Sportovní vybavení

1. Aplikace kompozitních materiálů z uhlíkových vláken v oblasti sportu a volného času a hlavní výrobní procesy

Aplikace uhlíkových vláken ve sportovních produktech vznikla v 70. letech minulého století. Všichni se tehdy soustředili na letecký a vojenský průmysl. Koneckonců, takové špičkové pole, zejména americko-sovětské vesmírné závody, satelity, kosmické lodě a programy přistání na Měsíci v tomto období, přitahovaly pozornost světa.

Kompozitní materiály z uhlíkových vláken po dlouhou dobu úspěšně pronikly do různých oblastí sportovního zboží a sportovní zboží je také průmyslovým odvětvím pro aplikaci a vývoj uhlíkových vláken po letectví.

Kompozitní materiály z uhlíkových vláken se staly materiálem volby v průmyslu sportovního zboží díky své nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a vynikající odolnosti proti únavě. Inspirací pro trh sportovního zboží s uhlíkovými vlákny je Jim Flood ve Spojených státech, který je známý jako Edison golfu. V roce 1972 Jim Flood zjistil, že použití holí z uhlíkových vláken může zasáhnout golfové míčky o 30 yardů dále než železa. Následně byla uhlíková vlákna prosazována v dalších sportech jako náhrada kovových materiálů, jako je badminton, tenis, baseball, skateboarding, lyžování, cyklistika, veslování, lukostřelba a další sporty, ale i volnočasové sporty, jako je rybaření.

 

2. Výhody kompozitních materiálů z uhlíkových vláken ve sportovním vybavení

S pokrokem společnosti se neustále zlepšuje životní styl lidí. Sport pronikl do života každého z nás. Středem pozornosti lidí jsou také zdravé a vědecké tréninkové metody. Požadavky na sportovní vybavení jsou stále vyšší a vyšší. Rozšiřuje se také trh s novým sportovním vybavením a také požadavky na materiály sportovního vybavení jsou stále vyšší. Výhody uhlíkových vláken v hmotnosti a pevnosti z něj činí preferovaný materiál pro nové sportovní vybavení. V důsledku toho se uhlíková vlákna stále více používají v oblasti sportovního vybavení. Jaké jsou výhody uhlíkových vláken ve sportovním vybavení:

(1) Nízká hmotnost

S výjimkou speciálních sportů, které vyžadují váhu, kdy lidé používají ke cvičení sportovní vybavení, čím lehčí sportovní vybavení, tím lépe. Nízká hmotnost může umožnit cvičencům podávat lepší výkony, jako jsou tenisové rakety, hole, jízdní kola, lyže atd. Dokonce i některá zařízení, která se při pohybu spoléhají na jinou sílu než lidskou, jako jsou závodní auta a plachetnice, také vyžadují nízkou hmotnost, což může snížit požadavky na energii a ušetřit palivo. Karbonové vlákno má v tomto ohledu nenahraditelné výhody.

(2) Dobré mechanické vlastnosti

Specifickou pevnost a specifický modul materiálů z uhlíkových vláken nelze překonat jinými materiály. Jeho jedinečné mechanické vlastnosti přesně vyhovují potřebám sportovního vybavení a jsou výbornou volbou pro sportovní vybavení. Kompozity z uhlíkových vláken jsou hlavně vytvrzovány a lisovány pryskyřicí, což může hrát větší roli v designu zpracování.

(3) Bezpečnost, hygiena a ochrana životního prostředí

Kompozitní materiály z uhlíkových vláken mají nejen mnoho výhod, ale jsou také ekologickým materiálem se zárukou hygieny a bezpečnosti. Jsou to nové materiály se speciálními vlastnostmi. Kromě dobrých mechanických vlastností, silné plasticity a vysoké bezpečnosti jsou také recyklovatelnými zdroji. Jsou vysoce šetrné k životnímu prostředí a snadno se recyklují, přičemž snižují náklady a šetří zdroje. Tyto vlastnosti se stanou výhodami kompozitních materiálů z uhlíkových vláken v širokém použití sportovního vybavení.

