马昭蕊 马茹梦 尚中达 陈武

摘要：使用传统材料制造羽毛球拍，不仅会出现耐磨性差的问题，还缩短了羽毛球拍的使用寿命短，而碳纤维编织复合材料的应用则能够有效弥补传统材料的不足，提升羽毛球拍的耐磨性，从而盐城羽毛球拍的使用寿命，证实了碳纤维编织复合材料技术的重要性。另外，碳纤维编织复合材料具有很强的性能特点，其应用能够完善和优化羽毛球拍的性能，最大限度提高羽毛球拍的质量，促进体育用品制造行业发展。对此，本文根据相关文献，对碳纤维编织复合材料技术在羽毛球拍制造中的应用进行了详细分析。

关键词：碳纤维编织复合材料技术;羽毛球拍;应用分析

1 碳纤维编织复合材料技术的性能分析

实质上就是对碳纤维编织复合材料（下文简称碳纤维）的性能进行简要分析，包括密度、比强度、比模量、疲劳强度、热膨胀系数、破损安全性能、阻尼性能、设计自由度高等，具体如下：

1.1密度分析

本文选用钢、铁、铜、铝和钛5种常用材料，与碳纤维编织复合材料进行密度比较分析，具体比较分析结果见表1：

通过表1结果可以看出碳纤维编织复合材料的均明显低于其他五种常用材料，而羽毛球拍则是越轻越好，所以相比较而言碳纤维编织复合材料更适合羽毛球拍制造。

1.2比强度和比模量分析

本文选用杉木、梧桐木和钢材与碳纤维编织复合材料进行比较分析，具体比较分析结果见表2：

通过表2结果可以看出碳纤维编织复合材料的比强度与比模量均明显高出其他材料，与杉木相比分别高出4倍与3倍，与梧桐木相比分别高出2 倍与3倍，与钢铁相比分别高出 2.4 倍与 3.75倍，说明碳纤维编织复活材料更容易制造轻盈且坚韧的羽毛球拍。

1.3疲劳强度和热膨胀系数分析

碳纤维编织复合材料与钢材和铝材相比，疲劳强度更高，高达80%，而钢材和铝材则分别为60%和40%，故使用碳纤维编织复合材料制造的羽毛球拍寿命更长;其热膨胀系数非常小，这意味着羽毛球拍击打时的准确率非常高。

1.4破损安全性能、阻尼性能和设计自由度高分析

（1）破损安全性能：相关学者对碳纤维编织复合材料进行反复多次的任意角度破坏，经过测定被破坏后的纤维依旧能够发挥作用，虽然部分碳纤维出现断裂，但整体结构并没有受损[2]。

（2）阻尼性能：选用钢材、铝材与碳纤维编织复合材料进行比较分析，其结果显示碳纤维编织复合材料的阻尼系数最高，更适合高性能羽毛球拍的制造，具体见表3：

（3）设计自由度高：以上特性都决定了碳纤维编织复合材料的设计自由度很高，并且可以通过改变碳纤维的铺叠方向来增强或抑制性能，所以实际制造中可以根据需要调整性能。

2 羽毛球拍制造中碳纤维编织复合材料技术的具体应用

2.1在缠绕成型中的应用

因为碳纤维编织复合材料本身就具有很高的强度，所以可以应用于强度要求高的羽毛球拍缠绕制造过程中，其原理在于将预浸料均匀缠绕在缠绕机的芯模中，并在自然固化去除芯模取出制品[2-3]。该技术能够充分发挥出碳纤维编织材料的强度高优势，提高羽毛球拍质量，与传统生产制造方式相比，该技术不仅实现了批量化和机械化制造，还大大提升生产质量及效率，为羽毛球拍制造企业带来巨大经济效益。

2.2在模压成型中的应用

模压成型工艺主要应用于羽毛球拍圆形部位制造，该制造流程过程中应用碳纤维编织复合材料时需要注意环境的封闭性，通常情况下需要在封闭的模具腔内完成。其原理在于先将碳纤维编织复合材料加入模型，然后加热、气压固化，使碳纤维编织复合材料快速成型，最后得到陰模具与阳模具，该方法能够充分发挥碳纤维编织复合材料密度小和硬度大的作用及价值，大大提升羽毛球拍的生产效率、尺寸精准、性能等，减少拍型歪斜等不良现象发生[3]。

2.3在 RTM树脂传递模型中的应用

RTM树脂传递模型是一种比较传统的羽毛球拍制造方法，在制造过程中会因为材料热膨胀系数大、破损安全性能差等原因下损耗大量原材料，所以对材料的选择要求非常高。而碳纤维编织复合材料的膨胀系数小、破损安全性能高、阻尼性能高和疲劳强度高，都决定了碳纤维编织复合材料具有很强抗热性、抗压性等性能，减少了原材料的消耗[4]。RTM 树脂传递模型的原理在于先根据要求制作好模型，然后将树脂注入模型、自然固化和得出模型制品，大大提升了羽毛球拍质量和生产效率高，加上投入低和有毒气体少，所以称为了目前应用频率较高的一种羽毛球拍制造方法。

2.4 在挤拉成型中的应用

羽毛球拍在生产制造完成后还需要进行最后的调整，以便于及时发现处理不合格的羽毛球拍制品，而挤拉成型则是及时调整羽毛球拍结构及外形的有效方法，结合碳纤维编织复合材料能够在解决各种制品问题的同时，优化羽毛球拍制品的结构及性能，从而提高羽毛球拍的质量和使用寿命。碳纤维编织复合材料在挤拉成型中的应用原理在于先将经过浸渍的碳纤维编织复合材料制作成羽毛球拍成型模具，然后将凝胶灌入模具腔内，最后固化、加热和成型，形成最终的羽毛球拍制品。

结语

总之，碳纤维编织复合材料的应用，能够在提升羽毛球拍耐磨性和质量的同时，延长羽毛球拍的使用寿命和优化其功能，证实了碳纤维编织复合材料具有很高的羽毛球拍生产价值及作用。因此，上文基于对碳纤维编织复合材料及其性能的了解，从缠绕成型、模压成型、 RTM树脂传递模型和挤拉成型中等方面分析了具体的应用措施及方法。

参考文献

[1]杨磊. 碳纤维编织复合材料技术在羽毛球拍制造中的应用[J]. 粘接，2021，45（2）：63-66.

[2]刘雨辰，王凤来. 碳纤维编织复合材料羽毛球拍参数化建模研究[J]. 高科技纤维与应用，2017，42（4）：52-56.

[3]周文龙，张天羽. 羽毛球拍用碳纤维的表面改性与性能研究[J]. 化学与粘合，2020，42（4）：265-268，279.

[4]石狮市鸿兴文体器材有限公司. 一种耐磨的碳纤维羽毛球拍：CN201821667209.3[P]. 2019-08-02.

河北工程大学