Thiết bị thể thao

1. Ứng dụng vật liệu composite sợi carbon trong lĩnh vực thể thao và giải trí và các quy trình sản xuất chính

Ứng dụng sợi carbon trong các sản phẩm thể thao có nguồn gốc từ những năm 1970. Vào thời điểm đó, mọi người đều tập trung vào ngành hàng không vũ trụ và quân sự. Rốt cuộc, một lĩnh vực cao cấp như vậy, đặc biệt là cuộc đua không gian giữa Hoa Kỳ và Liên Xô, vệ tinh, tàu vũ trụ và các chương trình hạ cánh trên mặt trăng trong thời kỳ đó đã thu hút sự chú ý của thế giới.

Trong một thời gian dài, vật liệu composite sợi carbon đã thâm nhập thành công vào nhiều lĩnh vực hàng thể thao khác nhau và hàng thể thao cũng là ngành công nghiệp ứng dụng và phát triển sợi carbon sau hàng không vũ trụ.

Vật liệu composite sợi carbon đã trở thành vật liệu được lựa chọn trong ngành hàng thể thao do trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chống mỏi tuyệt vời. Nguồn cảm hứng cho thị trường hàng thể thao sợi carbon đến từ Jim Flood ở Hoa Kỳ, người được mệnh danh là Edison của môn golf. Năm 1972, Jim Flood phát hiện ra rằng sử dụng gậy đánh golf sợi carbon có thể đánh bóng xa hơn 30 yard so với gậy sắt. Sau đó, sợi carbon được quảng bá trong các môn thể thao khác như một vật liệu thay thế cho vật liệu kim loại, chẳng hạn như cầu lông, quần vợt, bóng chày, trượt ván, trượt tuyết, đạp xe, chèo thuyền, bắn cung và các môn thể thao khác, cũng như các môn thể thao giải trí như câu cá.

 

2. Ưu điểm của vật liệu composite sợi carbon trong thiết bị thể thao

Với sự tiến bộ của xã hội, lối sống của con người không ngừng được cải thiện. Thể thao đã thâm nhập vào cuộc sống của mỗi chúng ta. Các phương pháp tập luyện khoa học và lành mạnh cũng là trọng tâm chú ý của mọi người. Yêu cầu đối với thiết bị thể thao ngày càng cao. Thị trường thiết bị thể thao mới cũng đang mở rộng và yêu cầu đối với vật liệu của thiết bị thể thao cũng ngày càng cao. Ưu điểm của sợi carbon về trọng lượng và độ bền khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng cho thiết bị thể thao mới. Do đó, sợi carbon ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết bị thể thao. Ưu điểm của sợi carbon trong thiết bị thể thao là gì:

(1) Trọng lượng nhẹ

Ngoại trừ các môn thể thao đặc biệt đòi hỏi trọng lượng, khi mọi người sử dụng thiết bị thể thao để tập thể dục, thiết bị thể thao càng nhẹ càng tốt. Trọng lượng nhẹ có thể giúp người tập luyện hoạt động tốt hơn, chẳng hạn như vợt tennis, gậy đánh gôn, xe đạp, ván trượt tuyết, v.v. Ngay cả một số thiết bị dựa vào sức mạnh khác ngoài sức mạnh của con người để di chuyển, chẳng hạn như xe đua và thuyền buồm, cũng yêu cầu trọng lượng nhẹ, có thể giảm yêu cầu về công suất và tiết kiệm nhiên liệu. Sợi carbon có những ưu điểm không thể thay thế về mặt này.

(2) Tính chất cơ học tốt

Độ bền riêng và mô đun riêng của vật liệu sợi carbon không thể vượt qua các vật liệu khác. Tính chất cơ học độc đáo của nó vừa đáp ứng nhu cầu của thiết bị thể thao và là lựa chọn tuyệt vời cho thiết bị thể thao. Vật liệu composite sợi carbon chủ yếu được xử lý bằng nhựa và đúc, có thể đóng vai trò lớn hơn trong thiết kế gia công.

(3) An toàn, vệ sinh và bảo vệ môi trường

Vật liệu composite sợi carbon không chỉ có nhiều ưu điểm mà còn là vật liệu thân thiện với môi trường, đảm bảo vệ sinh và an toàn. Đây là vật liệu mới có tính chất đặc biệt. Ngoài tính chất cơ học tốt, độ dẻo dai và độ an toàn cao, chúng còn là nguồn tài nguyên có thể tái chế. Chúng rất thân thiện với môi trường và dễ tái chế, đồng thời giảm chi phí và tiết kiệm tài nguyên. Những đặc điểm này sẽ trở thành lợi thế của vật liệu composite sợi carbon trong việc sử dụng rộng rãi các thiết bị thể thao.

