纤维复合材料,体育

1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划纤维复合材料,体育体育用品复合材料的超声无损检测技术泰山体育产业集团有限公司国家体育用品工程技术研究中心孟庆华李川张瑞林摘要：随着经济的发展，人们生活水平不断提高，健康成为人们关注的焦点，健身成了大多数人的选择，而现代竞技体育的发展在对体育器材的改进与研究提出了更高的要求。复合材料运用到体育用品中的比例越来越大，将复合材料运用到体育用品中成为21世纪体育用品的一大趋势。由于复合材料的非均质性和各项异性，在制造过程中工艺不稳定，极易产生缺陷，由于超声波检测具有灵敏度高、穿透性强、检验速度快、成本低和对人体无害等优点。超声无损检测对于体育用品复合材料的技术与研究及应用有着积极的作用。关键词：复合材料；超声波；超声无损检测1引言体育用品复合材料特点与应用复合材料是一种多相材料，由两种或多种性质不同的材料组成，其主要组分是增强材料和基体材料，基本的结构形式是层压件和缠绕件。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其

2、比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。在体育赛事越来越受瞩目的今天，人们期望通过装备器材的升级带动运动员挑战极限。为此，体育用品制造商在优化装备和器材设计的基础上，积极采用各种创新材料，其中碳纤维复合材料最受青睐。全球碳纤维市值在过去5年中一直以两位数的速度增长，预计至XX年，产值有望达到24亿美元。不过，体育用品和休闲设备在XX到XX年间的年均增长率将保持在3左右。实践证明，很多体育用品改用复合材料制造后，大大地改善了其使用性能，使运动员创造出好成绩，如碳纤维自行车、全碳滑雪板、碳纤维网球拍、碳纤维高尔夫球杆、赛车碳纤维底盘等。复合材料的超声检测由于复合材料的非均质性和各项异性，在制造过程中工艺不稳定，极易产生缺陷，复合材料在制造过程中的主要缺陷有:气孔、分层、疏松、越层裂纹、界面分离、夹杂、树脂固化不良、钻孔损伤等。由于超声波检测具有灵敏度高、穿透性强、检验速度快、成本低和对人体无害等优点，在复合材料的无损检测中，超声检测技术是应用最广泛的方法，它主要利用复合材料本身或其缺陷的声学性质对超声波传播的影

3、响来检测材料内部和表面的缺陷。超声波不但能检测分层、气孔、裂纹、夹杂等缺陷，而且在判别疏松、密度差别、弹性模量、厚度等材料特性和几何形状的变化方面也具一定作用。因此，超声检测技术对评定复合材料制件的质量具有良好的实用价值。2超声检测技术超声波波型根据波动中质点振动方向与波的传播方向的不同关系，可将波动分为多种波型，超声检测应用的波型有纵波、横波、表面波和兰姆波，在复合材料的超声检测中，通常应用的超声波波型为纵波。检测技术分类超声检测技术分类的方式有多种，按原理分类，较常用的有脉冲反射法和穿透法。脉冲反射法脉冲反射法是由超声波探头发射脉冲纵波到试件内部，通过观察来自内部缺陷或试件底面的反射波的情况来对试件进行检测的方法。超声波在复合材料内部传播过程中遇到材料内部缺陷时，由于缺陷的声阻抗与材料的声阻抗不同，超声波在缺陷处被反射奇数层的木片中间粘有胶水，经过高压压制而成。4、玻璃钢5、碳纤维复合材料复合材料的一般性质材料结构的可设计性可以按照产品的指定要求，通过在不同的部位和不同的方向上选择不同的纤维和基体，选择后基本上就确定了复合材料的性能。结构整体性能好材料在加工过程中，构件与材料是同时

