羽毛球拍用碳纖維復合材料的應用及性能研究

程玉柱

摘 要：隨著科技和經濟水平的發展，人們的生活水平也逐步提高，人們在注重生活品質的同時也開始在意身體素質。運動就成了人們追求健康的首選方式，而運動器材是運動的主要工具，因此，運動器材的質量也備受人們關注。因此，運動器材的發展將得到很大的發展。隨著科技的發展，新型材料的不斷出現，體育運動材料的種類也越來越多，其中石墨烯鎂基復合材料、碳纖維復合材料等憑借其特有的優勢開始在體育運動材料里被使用。其中碳纖維復合材料具有質量輕和強度高等特點在羽毛球拍中被廣泛應用，文中闡述了何為碳纖維復合材料以及其具有的優勢，分析了其在羽毛球拍中應用的優點等。

關鍵詞：羽毛球拍;碳纖維復合材料;力學性能

中圖分類號：TQ327.1 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2020）10-0075-03

Abstract： With the development of science and technology and economic level， people's living standard has gradually improved. People pay attention to the quality of life and physical quality at the same time. Sports has become the first choice for people to pursue health， and sports equipment is the main tool of sports， so the quality of sports equipment is also concerned by people. Therefore， the development of sports equipment will be greatly developed. With the development of science and technology， the emergence of new materials， more and more kinds of sports materials， including graphene magnesium matrix composite materials， carbon fiber composite materials with its unique advantages began to be used in sports materials. Carbon fiber composite is widely used in badminton racket because of its light weight and high strength. This paper describes what is carbon fiber composite and its advantages， and analyzes its advantages in badminton racket.

Key words：badminton racket;carbon fiber composite;mechanical properties

0 引言

隨著科學技術和經濟水平的發展，人們的生活水平也逐步提高，人們在注重生活品質的同時也開始在意身體素質，想要追求更高品質的生活。而運動就成為大多數人的首選，運動器材在其中也起著舉足輕重的作用，而且體育器材也是影響競技運動員體育成績的重要因素之一。因此，體育運動材料領域的發展很重要[1]，新型材料的出現和應用為體育運動材料領域提供了新的動力和基礎，新型材料具有的特殊性能在體育運動材料領域占有不可替代的位置。碳纖維復合材料的出現和發展對體育器械材料領域來說至關重要，其將會為體育運動材料行業帶來巨大的發展。

1 概述

1.1 碳纖維復合材料

炭纖維復合材料是一種兩相復合材料，是由有機纖維轉化而成，其具有優異的力學性能，同時還具備碳材料的原本特性，屬于一種新型增強纖維。碳纖維復合材料是一種特種纖維，由碳元素組成的其含碳量由種類決定，一般都不低于91.8%，而且其具有碳元素的基本特征，同時又在某些方面高于普通碳元素，可以在多領域應用[2]。因此，碳纖維復合材料是一種具有碳元素基本特性的材料，同時還具有其不具備的特殊優良性能，其應用范圍比普通碳元素較為廣泛。

1.2 炭纖維復合材料的性能

碳纖維復合材料具有碳元素的基本特征，同時又在某些方面高于普通碳元素（如結構和性能）如圖1所示為碳纖維復合材料特殊性能。

1）碳纖維復合材料具有力學性能高的特性。比較適用于那些要求質量輕的體育器材中，其在降低自重的同時還提高了力學性能。如表1所示為碳纖維復合材料與其他傳統金屬材料的力學性能對比參數，由此可以看出，碳纖維復合材料與傳統金屬材料相比，具有質量輕和強度大的特點[3]。

2）碳纖維復合材料具有減震性好的特性。

3）碳纖維復合材料安全等級高。碳纖維復合材料是一種復合型材料，從表1可以看出，其與傳統金屬材料相比在強度和抗擊性能上都比較優越。因此，其不會輕易脆斷，強度高，安全性好[4]。

4）碳纖維復合材料的機構可自行設計。

處理以上4種特殊優異性能之后，碳纖維復合材料還具有使用壽命長和環保性良好的特征。因此，其作為體育運動器材材料是較好的選擇，可以提升體育器材的各項性能。

2 羽毛球拍的發展史

2.1 羽毛球拍應用材料的發展

羽毛球運動發展歷史悠久，作為其活動的基礎，羽毛球拍的發展也經歷了漫長的過程。其從最原始的木質材料發展為新型碳材料。如圖2所示為羽毛球拍的材料發展史。

現在的碳材料球拍多為中控結構，外框架主要使用Resin based reinforced carbon fiber、Carbon nanotube reinforced resin或者Multilayer graphene reinforced resin，其中樹脂類型主要為Bisphenol A epoxy resin，框架內填充Foamed polyolefin material，這樣利用各種材料獨有的特性來制作球拍[5]，可以使其在質量輕的同時更有韌性和彈性，而且球桿和球柄的材料使用也是類似的?，F階段的羽毛球拍基本都在使用化工新材料了，如上圖3所示。

