Urheiluvälineet

1. Hiilikuitukomposiittimateriaalien käyttö urheilun ja vapaa-ajan alalla sekä tärkeimmät valmistusprosessit

Hiilikuidun käyttö urheilutuotteissa sai alkunsa 1970-luvulta. Tuolloin kaikki keskittyivät ilmailu- ja sotilasteollisuuteen. Loppujen lopuksi tällainen huippuluokan kenttä, erityisesti Yhdysvaltain ja Neuvostoliiton välinen avaruuskilpailu, satelliitit, avaruusalukset ja kuuhun laskeutumisohjelmat tuona aikana, herättivät maailman huomion.

Hiilikuitukomposiittimateriaalit ovat jo pitkään tunkeutuneet menestyksekkäästi urheiluvälineiden eri aloille, ja urheilutuotteet ovat myös teollisuussektori hiilikuitujen soveltamiseen ja kehittämiseen ilmailun jälkeen.

Hiilikuitukomposiittimateriaaleista on tullut urheiluvälineteollisuuden suosituin materiaali niiden keveyden, lujuuden ja erinomaisen väsymiskestävyyden vuoksi. Inspiraatio hiilikuidun urheiluvälinemarkkinoille tulee yhdysvaltalaiselta Jim Floodilta, joka tunnetaan golfin Edisonina. Vuonna 1972 Jim Flood havaitsi, että hiilikuitumailoilla voi lyödä golfpalloja 30 jaardia kauemmaksi kuin rautoja. Myöhemmin hiilikuitua mainostettiin muissa lajeissa metallimateriaalien korvikkeena, kuten sulkapallossa, tenniksessä, pesäpallossa, rullalautailussa, hiihdossa, pyöräilyssä, soutussa, jousiammunnassa ja muissa urheilulajeissa sekä vapaa-ajan urheilussa, kuten kalastuksessa.

 

2. Hiilikuitukomposiittimateriaalien edut urheiluvälineissä

Yhteiskunnan edistymisen myötä ihmisten elämäntapojen harjoittaminen paranee jatkuvasti. Urheilu on tunkeutunut meidän jokaisen elämään. Terveet ja tieteelliset koulutusmenetelmät ovat myös ihmisten huomion kohteena. Urheiluvälineiden vaatimukset kohoavat koko ajan. Myös uusien urheiluvälineiden markkinat laajenevat, ja vaatimukset urheiluvälineiden materiaaleillekin kohoavat koko ajan. Hiilikuidun painon ja lujuuden edut tekevät siitä suositellun materiaalin uusissa urheiluvälineissä. Tämän seurauksena hiilikuitua käytetään yhä laajemmin urheiluvälineissä. Mitkä ovat hiilikuidun edut urheiluvälineissä:

(1) Kevyt

Paitsi painoa vaativia erikoislajeja, kun ihmiset käyttävät urheiluvälineitä liikuntaan, mitä kevyempi urheiluväline, sitä parempi. Kevyen painon ansiosta harjoittajat voivat suoriutua paremmin, kuten tennismailat, mailat, polkupyörät, sukset jne. Jopa jotkin laitteet, jotka saavat liikkumaan muuhun kuin ihmisvoimaan, kuten kilpa-autot ja purjeveneet, vaativat myös kevyttä painoa, mikä voi vähentää tehontarvetta ja säästää polttoainetta. Hiilikuidulla on tässä suhteessa korvaamattomia etuja.

(2) Hyvät mekaaniset ominaisuudet

Hiilikuitumateriaalien ominaislujuutta ja ominaismoduulia ei voi ylittää muilla materiaaleilla. Sen ainutlaatuiset mekaaniset ominaisuudet vastaavat juuri urheiluvälineiden tarpeita ja ovat erinomainen valinta urheiluvälineisiin. Hiilikuitukomposiitit ovat pääasiassa hartsikovetettuja ja muovattuja, joilla voi olla suurempi rooli käsittelysuunnittelussa.

(3) Turvallisuus, hygienia ja ympäristönsuojelu

Hiilikuitukomposiittimateriaalilla ei ole vain monia etuja, vaan ne ovat myös ympäristöystävällisiä materiaaleja, joiden hygienia ja turvallisuus on taattu. Ne ovat uusia materiaaleja, joilla on erityisiä ominaisuuksia. Hyvien mekaanisten ominaisuuksien, vahvan plastisuuden ja korkean turvallisuuden lisäksi ne ovat myös kierrätettäviä resursseja. Ne ovat erittäin ympäristöystävällisiä ja helppoja kierrättää, samalla kun ne vähentävät kustannuksia ja säästävät resursseja. Näistä ominaisuuksista tulee hiilikuitukomposiittimateriaalien etuja urheiluvälineiden laajassa käytössä.

