在現(xiàn)代體育休閑領(lǐng)域，復(fù)合材料因其出色的性能和多樣的應(yīng)用而變得日益重要。這些材料不僅提高了運(yùn)動(dòng)器材的效能，也極大地影響了運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)。本文旨在綜述復(fù)合材料在體育休閑領(lǐng)域中的應(yīng)用、技術(shù)進(jìn)步，以及面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向。據(jù)知名咨詢機(jī)構(gòu)Fact.MR發(fā)布的最新報(bào)告也對(duì)全球體育復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測(cè)，至2031年將達(dá)到40億美元規(guī)模，年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)5%左右。而未來(lái)各種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品中將會(huì)越來(lái)越多地使用碳纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料和碳纖維預(yù)浸料。

復(fù)合材料在體育器材中的應(yīng)用極為廣泛，從網(wǎng)球拍、高爾夫球桿到自行車框架等。例如，碳纖維復(fù)合材料由于其輕巧且堅(jiān)固的特性，被廣泛應(yīng)用于自行車和高爾夫球桿的制造中。這些材料不僅降低了器材的重量，提高了運(yùn)動(dòng)員的靈活性和速度，而且還增加了器材的耐用性和性能穩(wěn)定性。

從技術(shù)層面看，目前部分領(lǐng)先企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)碳纖維的產(chǎn)能和技術(shù)創(chuàng)新以期待降低其價(jià)格，以便推動(dòng)碳纖為在體育用品應(yīng)用中的滲透。例如近期較為火爆的，碳纖維復(fù)合材料（CFRTP）電動(dòng)滑板車—“口袋中的汽車。為了實(shí)現(xiàn)“超輕量”且“強(qiáng)韌”的車體，主體框架采用碳纖維熱塑性復(fù)合材料（CFRTP），以鐵的10倍的強(qiáng)度和1/4的輕量性為特征，板厚僅3.3mm的CFRTP框架支撐著整體。體育運(yùn)動(dòng)器材中，碳纖維占據(jù)最大市場(chǎng)領(lǐng)域集中在高爾夫球桿、釣魚(yú)竿、自行車車架和球拍等。而其中價(jià)值引領(lǐng)市場(chǎng)的應(yīng)用產(chǎn)品為滑雪板。尤其今年北京冬奧會(huì)的成功舉辦，進(jìn)一步推動(dòng)雪上運(yùn)動(dòng)在民間的普及，有望讓滑雪板的市場(chǎng)份額更進(jìn)一步。

從經(jīng)濟(jì)層面看，2022年的需求量24000噸，比2021年增長(zhǎng)了29.7%。近3年，中國(guó)碳纖維應(yīng)用主引擎風(fēng)電需求疲軟，而整個(gè)市場(chǎng)需求依然保持高速增長(zhǎng)，原因在于體育器材這一中國(guó)碳纖維發(fā)展的“壓艙石”。體育器材具有很強(qiáng)的包容性：既大量采用高性能碳纖維，也大量采用常規(guī)性能纖維，還有不少高模纖維，未來(lái)也將接受大絲束纖維。其體育休閑市場(chǎng)十年來(lái)的需求發(fā)展情況如下圖所示。

               圖1 碳纖維近十年在體育休閑領(lǐng)域需求量（噸）

從組成上看，2022年碳纖維在眾多體育器材中的市場(chǎng)需求量組成中占前三位的分別是釣魚(yú)竿占比35%，8500噸；高爾夫占比22%，5300噸；自行車20%，4700噸。

              圖2 2022年碳纖維在體育用品市場(chǎng)中的需求占比

總之，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至今，已經(jīng)構(gòu)成了體育及健康產(chǎn)業(yè)大爆發(fā)的條件。2022年上海石化研發(fā)了冬奧火炬，航天科技集團(tuán)牽頭研發(fā)有舵雪車、滑雪板等，讓大眾認(rèn)識(shí)到，先進(jìn)材料碳纖維與體育健康器材的“聯(lián)姻”值得大力推進(jìn)。

