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    体育器材新型纤维材料分类及应用

    发布时间:2020-03-20 08:59

    1)玻璃纤维,属于质硬易碎物体的玻璃不适用于结构用材,通过将其进行抽丝处理可实现强度及柔软性的显著增强bet体育娱乐,在配合使用树脂完成相应定型成为良好的结构用材,将废旧玻璃作为原料经一系列工艺制造后(包括高温熔制bet体育娱乐、拉丝bet体育娱乐、络纱等)形成玻璃纤维,具有耐化学性、吸湿性小bet体育娱乐、耐热/耐老化、伸长率低的优势,玻璃纤维的强度同其直径成反比,每束纤维原丝由数百根单丝构成(可达上千根),单丝直径范围在几微米到30微米(仅为头发丝的1/20~1/5)。在复合材料领域中bet体育娱乐,弹性模量bet体育娱乐、拉伸强度大的玻璃纤维在运动器材中的应用较早。
    2)碳纤维,是一种含碳量85%的碳素纤维bet体育娱乐,将相关材料(以有机纤维、沥青基为主)进行碳化和石墨化处理后形成,作为力学性能好的新材料的一种,线膨胀系数小的碳纤维相比于其他金属钊料(如钛、钢、铝等)表现出了更好的物理性能,碳纤维轻于铝、比重低于钢的1/4bet体育娱乐,比强度可达到铁的20倍bet体育娱乐,具有强度大bet体育娱乐、模量高bet体育娱乐、密度低等优势,在新材料中占有重要地位,已经在飞机制造、风力发电、体育球棒生产等领域得到广泛应用bet体育娱乐,纤度(采用9km长纤维的克数进行表示)好的碳纤维的拉力高达300Kg/m㎡,纤度约为19g。碳纤维复合材料在严格要求刚度、高温环境及化学稳定性等生产领域和使用场合表现出很好的应用优势??梢蕴逵鞑牡牟煌嘈图傲ρ阅芤笪谰萦姓攵孕缘耐瓿商枷宋难≡?et体育娱乐?悸堑教枷宋哂腥笫?、粘附性较差的不足,对碳纤维需在先完成表面活化处理的基础上完成复合材料的制备。
    3)硼纤维作为一种重要的高科技纤维,其本质上属于一种复合纤维bet体育娱乐,通过使用化学气相沉积法完成制取过程,其芯材一般采用钨丝和石英,硼纤维的最早开发研制用途在于制造质轻且强度高的增强用纤维材料,以供制造高性能飞机使用,硼纤维具备高强度、高模量的优势,规模生产的硼纤维应用领域不断扩大(包括宇航bet体育娱乐、体育及工业等)bet体育娱乐bet体育娱乐,化学气相沉积法、乙硼烷的热分解或熔融是生产硼纤维的主要方法,目前最经济的方法为化学气相沉积法bet体育娱乐,该制备方法的芯材一般使用钨丝(直径为12.5μm)bet体育娱乐,三氯化硼与氢气的化学混合物通过反应管由电阻加热至约1300℃完成化学反应后,钨丝表面上沉积形成硼层,最终导出制成的硼纤维bet体育娱乐。对树脂和金属材料起到显著的增强作用,在增强塑料中硼纤维增强环氧树脂性能很好,是在体育器材中应用较多的高强、高模纤维复合材料。
    4)碳化硅纤维具有较好的耐热性和相容性,拉伸强度大、模量高的碳化硅纤维(于1983年完成批量生产开发)的制备方法主要有先驱体转换法和化学气相沉积法两种,采用碳化硅纤维的复合材料能够用于制成抗压bet体育娱乐、抗冲击及耐磨的体育运动器材。
    5)芳香族聚酰胺纤维,以低密度、高强度bet体育娱乐、高模量、耐高温方面的优势最为突出bet体育娱乐,最初命名为芳香族聚酰胺,熔点高于分解温度芳族聚酰胺类化合物限制了纤维的制造方法(只能用溶液法)bet体育娱乐。随着科技的进步目前可使用的成形方法包括干湿法纺丝和Monsand方法(通过化学改性处理对位芳香聚酰胺后在有机溶剂进行溶解最终实现纺丝的成形)。作为技术含量及附加值较高的一种特种纤维,芳香族聚酰胺纤维与树脂的粘结性好bet体育娱乐,相比于玻璃纤维和碳纤维增强材料bet体育娱乐,芳香族聚酰胺纤维增强后的复合材料具备更好的拉伸强度,弹性模量优于玻璃纤维增强材料。
    6)超高模量聚乙烯纤维(密度为0.97g/c㎡)bet体育娱乐,具有高度取向的伸直链结构,属于高性能纤维bet体育娱乐,相比于碳纤维和芳纶表现出来更好的轻质及高强度优势,具有良好的耐候性,较强的化学惰性使其具备更好的化学稳定性,其强度受到有机溶剂、强酸bet体育娱乐bet体育娱乐、强碱溶液的影响较小bet体育娱乐,耐紫外性能优越(在太阳照射1500h后仍能保持80%纤维强度),耐低温性较好(可在低至-150℃的温度下使用)。在现有高性能纤维中,超高模量聚乙烯纤维表现出了更好的柔韧性、耐磨、抗切割及抗张力疲劳性能,在安全防护bet体育娱乐、航空航天、车船制造、体育等领域应用广泛。超高模量聚乙烯纤维存在不易染色加工的不足bet体育娱乐bet体育娱乐。
    7)混杂纤维,体育运动器材中应用的混杂纤维增强通过长丝单向增强、两种短纤维混杂或由包芯复合纱(两种纤维组成)作增强材料实现,混杂纤维增强复合材料兼具单一纤维优势及单只组成纤维的特殊性能,实现优势间的互补,可使体育运动器材的不同需求得以有效满足,通过应用混杂复合材料可使体育器材成本得以降低bet体育娱乐,通过优化选择使用纤维及体积含量实现物理和机械性能范围的扩展bet体育娱乐,并可获取单项或组合的性质。

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