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

馬昭蕊 馬茹夢 尚中達(dá) 陳武

摘要：使用傳統(tǒng)材料制造羽毛球拍，不僅會(huì)出現(xiàn)耐磨性差的問題，還縮短了羽毛球拍的使用壽命短，而碳纖維編織復(fù)合材料的應(yīng)用則能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)材料的不足，提升羽毛球拍的耐磨性，從而鹽城羽毛球拍的使用壽命，證實(shí)了碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)的重要性。另外，碳纖維編織復(fù)合材料具有很強(qiáng)的性能特點(diǎn)，其應(yīng)用能夠完善和優(yōu)化羽毛球拍的性能，最大限度提高羽毛球拍的質(zhì)量，促進(jìn)體育用品制造行業(yè)發(fā)展。對(duì)此，本文根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)在羽毛球拍制造中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù);羽毛球拍;應(yīng)用分析

1 碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)的性能分析

實(shí)質(zhì)上就是對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料（下文簡稱碳纖維）的性能進(jìn)行簡要分析，包括密度、比強(qiáng)度、比模量、疲勞強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、破損安全性能、阻尼性能、設(shè)計(jì)自由度高等，具體如下：

1.1密度分析

本文選用鋼、鐵、銅、鋁和鈦5種常用材料，與碳纖維編織復(fù)合材料進(jìn)行密度比較分析，具體比較分析結(jié)果見表1：

通過表1結(jié)果可以看出碳纖維編織復(fù)合材料的均明顯低于其他五種常用材料，而羽毛球拍則是越輕越好，所以相比較而言碳纖維編織復(fù)合材料更適合羽毛球拍制造。

1.2比強(qiáng)度和比模量分析

本文選用杉木、梧桐木和鋼材與碳纖維編織復(fù)合材料進(jìn)行比較分析，具體比較分析結(jié)果見表2：

通過表2結(jié)果可以看出碳纖維編織復(fù)合材料的比強(qiáng)度與比模量均明顯高出其他材料，與杉木相比分別高出4倍與3倍，與梧桐木相比分別高出2 倍與3倍，與鋼鐵相比分別高出 2.4 倍與 3.75倍，說明碳纖維編織復(fù)活材料更容易制造輕盈且堅(jiān)韌的羽毛球拍。

1.3疲勞強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)分析

碳纖維編織復(fù)合材料與鋼材和鋁材相比，疲勞強(qiáng)度更高，高達(dá)80%，而鋼材和鋁材則分別為60%和40%，故使用碳纖維編織復(fù)合材料制造的羽毛球拍壽命更長;其熱膨脹系數(shù)非常小，這意味著羽毛球拍擊打時(shí)的準(zhǔn)確率非常高。

1.4破損安全性能、阻尼性能和設(shè)計(jì)自由度高分析

（1）破損安全性能：相關(guān)學(xué)者對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料進(jìn)行反復(fù)多次的任意角度破壞，經(jīng)過測定被破壞后的纖維依舊能夠發(fā)揮作用，雖然部分碳纖維出現(xiàn)斷裂，但整體結(jié)構(gòu)并沒有受損[2]。

（2）阻尼性能：選用鋼材、鋁材與碳纖維編織復(fù)合材料進(jìn)行比較分析，其結(jié)果顯示碳纖維編織復(fù)合材料的阻尼系數(shù)最高，更適合高性能羽毛球拍的制造，具體見表3：

（3）設(shè)計(jì)自由度高：以上特性都決定了碳纖維編織復(fù)合材料的設(shè)計(jì)自由度很高，并且可以通過改變碳纖維的鋪疊方向來增強(qiáng)或抑制性能，所以實(shí)際制造中可以根據(jù)需要調(diào)整性能。

2 羽毛球拍制造中碳纖維編織復(fù)合材料技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1在纏繞成型中的應(yīng)用

因?yàn)樘祭w維編織復(fù)合材料本身就具有很高的強(qiáng)度，所以可以應(yīng)用于強(qiáng)度要求高的羽毛球拍纏繞制造過程中，其原理在于將預(yù)浸料均勻纏繞在纏繞機(jī)的芯模中，并在自然固化去除芯模取出制品[2-3]。該技術(shù)能夠充分發(fā)揮出碳纖維編織材料的強(qiáng)度高優(yōu)勢，提高羽毛球拍質(zhì)量，與傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方式相比，該技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了批量化和機(jī)械化制造，還大大提升生產(chǎn)質(zhì)量及效率，為羽毛球拍制造企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。