(4) Độ dẻo cao

Tính dẻo là một trong những điều kiện cơ bản để sản xuất thiết bị thể thao. Nhựa và vật liệu composite sợi carbon đều có một mức độ dẻo nhất định. Nhựa và hợp kim của chúng có thể được xử lý và tạo hình theo nhiều cách (đúc thổi, đúc phun, đùn, tạo hình nhiệt, v.v.), sau đó được ứng dụng vào thiết bị thể thao. So với các vật liệu thông thường khác, chúng có tính dẻo tốt hơn. Với sự phát triển của ngành thể thao nước tôi, các vật liệu ứng dụng vào lĩnh vực thiết bị thể thao có thể được xử lý theo nhiều cách hơn để cải thiện hiệu suất của thiết bị thể thao.

(5) Khả năng chống lão hóa tốt

Trong các ứng dụng thực tế, thiết bị thể thao chủ yếu ở ngoài trời và dễ bị ảnh hưởng bởi các môi trường tự nhiên như ánh sáng mặt trời và giông bão. Đồng thời, các chất như oxy, ozon và khí axit trong khí quyển cũng có thể làm hỏng nó. Ngoài ra, nhiệt độ thay đổi sẽ gây ra lão hóa, nứt, đổi màu, v.v. của thiết bị thể thao. Do đó, thiết bị thể thao cần có khả năng chống ăn mòn và chống lão hóa tốt khi đưa vào sử dụng, đặc biệt là trong môi trường ngoài trời. Các yêu cầu về vấn đề này nghiêm ngặt hơn. Nếu khả năng chống lão hóa kém, nó sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của thiết bị.

3. Ứng dụng vật liệu composite sợi carbon trong các sản phẩm thể thao và giải trí

Ứng dụng của sản phẩm thể thao sợi carbon có thể chia thành hai hướng chính. Một là thể thao cạnh tranh, chủ yếu nhấn mạnh độ chính xác cao, cao hơn và nhanh hơn. Một là thể dục hàng ngày và giải trí, đòi hỏi tỷ lệ hiệu suất chi phí phù hợp. Hiện tại, các sản phẩm tiêu thụ sợi carbon lớn nhất trong lĩnh vực sản phẩm thể thao là:

(1) Xe đạp

Thép là vật liệu bền nhất cho xe đạp. Nó có độ đàn hồi tốt và chi phí thấp, nhưng do mật độ cao nên dễ bị gỉ và mỏi. Hợp kim nhôm là vật liệu được sử dụng phổ biến trên thị trường. Nó nhẹ và không bị gỉ, nhưng độ đàn hồi của nó quá kém, dễ bị mỏi và sự thoải mái khi lái xe không tốt. Mật độ của hợp kim magiê nhỏ hơn hợp kim nhôm và hiệu suất cơ bản của nó tương tự như hợp kim nhôm. Khả năng chống mỏi của hợp kim titan tốt hơn so với các vật liệu kim loại khác, nhưng giá cao và trọng lượng riêng không có lợi thế. Vật liệu composite sợi carbon có độ bền cao, độ đàn hồi tốt, mật độ nhẹ và khả năng chống ăn mòn. Xe đạp được sản xuất từ ​​vật liệu composite sợi carbon có các đặc điểm sau:

a. Giảm hiệu quả tổng trọng lượng của xe đạp

Mật độ của vật liệu composite nhựa sợi carbon nói chung chỉ là 1,6. Nó chỉ bằng một phần năm thép và có thể giảm trọng lượng khoảng 40% so với nhôm. Có một câu nói trong ngành xe đạp rằng nếu trọng lượng giảm 1g, giá có thể tăng 1 đô la. Khung xe đạp composite sợi carbon nhẹ hơn một phần tư so với khung hợp kim nhôm. Trọng lượng nhẹ có thể làm giảm mất năng lượng vật lý và do đó tăng tốc độ đi xe.

b. Độ cứng tổng thể của thân máy cao

Khung có độ cứng tốt có lợi cho việc chuyển đổi lực dẫn động và cải thiện hiệu suất xử lý của xe đạp. Cấu trúc của xe đạp composite sợi carbon chắc chắn và không dễ biến dạng. Thực tế đã chứng minh rằng độ cứng của khung không thấp hơn khung thép molypden.