4、形成的。由于这一特点，使之结构的整体性能高。抗疲劳性能好许多复合材料能够在长期交变荷载条件下工作，其疲劳强度极限高于金属材料，具有较长的使用寿命和较大的破坏安全性。4）破坏安全性好复合材料制品发生破坏时，不像传统材料发生突然破坏，而是经历基体损伤、开裂、界面脱胶、部分纤维首先断裂，其他纤维仍承受一定荷载，从而延缓突发性灾难的破坏。成型工艺简单、灵活复合材料可采用模具一次成型来制造各种构件，也可以采用手糊成型工艺以及模压、缠绕、喷射、拉挤等成型工艺生产出各种产品。它同时可以适应艺术和形象构体的需要，创造出意想不到的效果，如各种艺术形象、雕塑作品等。复合材料的分类复合材料按性能高低分为常用复合材料和先进复合材料。复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。1按基体相的性质分金属基复合材料1铝基复合材料2钛基复合材料3铜基复合材料非金属基复合材料1塑料基复合材料2橡胶基复合材料3陶瓷基复合材料2按增强相的形态分纤维增强复合材料1纤维增强塑料2纤维增强橡胶3纤维增强陶瓷4纤维增强金属颗粒增强复合材料1金属陶瓷2弥散强化金属叠层复合材料1双层金属复合材料2三层复合材料玻璃纤维复合材料玻璃纤维

5、增强材料即玻璃钢，是一种重要的工业材料。玻璃钢主要分为玻璃纤维增强热塑性复合材料和玻璃纤维增强热固性复合材料，简称热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。热塑性玻璃钢热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂为粘结剂制成的复合材料。制作玻璃纤维的基体材料主要是二氧化硅和其他氧化物的熔体、含氧化钠和氧化钾的量很少(低于1)。玻璃纤维的比强度和比模量高，耐高温、化学稳定性好，电绝缘性能也较好。用作粘结材料的热塑性树脂有尼龙、聚碳酸脂、聚烯烃类、聚苯乙烯类、热塑性聚脂等，其中以尼龙的增强效果最为显著热塑性玻璃钢主要有以下特点：1.提高拉伸、压缩、弯曲等机械强度及弹性模量、改善蠕变性能；2.提高热变形温度；3.降低吸水率，增加尺寸稳定性；4.改善热导率；5.降低膨胀系数；6.提高硬度；7.抑制应力开裂；8.阻滞燃烧性；9.改善电性能。玻璃纤维增强尼龙的刚度、强度和减摩性好，可代替有色金属制造轴承、轴承架、齿轮等精密机械零件，还常用于一些大型制品，如洗衣机的皮带轮、电器罩壳以及耐热容器等，也可以制造电工部件和汽车上的仪表盘、前后灯等。玻璃纤维增强苯乙烯类树脂，广泛应用于汽车内装制品，收音机壳体、磁带录音

6、机底盘、照相机壳、空气调节器叶片等部件。玻璃纤维增强聚丙烯强度、耐热性和抗蠕变性能好，耐水性优良，可作转矩变换器、干燥器壳体、电风扇，空调设备、洗衣机、台灯、音箱等制品。玻璃纤维增强聚碳酸脂尺寸稳定，热膨胀系数小并耐冲击，主要应用于电器开关、冷却器等。2）热固性玻璃钢热固体玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂为粘和剂制成的复合材料。通常热固性玻璃钢简称玻璃钢。热固性树脂常用的有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯和有机硅树脂等四种。酚醛树脂出现最早，环氧树脂性能较好，应用较普遍。热固性玻璃钢主要有以下特点：1.具有较高的比强度；2.具有良好的电绝缘性和绝热性；3.耐腐蚀性化学；4.根据需要可制成半透明或特别的保护色和辨别色；5.能承受超高温的短时作用；6.方便制成任意曲面形状、不同厚度和非常复杂的形状；7.具有防磁、透过微波等特殊性能。玻璃钢的不足之处也较明显：1、刚性较差；2、耐热性有限，目前一般还只在300以下使用；3、冲击韧性和冲击疲劳韧性与基体材料相比有所下降；4、是一种各向异性材料；与金属相比，易老化和产生蠕变。玻璃钢的应用较广，主要应用于以下几个方面：1.在宇航和航空方面，我