(4) Korkea plastisuus

Plastisuus on yksi urheiluvälineiden valmistuksen perusedellytyksistä. Muoveilla ja hiilikuitukomposiittimateriaaleilla on kaikilla tietty plastisuusaste. Muoveja ja niiden seoksia voidaan käsitellä ja muotoilla monin tavoin (puhallusmuovaus, ruiskupuristus, ekstruusio, lämpömuovaus jne.) ja levittää sitten urheiluvälineisiin. Muihin yleisiin materiaaleihin verrattuna niillä on parempi plastisuus. Kotimaani urheiluteollisuuden kehittyessä urheiluvälinealalla käytettyjä materiaaleja voidaan käsitellä useammilla tavoilla urheiluvälineiden suorituskyvyn parantamiseksi.

(5) Hyvä ikääntymisenkestävyys

Varsinaisissa sovelluksissa urheiluvälineet ovat enimmäkseen ulkona ja niihin vaikuttavat helposti luonnonympäristöt, kuten auringonvalo ja ukkosmyrskyt. Samaan aikaan ilmakehän aineet, kuten happi, otsoni ja happamat kaasut, voivat myös vahingoittaa sitä. Lisäksi lämpötilan muutokset aiheuttavat urheiluvälineiden ikääntymistä, halkeamia, värimuutoksia jne. Siksi urheiluvälineillä tulee olla hyvä korroosionkestävyys ja ikääntymisenkestävyys, kun niitä otetaan käyttöön, erityisesti ulkoilmaympäristöissä. Vaatimukset ovat tältä osin tiukemmat. Jos ikääntymisenkestävyys on huono, se vaikuttaa vakavasti laitteen käyttöikään.

3. Hiilikuitukomposiittimateriaalien käyttö urheilu- ja vapaa-ajan tuotteissa

Hiilikuituurheilutuotteiden käyttö voidaan jakaa kahteen pääsuuntaan. Yksi on kilpaurheilu, joka painottaa pääasiassa suurta tarkkuutta, korkeampaa ja nopeampaa. Toinen on päivittäinen kuntoilu ja vapaa-aika, joka edellyttää sopivaa kustannustehokkuutta. Tällä hetkellä eniten hiilikuitua kuluttavia tuotteita urheilutuotteiden alalla ovat:

(1) Polkupyörät

Teräs on kestävin materiaali polkupyörissä. Sillä on hyvä elastisuus ja alhaiset kustannukset, mutta suuren tiheyden ansiosta se on helppo ruostua ja väsyä. Alumiiniseos on yleisesti käytetty materiaali markkinoilla. Se on kevyt eikä ruostu, mutta sen joustavuus on liian huono, se väsyy helposti ja ajomukavuus ei ole hyvä. Magnesiumseoksen tiheys on pienempi kuin alumiiniseoksen, ja sen perussuorituskyky on samanlainen kuin alumiiniseoksen. Titaaniseoksen väsymiskestävyys on parempi kuin muiden metallimateriaalien, mutta hinta on korkea ja ominaispaino ei ole edullinen. Hiilikuitukomposiittimateriaalilla on korkea lujuus, hyvä elastisuus, kevyt tiheys ja korroosionkestävyys. Hiilikuitukomposiittimateriaaleista valmistetuilla polkupyörillä on seuraavat ominaisuudet:

a. Vähennä polkupyörän kokonaispainoa tehokkaasti

Hiilikuituhartsipohjaisten komposiittimateriaalien tiheys on yleensä vain 1,6. Se on vain viidesosa terästä ja voi vähentää painoa noin 40 % alumiiniin verrattuna. Pyöräteollisuudessa on sanonta, että jos painoa vähennetään 1g, hintaa voidaan nostaa 1 dollarilla. Polkupyörän hiilikuitukomposiittirunko on neljänneksen kevyempi kuin alumiiniseosrunko. Kevyt paino voi vähentää fyysistä energian menetystä ja siten lisätä ajonopeutta.

b. Rungon korkea yleinen jäykkyys

Hyvän jäykkyyden omaava runko edistää käyttövoiman muuntamista ja parantaa polkupyörän ajo-ominaisuuksia. Hiilikuitukomposiittipolkupyörän rakenne on vahva, eikä sitä ole helppo muotoilla. Käytäntö on osoittanut, että sen rungon jäykkyys ei ole pienempi kuin molybdeeniteräsrungon.