c. Khả năng chống sốc tốt

Tần số tự nhiên của cấu trúc không chỉ liên quan đến hình dạng cấu trúc mà còn tỷ lệ thuận với bình phương của mô đun riêng của vật liệu. Tần số tự nhiên cao có thể tránh được hư hỏng sớm do cộng hưởng trong điều kiện làm việc. Có báo cáo rằng các thử nghiệm trên khung có cùng hình dạng và kích thước cho thấy độ rung của khung hợp kim nhôm mất 9 giây để dừng lại, trong khi vật liệu composite sợi carbon có tần số tự nhiên cực cao chỉ mất 2,5 giây để dừng lại. Khả năng giảm chấn tốt của vật liệu composite giúp giảm xóc của xe đạp và cải thiện sự thoải mái khi lái xe.
d. An toàn tốt

Ma trận trong vật liệu composite sợi carbon là một pha liên tục bao quanh các sợi carbon độc lập, tạo thành một hệ thống động không chắc chắn. Khi vật liệu bị va chạm, khi một số lượng nhỏ sợi bị đứt, tải trọng sẽ nhanh chóng được phân bổ lại cho các sợi không bị đứt, do đó cấu trúc có thể tiếp tục chịu tải, cải thiện đáng kể tính an toàn khi lái xe. Rất khó để quan sát các dấu hiệu rõ ràng về sự cố mỏi của vật liệu kim loại nói chung và sự cố của chúng thường xảy ra đột ngột, trong khi khung composite sợi carbon có khả năng chống mỏi rất tốt và có thể quan sát các dấu hiệu rõ ràng trước khi hỏng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khung composite sợi carbon có thể chịu được hơn một triệu lần thử nghiệm va chạm.

e. Tăng cường tự do thiết kế kết cấu

Vật liệu composite sợi carbon có đặc điểm là dị hướng. Đặc điểm này của vật liệu composite có thể được sử dụng để sắp xếp và xếp sợi theo hướng và kích thước của tải trọng trên xe đạp khi lái xe. Tính linh hoạt của sản xuất vật liệu composite có lợi cho việc thiết kế các cấu trúc có nhiều hình dạng khác nhau. Ví dụ, xe đạp có thể được thiết kế theo nguyên lý khí động học, đẹp và thiết thực, dễ dàng đạt được hiệu suất chi phí tốt nhất. f. Chống ăn mòn tốt

Vật liệu polyme có khả năng chống axit, kiềm và môi trường công nghiệp tốt nên khung xe đạp làm bằng vật liệu composite sợi carbon có khả năng chống ăn mòn axit và kiềm tuyệt vời.

 

 

Nhà sản xuất xe thể thao Pháp Bugatti và nhà sản xuất xe đạp Hà Lan PG đã cùng nhau cho ra mắt chiếc xe đạp nhẹ nhất thế giới. Thiết kế của chiếc xe đạp này lấy cảm hứng từ chiếc xe đua thể thao Chiron của Bugatti. Được làm bằng vật liệu composite sợi carbon, chiếc xe chỉ nặng 11 pound (khoảng 4,99kg). Theo American Architectural Digest, 95% chiếc xe đạp này được làm bằng vật liệu composite sợi carbon.

Đại học Kỹ thuật Séc tại Praha sử dụng quy trình quấn sợi tự động, kết hợp với công nghệ vòng lặp tích hợp (ILT) được phát triển bằng cách kết nối ống sợi liên tục để sản xuất khung xe đạp và các bộ phận thành phần liên quan. ILT là quy trình kết hợp các thành phần cấu trúc composite (như ống và các bộ phận kết nối). Tất cả các bộ phận được tạo thành một khối và sau đó lắp ráp.

 

 

Ưu điểm của cần câu composite sợi carbon

Do đặc tính nhẹ và độ cứng cao nên nó được ca ngợi rộng rãi. Trong quá trình câu cá, ưu điểm của cần câu sợi carbon được thể hiện ở các khía cạnh sau:
·Vì cần câu sợi carbon nhẹ hơn và mỏng hơn nên có thể dễ dàng sử dụng bằng một tay;
·Vì trọng lượng nhẹ nên người dùng có thể tránh được cảm giác mệt mỏi;
·Sợi carbon có thể làm cho cần câu dài hơn, và cần câu dài hơn có nghĩa là có thể bao phủ được khu vực câu rộng hơn;
·Cần câu bằng sợi carbon nhạy cảm hơn với cá;

Cần câu sợi carbon đã khiến những người câu cá ngày càng đam mê hơn qua từng năm, và những cần câu sợi carbon này cũng đã biến câu cá thành một hoạt động giải trí phổ biến hơn là một môn thể thao cơ bản, điều này chắc chắn đã tạo ra một thị trường mới cho lĩnh vực sợi carbon.