(4) Vysoká plasticita

Plasticita je jednou ze základních podmínek výroby sportovního vybavení. Plasty a kompozitní materiály z uhlíkových vláken mají všechny určitý stupeň plasticity. Plasty a jejich slitiny lze zpracovávat a tvarovat mnoha způsoby (vyfukování, vstřikování, vytlačování, tepelné tvarování atd.) a následně aplikovat na sportovní vybavení. Ve srovnání s jinými běžnými materiály mají lepší plasticitu. S rozvojem sportovního průmyslu mé země mohou být materiály aplikované na oblast sportovního vybavení zpracovány více způsoby, aby se zlepšil výkon sportovního vybavení.

(5) Dobrá odolnost proti stárnutí

Ve skutečných aplikacích je sportovní vybavení většinou venku a je snadno ovlivněno přírodním prostředím, jako je sluneční záření a bouřky. Poškozovat ji přitom mohou i látky jako kyslík, ozón a kyselé plyny v atmosféře. Kromě toho změny teplot způsobí stárnutí, praskliny, barevné změny atd. sportovního vybavení. Sportovní vybavení proto musí mít dobrou odolnost proti korozi a stárnutí, když je uvedeno do provozu, zejména ve venkovním prostředí. Požadavky jsou v tomto ohledu přísnější. Pokud je odolnost proti stárnutí špatná, vážně to ovlivní životnost zařízení.

3. Aplikace kompozitních materiálů z uhlíkových vláken ve sportovních a volnočasových produktech

Použití sportovních produktů z uhlíkových vláken lze rozdělit do dvou hlavních směrů. Jedním jsou závodní sporty, které kladou důraz především na vysokou přesnost, vyšší a rychlejší. Druhým je každodenní fitness a volný čas, což vyžaduje vhodný poměr ceny a výkonu. V současnosti jsou produkty s největší spotřebou uhlíkových vláken v oblasti sportovních produktů:

(1) Jízdní kola

Ocel je materiál s nejdelší životností pro jízdní kola. Má dobrou elasticitu a nízkou cenu, ale díky vysoké hustotě snadno rezaví a unavuje. Hliníková slitina je běžně používaný materiál na trhu. Je lehký a nerezaví, ale jeho elasticita je příliš špatná, snadno se unaví a jízdní komfort není dobrý. Hustota slitiny hořčíku je menší než u slitiny hliníku a její základní vlastnosti jsou podobné jako u slitiny hliníku. Odolnost proti únavě titanové slitiny je lepší než u jiných kovových materiálů, ale cena je vysoká a specifická hmotnost není výhodná. Kompozitní materiály z uhlíkových vláken mají vysokou pevnost, dobrou elasticitu, hustotu světla a odolnost proti korozi. Jízdní kola vyrobená z kompozitních materiálů z uhlíkových vláken mají následující vlastnosti:

A. Efektivně snižte celkovou hmotnost jízdního kola

Hustota kompozitních materiálů na bázi pryskyřice z uhlíkových vláken je obecně pouze 1,6. Je to pouze jedna pětina oceli a může snížit hmotnost asi o 40% ve srovnání s hliníkem. V cyklistickém průmyslu se říká, že pokud se hmotnost sníží o 1 g, může se cena zvýšit o 1 dolar. Rám kola z uhlíkových vláken je o čtvrtinu lehčí než rám z hliníkové slitiny. Nízká hmotnost může snížit ztrátu fyzické energie a tím zvýšit rychlost jízdy.

b. Vysoká celková tuhost karoserie

Rám s dobrou tuhostí přispívá k přeměně hnací síly a zlepšuje jízdní vlastnosti jízdního kola. Struktura kola z kompozitu uhlíkových vláken je pevná a není snadné ji deformovat. Praxe ukázala, že jeho tuhost rámu není nižší než u rámu z molybdenové oceli.

