存在裂紋與脫落的地方依舊存在摩擦力。分析可知，碳纖維編織復(fù)合材料的阻尼系數(shù)比鋼材和鋁材大。

1.7碳纖維編織復(fù)合材料的設(shè)計(jì)自由度高

碳纖維編織復(fù)合材料的以上特性使得它的設(shè)計(jì)自由度很高，各向異性的特性使得可以隨意改變碳纖維的鋪疊方向來增強(qiáng)或抑制某方面的性能，在羽毛球拍的制造中，可以根據(jù)使用者的身體情況酌情改變，這是傳統(tǒng)金屬無法實(shí)現(xiàn)的。

2碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)在羽毛球拍制造中的應(yīng)用

在經(jīng)過對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料的性能分析后，本文將闡述對(duì)于在制造羽毛球拍中的具體應(yīng)用。碳纖維編織復(fù)合材料可以通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)直接制作成需要的形狀，因此，相比于傳統(tǒng)方式制造羽毛球拍，使用碳纖維編織復(fù)合材料可以省略大部分的組合型架與裝配型架，因此可以降低制作成本，在使用碳纖維編織復(fù)合材料制作羽毛球拍時(shí)主要分為四個(gè)流程：纏繞成型、模壓成型、RTM樹脂傳遞模塑、擠壓成型。

2.1纏繞成型

由于碳纖維編織復(fù)合材料具有強(qiáng)度高的特性，因此可以使用纏繞技術(shù)制作羽毛球拍模型，將預(yù)浸料均勻的纏繞在纏繞機(jī)的芯模中，等待自然固化，進(jìn)而去除芯模取出制品，在這一過程中，碳纖維編織材料憑借強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，因此在生產(chǎn)羽毛球拍制品時(shí)可實(shí)現(xiàn)制品生產(chǎn)的批量化和機(jī)械化，從而有效提升生產(chǎn)效率，并提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而這種高強(qiáng)度的特征是由于碳纖維編織復(fù)合材料能夠根據(jù)制品的受力情況重新排列碳纖維，從而獲取高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)制品。

2.2模壓成型

在模壓成型工藝流程中，主要制造羽毛球拍的圓形部位，在封閉的模具腔內(nèi)，將碳纖維編織復(fù)合材料按照模型加入，通過加熱與氣壓固化使碳纖維編織復(fù)合材料成型，以此得到復(fù)合材料制品，在模壓成型流程中使用的模具分為兩部分，陰模具與陽模具，模壓成型法利用了碳纖維編織復(fù)合材料具有的密度小的特點(diǎn)且硬度大，使用此方式生產(chǎn)效率相比傳統(tǒng)方法大幅度增強(qiáng)，而且制造出的制品尺寸精準(zhǔn)，外表光滑無雜質(zhì)，且優(yōu)于碳纖維編織復(fù)合材料的特性，不損傷制品的性能，不需要對(duì)制作好的制品進(jìn)行二次加工。對(duì)于羽毛球拍的圓形部位，精準(zhǔn)度要求極高，稍有偏差便可導(dǎo)致整個(gè)拍型歪斜，使用模壓成型方式可以很好的解決這一困難。

2.3RTM樹脂傳遞模型

RTM樹脂傳遞模型是傳統(tǒng)制造經(jīng)常使用的，但傳統(tǒng)制造方發(fā)在次流程時(shí)由于材料的熱膨脹系數(shù)與破損安全性能差，會(huì)損耗大量的原材料，而使用碳纖維編織復(fù)合材料變無需考慮這些問題，碳纖維編織復(fù)合材料的低熱膨脹系數(shù)以及高破損安全性使得極大的減少了生產(chǎn)過程中的材料損耗。

RTM樹脂傳遞模型是將制作好的模型組裝起來，將制作好的模型鋪放到設(shè)計(jì)好的模型中，將樹脂注入模型，等待自然固化，以此完成模型制品，RTM樹脂傳遞模型能夠高質(zhì)量，高精度，低孔隙的完成復(fù)雜的材料構(gòu)建，產(chǎn)品生產(chǎn)效率高，投入低，揮發(fā)的有毒氣體少，有助于環(huán)境保護(hù)，對(duì)于增強(qiáng)增厚的部件效果很好。

2.4擠拉成型

擠拉成型技術(shù)是將經(jīng)過RTM樹脂傳遞模型組合好的制品進(jìn)行最后的調(diào)整，在碳纖維束的外力牽引下，經(jīng)過浸膠與擠壓成型，最后加熱固化，然后進(jìn)行切割，最后得到完美的羽毛球拍，擠拉成型技術(shù)利用了碳纖維編織復(fù)合材料柔韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，將經(jīng)過浸漬的碳纖維編織復(fù)合材料通過成型模具，在模具腔內(nèi)灌入凝膠，固化后加熱，成型工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。

3實(shí)驗(yàn)分析

3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

為了證明使用碳纖維編織復(fù)合材料制造的羽毛球拍的性能優(yōu)于使用傳統(tǒng)材料制造的羽毛球拍，本文設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)證明。

3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)定

本文選取了使用碳纖維編織復(fù)合材料制造的羽毛球拍以及使用鋼材制造的羽毛球拍與使用鋁材制造的羽毛球拍，對(duì)其進(jìn)行性能分析實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)定以上3個(gè)羽毛球拍的比強(qiáng)度、比模量、疲勞強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、破損安全性能以及阻尼系數(shù)，來完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選取的3個(gè)羽毛球拍在型號(hào)上以及其他因素完全一致。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.4結(jié)果分析

由表4可得知，使用碳纖維編織復(fù)合材料制作的羽毛球拍，在比強(qiáng)度、比模量、疲勞強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、破損安全性能以及阻尼系數(shù)的分析實(shí)驗(yàn)中，所得數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于使用鋼材制造的羽毛球拍與使用鋁材制造的羽毛球拍，這些性能上的優(yōu)勢(shì)是因?yàn)樘祭w維編織復(fù)合材料所特有的優(yōu)良屬性。因此，使用碳纖維編織復(fù)合材料制造的羽毛球拍在整體屬性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于使用傳統(tǒng)材料制造的羽毛球拍。

4結(jié)語

為提升羽毛球拍的耐磨性及使用壽命，文章針對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)在羽毛球拍中的應(yīng)用進(jìn)行分析，深入研究了碳纖維編織復(fù)合材料的各種性能，探討了在羽毛球拍中的應(yīng)用效果。通過本文分析可知，碳纖維編織復(fù)合材料的應(yīng)用，不僅能夠有效提升體育用具的使用壽命，還能夠保障體育用品應(yīng)用的安全性。通過上述內(nèi)容的研究對(duì)于體育器材制作有一定的促進(jìn)意義，同時(shí)以期對(duì)體育用品材料分析提供一些可行依據(jù)。