随着人会对健康生活方式的追求，如今体育健身已经深入到我们的生活中。体育事业的发展对科学训练方式，新型运动器材的需求使体育器材的市场进一步扩大。传统的体育用品大都是采用木材和其他复合材料，而碳纤维材料在重量和强度方面相比更有优势，力学性能也比木材要高很多。因碳纤维材料的多种优良性能使其在体育器材领域应用广泛，并将在中未来体育器材的发展方向。
1. 重量轻
除了特殊体育项目要求重量，人们在用体育用品进行锻炼时，体育用品当然是越轻越好。重量轻能使锻炼者更好的发挥水平，比如网球拍、球杆、自行车、滑雪板等，甚至还有一些靠人力之外动力使其运动的器材如、帆船类也同样要求质轻，可减少动力要求，节省燃料。碳纤维在这方面有不可代替的优势。
2. 良好的力学性能
碳纤维材料的比强度、比模量是其他材料所不能超越的，其的力学性能刚好满足体育器材的需求，是体育器材可选材料的选择。碳纤维复材主要是树脂固化成型，在加工设计方面能发挥更多可能。
3. 安全、卫生
碳纤维复合材料不仅优势良多，而且是一种环保型材料，在卫生性及安全性上也有保障。
碳纤复合材料已经很大部分的占领了体育器材市场，随着人们对体育器材的高要求标准，相信未来会有更广阔的发展前景。
碳纤维复合材料在温度升高后首先是产生热:膨胀和一定的内应力,当温度升高的幅度进一步加大时,复合材料的组分材料会逐渐发生软化、熔化、分解甚至燃烧等-系列变化 ,使得碳纤维复合材料的性能下降。碳纤维复合材料的耐热性不仅与组分材料的耐热性直接有关,还与材料的热膨胀系数密切相关。碳纤维复合材料的耐热性取决于基体材料的耐热性。
碳纤维通常与环氧树脂结合,构成热固性碳纤维复合材料,其加工性、成型性以及耐热性都十分优异。如果想要保证碳纤维性能不下降的同时还能够承受更高的工作温度,就必须要选择其它基体材料,目前, PEEK、PPS、 PI特种工程塑料与碳纤维结合,构成热塑性碳纤维复合材料,备突出热性能,并且在高温工作环境中能够保证性能的稳定。
科学家们一直在致力于研发质轻高强的材料推动经济、科技和社会发展,碳纤维复合材料就是其中典型的成功代表。它是用聚、沥青在高温”下预氧化碳化而成的,含碳量在92%以上。它性能优越,使用范围也很广, 近年来随着生产成本的降低更受人们欢迎了。
碳纤维复合材料的优点:
碳纤维复合材料的优点有强度高、模量高、、耐腐蚀、耐高温、重量轻、可设计性强。它的强度有3600MPa ,比普通钢材高出倍,重仅有钢的四分之一, 充分体现质轻高强这个特点。碳纤维材料可耐几千摄氏度的高温,和树脂混合制成复合材料后,因树脂的关系耐高温能力有所下降,不过也可耐几百摄氏度的温度。酸、碱、盐、醇醛等化学物质几乎都不会对它有任何腐蚀,抗震,不容易被磨损。
碳纤维复合材料的应用:
碳纤维复合材料早使用在军事方面,解决了隔热问题,又在航天航空、、体育用品等领域。现已扩展到海洋开发、
风能发电、建筑加固、家具建材领域,就连日常生活中的小物品,例如杯子烟灰缸、钱夹等都能用碳纤维复合材料制造。
PAN基碳纤维具有高比强度、高比模量,它的耐高温、耐腐蚀性能良好,导电导热性好,是国际技术领域不可缺少的原料,被广泛应用于航空航天、军事、体育用品、等领域。 目前国际碳纤维已经发展到了T1000级别,由于技术垄断限制,我国T800碳纤维还尚处于实验室研制阶段。
我们就拿日本东丽公司生产的PAN基碳纤维为例,牌号为T300-3K、M40J-6K ，-般可简称为T300和M40J。经过科学的仪器检测, M40J的强度和模量比T300高约25%和60%。而断裂应变比T300低20% ,密度稍高于T300。M40J碳纤维的含碳量比T300的高,而含氮量低于T300碳纤维，
它的表面活性基团比T300碳纤维低,且有大量的长而浅的沟槽,而T300碳纤维虽然也有大量沟槽,但是相对来说短而深。
通过电子显微镜我们可以发现,两种碳纤维的断面形状都较规整,晶粒细密均匀,无裂纹、孔洞, T300近圆,而M40J部分呈现出形, T300有明显的皮芯结构,而M40J径向结构比较均匀,皮芯结构不明显,这是M40J此T300力学性能高的原因之一。
M40J和T300碳纤维的表面官能团主要为羟基、羰基 ,但是这两种碳纤维表面成分也有差异,它们的活性碳原子比例分别是0.540和0.204。M40J的表面活性比T300低,这是影响碳纤维复合材料宏观性能的原因之一。
从化学成分来看, M40J碳纤维含碳量在99.12% , T300的含碳量在93.68%左右,前者含氮量在0.074% ,后者含氮量约5.964%。此外都含有少的氢和氧。可以推断出M40J的终热处理温度比较高,大于2000°C ,微观结构比较稳定,有利于碳/碳材料复合过程中纤维强度的保持率和利用率。