2.2 性能上的發展與改善

羽毛球拍不僅經歷了材料的變化，同時還經歷了性能的改變，如表2所示為羽毛球拍發展歷程以及性能改善。其中表示為重量單位，1u=95g，2u=90g，3u=80g，1pound=4.45N。

3 碳纖維復合材料的優勢

3.1 質量輕

對于有些運動器材來說具有特殊的質量要求（如舉重類的），其他大部分器材還是輕便一些比較好，其可以促進運動員得到更好的成績。一般運動都在追求速度、距離等，因此，運動器械的重量將在其中發揮重要的作用[6]。之前，在科技發展的時期，體育器材大多使用比較自然的材料如金屬、木材等，就是我們所說的傳統體育器材。而在科技迅速發展的今天，各種新型材料的問世，無疑為體育運動器械領域帶來了新原料。其中碳纖維復合材料相比傳統的制作球拍類材料，其具有質量輕、密度小等特征，更適用于器材制造。

3.2 結構可自行設計

炭纖維復合材料是一種兩相復合材料，是由有機纖維轉化而成，其具有碳元素的基本特征，同時又在某些方面高于普通碳元素。碳纖維復合材料的生產工藝可以進行改變，隨著體育器材的不同可以做出變化，與其他材料相比其的加工設計沒有局限性，其結構可以自行設計，可以隨著各種器械的需求進行改變。而且，其經濟性優越，成本比其他傳統的材料比較相對低，而且具有環保性能。因此，碳纖維復合材料憑借其特殊的性能在體育器材領域發揮著不可替代的作用，隨著技術的不斷發展，其將在體育器材領域和其他各領域逐漸被得到重用和發展[7]。

4 碳纖維復合材料在羽毛球拍中的案例分析

4.1 案例分析

碳纖維復合材料在球拍類器械中應用廣泛，例如羽毛球拍、網球拍等。以羽毛球為例，從結構上來劃分，其分為拍面和拍柄。其中拍面需要具有較好的延展性、減震性能和抗沖擊性能，因其在運動氣的作用是需要控制球的運動軌跡和擊打運動中的球;而拍柄是手持的部分與拍面充當的位置不同，其需要具有防滑性（手在運動中容易出汗）和摩擦力，防止球拍脫落。碳纖維復合材料具有的減震性良好，可以幫助運動員提高穩定性，減少震動，使運動員在使用球拍拍打球時更加穩定[8]，還可以減少自身的不適感，從而幫助運動員提高運動成績。

4.2 發展與展望

炭纖維復合材料是一種兩相復合材料，是由有機纖維轉化而成，其具有優異的力學性能，同時還具備碳材料的原本特性，屬于一種新型增強纖維。因其具有特殊的性能，在體育運動器材領域發揮著不和替代的作用而被廣泛的應用[9]。早在上世紀七十年代，日本就開始在羽毛球拍中使用碳纖維材料，而后美國則開始使用碳纖維復合材料進行球拍生產制造，其開啟了碳纖維復合材料在球拍界使用的先河。隨著科技的不斷發展，各國的經濟實力和科技實力逐步上升，對新型的化工材料研制相對容易。越來越多的國家開始講碳纖維復合材料應用到球拍類器械中和更多的體育器械制造中。碳纖維復合材料憑借其特殊的性能，在體育器械領域發揮著不可替代的作用。

5 結語

隨著科學技術的發展，新型材料的出現給體育運動材料領域帶來了新鮮的血液，其具有的特殊性能在體育運動材料領域發揮著不可替代的作用。碳纖維復合材料是一種綜合性材料，其具有優異的性能，被廣泛應用于各個領域。對于不同的體育器械其可以發揮不同的作用，在羽毛球拍中其的輕便性和抗震性為羽毛球拍帶來很大的改變[10]，同時也間接提高了運動員的成績。隨著科技和體育運動的不斷發展，碳纖維復合材料也將會逐步得到重用，同時體育器材也將會向智能化發展，碳纖維在體育運動材料中的應用也將會逐漸提升。

參考文獻

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