近年來(lái)，復(fù)合材料制造技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。新型纖維材料的開(kāi)發(fā)，以及制造工藝的優(yōu)化，如3D打印技術(shù)，正在推動(dòng)體育器材的創(chuàng)新。這些技術(shù)進(jìn)步不僅提升了材料性能，還使得設(shè)計(jì)更為靈活，滿足了個(gè)性化和高性能需求，比較具有代表性的創(chuàng)新應(yīng)用如下：

Bcomp 的亞麻纖維技術(shù)

Bcomp 的復(fù)合材料技術(shù)——ampliTex? 和 powerRibs?——被證明是超級(jí)方程式賽車的理想解決方案。第一種是 ampliTex，是一種由亞麻纖維編織而成的技術(shù)織物，第二種是 powerRibs，是一種增強(qiáng)網(wǎng)格，可為薄壁殼元件提供額外的剛度。利用亞麻纖維的天然特性，這兩種技術(shù)都具有低密度和出色的機(jī)械性能，并針對(duì)高剛度應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。他們共同為 Super Formula 工程師提供了一種更具可持續(xù)性的碳纖維替代品。

                        圖3 亞麻纖維技術(shù)在賽車中的應(yīng)用

Arevo3D打印車架

Arevo推出了Scotsman，這是一個(gè)新的電動(dòng)滑板車品牌，其旗艦產(chǎn)品是一款定制的3D打印、碳纖維/熱塑性復(fù)合材料電動(dòng)腳踏車。近期，由Arevo3D打印車架制造的Kimoa電動(dòng)自行車系列于2022年初亮相。 除了傳統(tǒng)自行車和踏板車外，2022年市場(chǎng)上新增的產(chǎn)品包括英國(guó)D-Fly的Dragonfly電動(dòng)超級(jí)滑板車，其特點(diǎn)是采用了碳纖維復(fù)合材料甲板美國(guó)SNO-GO的復(fù)合材料密集型無(wú)障礙滑雪自行車，以及OKMOS SL-01電動(dòng)滑板，該滑板由德國(guó)Lanxess Tepex連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制成。

                    圖4 利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的自行車架

預(yù)浸料HealTech

瑞士CompPair Technologies公司開(kāi)發(fā)了一種被稱為“自我修復(fù)”的預(yù)浸料HealTech，該預(yù)浸料能夠在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受損時(shí)快速修復(fù)，據(jù)說(shuō)還能實(shí)現(xiàn)可回收性。在與迪卡儂合作的一個(gè)研究項(xiàng)目中，CompPair證明了一種由原始HealTech玻璃纖維預(yù)浸料制成的運(yùn)動(dòng)鞋底可以通過(guò)CompPair的工藝進(jìn)行回收，并再制造成一種新的鞋底（含87%的回收纖維），其性能與原來(lái)的幾乎相同。

盡管復(fù)合材料在體育休閑領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了許多優(yōu)勢(shì)，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。成本是一個(gè)主要考慮因素，高性能復(fù)合材料往往價(jià)格昂貴。此外，可持續(xù)性和回收處理也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。中國(guó)在碳纖維理論產(chǎn)能上已位列世界前三甲，但這是數(shù)十家企業(yè)的集體成果。相對(duì)數(shù)量?jī)H有幾家但在全球處于壟斷地位的日美企業(yè)，中國(guó)企業(yè)依然處于“成長(zhǎng)”階段，數(shù)量多而不強(qiáng)。此外，高端應(yīng)用、技術(shù)水平、生產(chǎn)要素、規(guī)格種類以及產(chǎn)能利用率不足等，依然是國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)面臨的共同問(wèn)題。

展望未來(lái)，隨著新材料的研發(fā)和制造技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)合材料在體育器材方面的應(yīng)用預(yù)計(jì)將繼續(xù)擴(kuò)大，為運(yùn)動(dòng)員提供更優(yōu)越的體育用品，同時(shí)更輕量化更安全的體育用品也將幫助運(yùn)動(dòng)員們不斷挑戰(zhàn)人類運(yùn)動(dòng)的新極限。

綜上所述，復(fù)合材料在體育休閑領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色。通過(guò)不斷的研究和開(kāi)發(fā)，這些材料將繼續(xù)推動(dòng)體育器材的創(chuàng)新，提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和體驗(yàn)。未來(lái)的研究應(yīng)集中在降低成本、提高可持續(xù)性上，以確保這些先進(jìn)材料的廣泛應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)