7、国生产的歼6、歼8、轰6等飞机雷达罩都是用玻璃钢制成。如美RQ-4A型全球鹰大型无人侦察机，其中多数材料为玻璃钢，机翼部分而采用碳纤维合成材料制造。2.在造船方面，1942年美国用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制成了世界上第一艘快艇。1946年生产出第一艘玻璃钢帆船。目前美国海军部规定长16m以下的船舰全部采用纤维复合材料，主要是玻璃钢制作。3.在车辆制造方面，玻璃钢可代替零星钢材制造汽车、机车、客车、拖拉机车身，以及其他配件。从发展趋势看，玻璃钢在车辆上的应用前景是十分可观的。4.在电机电器方面，玻璃钢可以制造重型发电机的护环、电机上的端盖、定子槽楔，要求刚性好耐热性好的电热器、电风扇、空调设备、洗衣机、音箱等制品。5.在石油、化工方面，玻璃钢可以作为运输石油、化工方面沿用的防腐蚀材料。玻璃钢还可广泛用于各种格栅、贮罐、容器、管道、反应釜、运输槽车、洗涤器、排气烟道、冷却塔、酸洗槽、高位槽、风机叶片等各种各样化工设备中。6.在其他方面，玻璃钢的应用也非常广泛。从简单的护罩类制品如电动机罩、皮带轮防护罩、仪器罩等，到成型复杂的结构件如柴油机、造纸机、水轮机、风机、磁选机、拖拉机等各种部件。

8、玻璃钢用作常规武器方面有：半自动步枪枪托、炮弹引信体、炮弹防潮筒、火箭筒护盖和握把、火箭发射管、钢盔以及手术床、担架等；玻璃钢在医学上可用于制造假肢，体育上可用于制造撑杆跳高的撑杆、网球拍，音乐上可用于制造风琴外壳、定音鼓；美术上可用于雕塑、壁画、工艺品；家庭生活用品上可用于制造家具、门窗、卫生间成套设备以及收录机、电视机、洗衣机的壳体、电风扇、空调设备甚至自行车等。碳纤维复合材料与很多科学技术起源于军事需求一样，碳纤维复合材料是20世纪50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在更广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学等领域。它是一种强度比铜大，比重比铝还小的新颖材料。与玻璃纤维相比，碳纤维具有高强度、高模量的特点，是比较理想的增强材料，可用来增强塑料、金属和陶瓷。同时，碳纤维是一种新型非金属材料，它和它的复合材料具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能。碳纤维树脂复合材料作基体的树脂目前应用最多的是环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。这类复合材料的比重比铝轻、强度比钢高、弹性模比铝合金和钢大，疲劳强度高，冲击韧性

9、好，同时耐水和湿气，化学稳定性高，摩擦系数小，导热性好，受X光线辐射时强度和模量不变化等。总之，其性能比玻璃钢普遍优越，可以用作宇宙飞行器的外层材料，人造卫星和火箭的机架、壳体、天线构架，用作各种机器中的齿轮、轴承等受载磨损零件，活塞、密封圈等受摩擦件。也用作化工零件和容器等。这类材料的不足是，碳纤维与树脂的粘结力不够大，各向异性强度较高，耐高温性能差等。碳纤维金属复合材料碳不易被金属润湿，在高温下容易生成金属碳化物，所以这种材料的制作比较困难。现在主要用于熔点较低的金属或合金。在碳纤维表面镀金属，制成了碳纤维金属基复合材料。这种材料直到接近于金属熔点时，仍有很好的强度和弹性模量。用碳纤维和铝锡合金制成的复合材料，是一种减摩性能比铝锡合金更优越，强度更高的高级轴承材料。法国已有先例：用长纤维增强碳化硅复合材料制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。碳纤维陶瓷复合材料同石英玻璃相比，碳纤维石英玻璃复合材料的抗弯强度提高了约12倍，冲击韧性提高了约40倍，热稳定性也非常好。它克服了玻璃最大的缺点：脆性，从而变成了比某些金属还坚固的不碎玻璃，是一种新型陶瓷材料。如果在普通玻璃中混以60的碳纤维细粉，强度也要提高许多倍。经过碳纤维增强的陶瓷，无论在抗机械冲击性，还是在抗热冲击性方面，都有了极大的提高，这在很大程度上克服了陶瓷的脆性，同时又保持了陶瓷原有的许多优异性能。这种防碎陶瓷目前虽只是初露端倪，但将来一定会有广阔的发展前景。碳纤维陶瓷复合材料已实用化或即将实用化的领域

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