c. Hyvä iskunkesto

Rakenteen luonnollinen taajuus ei liity pelkästään rakenteen muotoon, vaan myös verrannollinen materiaalin ominaismoduulin neliöön. Korkea luonnollinen taajuus voi välttää resonanssin aiheuttamat varhaiset vauriot työolosuhteissa. On raportoitu, että samanmuotoisilla ja -kokoisilla kehyksillä tehdyt testit osoittavat, että alumiiniseoksesta valmistetun rungon värähtely pysähtyy 9 sekunnissa, kun taas erittäin korkean ominaistaajuuden omaavan hiilikuitukomposiittimateriaalin värähtely pysähtyy vain 2,5 sekunnissa. Komposiittimateriaalin hyvä vaimennus vähentää pyörän kolhuja ja parantaa ajomukavuutta.
d. Hyvä turvallisuus

Hiilikuitukomposiittimateriaalien matriisi on jatkuva faasi, joka ympäröi itsenäisiä hiilikuituja muodostaen dynaamisen epävarman järjestelmän. Kun materiaali iskee, kun pieni määrä kuituja katkeaa, kuorma jakautuu nopeasti uudelleen katkeamattomille kuiduille, jotta rakenne kestää edelleen kuormitusta, mikä parantaa huomattavasti ajon turvallisuutta. Yleisten metallimateriaalien väsymisvauriosta on vaikea havaita selviä merkkejä, ja niiden rikkoutuminen on usein äkillistä, kun taas hiilikuitukomposiittirungoilla on erittäin hyvä väsymiskestävyys ja selviä merkkejä voidaan havaita ennen rikkoutumista. Tutkimukset ovat osoittaneet, että hiilikuitukomposiittirungot kestävät yli miljoona törmäystestiä.

e. Lisätty rakennesuunnittelun vapaus

Hiilikuitukomposiittimateriaaleilla on anisotropian ominaisuudet. Tätä komposiittimateriaalien ominaisuutta voidaan käyttää kuitujen järjestämiseen ja asettamiseen polkupyörän kuorman suunnan ja koon mukaan ajon aikana. Komposiittimateriaalien valmistuksen joustavuus mahdollistaa erimuotoisten rakenteiden suunnittelun. Esimerkiksi virtaviivaiset polkupyörät voidaan suunnitella aerodynaamisten periaatteiden mukaan, jotka ovat kauniita ja käytännöllisiä ja joista on helppo saavuttaa paras kustannustehokkuus. f. Hyvä korroosionkestävyys

Polymeerimateriaalit kestävät hyvin happoa, alkalia ja teollisuusilmaa, joten hiilikuitukomposiittimateriaaleista valmistetuilla polkupyörän rungoilla on erinomainen happo- ja alkalikorroosionkestävyys.

 

 

Ranskalainen urheiluautovalmistaja Bugatti ja hollantilainen polkupyörävalmistaja PG ovat julkaisseet yhdessä maailman kevyimmän polkupyörän. Pyörän muotoilu on saanut inspiraationsa Bugatin Chiron-urheiluautosta. Valmistettu hiilikuitukomposiittimateriaaleista, se painaa vain 11 puntaa (noin 4,99 kg). American Architectural Digestin mukaan 95 % polkupyörästä on valmistettu hiilikuitukomposiittimateriaaleista.

Tšekin teknillinen yliopisto Prahassa käyttää automaattista kuitukäämitysprosessia yhdistettynä integroituun silmukkatekniikkaan (ILT), joka on kehitetty jatkuvalla kuituputkiliitännällä polkupyörän runkojen ja niihin liittyvien komponenttien valmistukseen. ILT on prosessi, joka yhdistää rakenteellisia komposiittielementtejä (kuten putkia ja liitososia). Kaikki osat muodostetaan yhtenä kappaleena ja kootaan sitten.

 

 

Hiilikuitukomposiittivapojen edut

Kevytensä ja jäykkyytensä ansiosta se on laajalti ylistetty. Kalastusprosessissa hiilikuituvapojen edut näkyvät seuraavissa asioissa:
·Koska hiilikuituvavat ovat kevyempiä ja ohuempia, niitä voidaan helposti käsitellä yhdellä kädellä;
·Kevyen painonsa vuoksi se voi estää käyttäjiä tuntemasta väsymystä;
·Hiilikuitu voi tehdä vavoista pidempiä, ja pidemmät vavat mahdollistavat laajemman kalastusalueen peittämisen;
· Hiilikuituvavat ovat herkempiä kaloille;

Hiilikuituvavat ovat saaneet kalastajat innostuneemmiksi vuosi vuodelta, ja nämä hiilikuituvavat ovat myös tehneet kalastuksesta suositun viihdetoiminnan peruslajin sijaan, mikä epäilemättä loi hiilikuitualalle uusia markkinoita.