2.2在模壓成型中的應(yīng)用

模壓成型工藝主要應(yīng)用于羽毛球拍圓形部位制造，該制造流程過程中應(yīng)用碳纖維編織復(fù)合材料時(shí)需要注意環(huán)境的封閉性，通常情況下需要在封閉的模具腔內(nèi)完成。其原理在于先將碳纖維編織復(fù)合材料加入模型，然后加熱、氣壓固化，使碳纖維編織復(fù)合材料快速成型，最后得到陰模具與陽模具，該方法能夠充分發(fā)揮碳纖維編織復(fù)合材料密度小和硬度大的作用及價(jià)值，大大提升羽毛球拍的生產(chǎn)效率、尺寸精準(zhǔn)、性能等，減少拍型歪斜等不良現(xiàn)象發(fā)生[3]。

2.3在 RTM樹脂傳遞模型中的應(yīng)用

RTM樹脂傳遞模型是一種比較傳統(tǒng)的羽毛球拍制造方法，在制造過程中會(huì)因?yàn)椴牧蠠崤蛎浵禂?shù)大、破損安全性能差等原因下?lián)p耗大量原材料，所以對(duì)材料的選擇要求非常高。而碳纖維編織復(fù)合材料的膨脹系數(shù)小、破損安全性能高、阻尼性能高和疲勞強(qiáng)度高，都決定了碳纖維編織復(fù)合材料具有很強(qiáng)抗熱性、抗壓性等性能，減少了原材料的消耗[4]。RTM 樹脂傳遞模型的原理在于先根據(jù)要求制作好模型，然后將樹脂注入模型、自然固化和得出模型制品，大大提升了羽毛球拍質(zhì)量和生產(chǎn)效率高，加上投入低和有毒氣體少，所以稱為了目前應(yīng)用頻率較高的一種羽毛球拍制造方法。

2.4 在擠拉成型中的應(yīng)用

羽毛球拍在生產(chǎn)制造完成后還需要進(jìn)行最后的調(diào)整，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理不合格的羽毛球拍制品，而擠拉成型則是及時(shí)調(diào)整羽毛球拍結(jié)構(gòu)及外形的有效方法，結(jié)合碳纖維編織復(fù)合材料能夠在解決各種制品問題的同時(shí)，優(yōu)化羽毛球拍制品的結(jié)構(gòu)及性能，從而提高羽毛球拍的質(zhì)量和使用壽命。碳纖維編織復(fù)合材料在擠拉成型中的應(yīng)用原理在于先將經(jīng)過浸漬的碳纖維編織復(fù)合材料制作成羽毛球拍成型模具，然后將凝膠灌入模具腔內(nèi)，最后固化、加熱和成型，形成最終的羽毛球拍制品。

結(jié)語

總之，碳纖維編織復(fù)合材料的應(yīng)用，能夠在提升羽毛球拍耐磨性和質(zhì)量的同時(shí)，延長羽毛球拍的使用壽命和優(yōu)化其功能，證實(shí)了碳纖維編織復(fù)合材料具有很高的羽毛球拍生產(chǎn)價(jià)值及作用。因此，上文基于對(duì)碳纖維編織復(fù)合材料及其性能的了解，從纏繞成型、模壓成型、 RTM樹脂傳遞模型和擠拉成型中等方面分析了具體的應(yīng)用措施及方法。

參考文獻(xiàn)

[1]楊磊. 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[J]. 粘接，2021，45（2）：63-66.

[2]劉雨辰，王鳳來. 碳纖維編織復(fù)合材料羽毛球拍參數(shù)化建模研究[J]. 高科技纖維與應(yīng)用，2017，42（4）：52-56.

[3]周文龍，張?zhí)煊? 羽毛球拍用碳纖維的表面改性與性能研究[J]. 化學(xué)與粘合，2020，42（4）：265-268，279.

[4]石獅市鴻興文體器材有限公司. 一種耐磨的碳纖維羽毛球拍：CN201821667209.3[P]. 2019-08-02.

河北工程大學(xué)