C. Dobrá odolnost proti nárazům

Vlastní frekvence struktury nesouvisí pouze s tvarem konstrukce, ale je také úměrná druhé mocnině měrného modulu materiálu. Vysoká vlastní frekvence může zabránit předčasnému poškození způsobenému rezonancí za pracovních podmínek. Uvádí se, že testy na rámech stejného tvaru a velikosti ukazují, že zastavení vibrací rámu z hliníkové slitiny trvá 9 sekund, zatímco u kompozitního materiálu z uhlíkových vláken s extrémně vysokou vlastní frekvencí trvá zastavení pouze 2,5 sekundy. Dobré tlumení kompozitního materiálu snižuje nárazy jízdního kola a zlepšuje jízdní komfort.
d. Dobrá bezpečnost

Matrice v kompozitních materiálech z uhlíkových vláken je spojitá fáze, která obklopuje nezávislá uhlíková vlákna a tvoří dynamický nejistý systém. Při nárazu na materiál, kdy se zlomí malý počet vláken, se zatížení rychle přerozdělí na nepřerušená vlákna, takže konstrukce může i nadále nést zatížení, což výrazně zlepšuje bezpečnost jízdy. Je obtížné pozorovat zjevné známky únavového porušení obecných kovových materiálů a jejich selhání je často náhlé, zatímco rámy z uhlíkových kompozitů mají velmi dobrou odolnost proti únavě a lze pozorovat zjevné známky před selháním. Studie ukázaly, že kompozitní rámy z uhlíkových vláken vydrží více než jeden milion nárazových testů.

E. Větší svoboda konstrukčního návrhu

Kompozitní materiály z uhlíkových vláken mají vlastnosti anizotropie. Této vlastnosti kompozitních materiálů lze využít k uspořádání a pokládání vláken podle směru a velikosti zatížení jízdního kola při jízdě. Flexibilita výroby kompozitních materiálů vede k navrhování struktur různých tvarů. Například aerodynamická jízdní kola mohou být navržena podle aerodynamických principů, které jsou krásné a praktické a lze u nich snadno dosáhnout nejlepšího nákladového výkonu. F. Dobrá odolnost proti korozi

Polymerní materiály mají dobrou odolnost vůči kyselinám, zásadám a průmyslové atmosféře, takže rámy jízdních kol vyrobené z kompozitních materiálů z uhlíkových vláken mají vynikající odolnost vůči kyselé a zásadité korozi.

 

 

Francouzský výrobce sportovních vozů Bugatti a nizozemský výrobce jízdních kol PG společně vydali nejlehčí jízdní kolo na světě. Design kola je inspirován sportovním závodním vozem Bugatti Chiron. Je vyroben z kompozitních materiálů z uhlíkových vláken a váží pouze 11 liber (asi 4,99 kg). Podle American Architectural Digest je 95 % jízdního kola vyrobeno z kompozitních materiálů z uhlíkových vláken.

České vysoké učení technické v Praze využívá k výrobě rámů jízdních kol a souvisejících komponentů automatický proces navíjení vláken v kombinaci s technologií integrované smyčky (ILT) vyvinutou kontinuálním spojováním vláken vláken. ILT je proces, který kombinuje konstrukční kompozitní prvky (jako jsou trubky a spojovací díly). Všechny díly jsou vytvořeny z jednoho kusu a poté smontovány.

 

 

Výhody kompozitních rybářských prutů z uhlíkových vláken

Díky své nízké hmotnosti a vysoké tuhosti je široce chválen. V procesu rybolovu se výhody rybářských prutů z uhlíkových vláken odrážejí v následujících aspektech:
·Protože jsou rybářské pruty z uhlíkových vláken lehčí a tenčí, lze s nimi snadno manipulovat jednou rukou;
· Díky své nízké hmotnosti může zabránit tomu, aby se uživatelé cítili unaveni;
·Uhlíkové vlákno může prodloužit rybářské pruty a delší rybářské pruty znamenají, že lze pokrýt širší rybolovnou oblast;
· Rybářské pruty z uhlíkových vláken jsou citlivější na ryby;

Rybářské pruty z uhlíkových vláken dělají rybáře rok od roku více a více nadšení a tyto rybářské pruty z uhlíkových vláken také učinily z rybolovu spíše oblíbenou zábavní činnost než základní sport, což nepochybně vytvořilo nový trh pro oblast uhlíkových vláken.