刘海涛

现代奥林匹克运动会已经走过了一百多年的岁月了。在这一百多年里，我们在不断地向着更快更高更强的目标迈进着，人类不断突破自身的极限，不断打破和刷新人类自己创造的体能纪录。而在过去的一百多年里，体育材料也在不断地进步着，而且体育材料的进步也对体育事业的进步起到了积极的推动作用，为运动员的精彩表现锦上添花。纵观近百年来的体育材料发展，从自然的材料木材、绳子及橡胶到逐渐广泛应用的碳纤维复合材料等。体育材料也在不断地刷新着自己的“纪录”，当然，这种“纪录”是蕴含在运动员的完美表现中的。

我们先来看一下撑杆跳高：撑竿跳高在第一届奥运会中就被正式吸收为比赛项目，当时的撑竿由山胡桃木制成，结实沉重，缺乏弹性、储能本领差的特性让选手的动能大多被浪费，所以跳出的最好成绩只有3.3 m。后来竹竿取代木质撑竿，其中空质轻有利于助跑，弹性有利于能量的转化。在20 世纪60 年代，运动员开始使用尼龙撑竿，不久尼龙撑竿又被玻璃纤维竿所代替。随着撑竿材料的不断改革，世界纪录也被屡屡刷新。如今撑竿发展到了第四代，玻璃纤维和尼龙已经被性能更优越的碳纤维复合材料取代，而且可根据撑竿受力的差异来设计不同部位的材质，使整体性能最优。最新的碳纤维撑竿可以保证撑竿既柔韧结实又不会断裂或扭结，它可将运动员持竿快速助跑的动能部分转变成撑竿的弹性变形能，当撑竿被压弯到最大弧度后，这部分弹性变形能再释放出来，转变成运动员的势能，帮助运动员腾空跃起，飞越横杆。

再看一下网球拍的发展：我们知道，网球不是一项可以用绝对意义上的成绩来衡量的运动，但谁也不可否认网球拍的发展使网球运动员如虎添翼，使比赛更加给力。网球拍的发展趋势是大型化、轻量化。二三十年前，网球球拍还一直用木材制作，而目前世界上高、中档网球拍大多采用碳纤维复合材料制成。大型网球拍需要采用重量轻、比强和比模大的碳纤维复合材料来制造，它可以承受比木质拍框更强的网线拉力，以保证击球时不变形。减振阻尼性好的碳纤维复合材料，在赋予运动员舒适感的同时也使网球获得了较大的初速度。

还有弓箭运动：在射箭项目中，改善射箭用具的性能是提高射箭成绩的重要途径，而改善其用具性能的主要方法就是提高弓和箭的弹性。当今世界最好的弓是碳纤维复合材料系列产品，由碳纤维复合材料制作的弓臂可承受较大的弯曲应力，赋予箭最大的初速度和最远的射程。开弓射箭，一张一弛，碳纤维复合材料的耐疲劳特性是玻璃钢和金属材料所无法比拟的，因而所制弓臂的使用寿命更长。

以上三例都是碳纤维复合材料在体育器材上的应用，而高尔夫球杆同样也是碳纤维材料的一个应用亮点：20世纪30年代的钢杆是美国标准高尔夫球杆，1972年美国首先采用碳纤维复合材料制成球杆，到1998年碳纤维高尔夫球杆数量大幅度超过钢杆。高尔夫球杆由握把、杆身、杆头组成，用碳纤维复合材料制成的高尔夫球杆可减轻重量约10%-40%。根据动量守恒定理，当高尔夫球杆的总重量一定时，头重杆轻便于提高挥杆速度，可使球获得较大的初速度。此外，碳纤维复合材料具有高阻尼特性，可使击球时间延长，球被击得更远。

此外，还有自行车：随着现代社会的快速发展，自行车不仅是交通和运输工具，还具有健身、旅游、竞赛等多种功能。高档自行车的车构架、前叉部件、车轮、曲轴及座位支架等均使用碳纤维复合材料制成，不仅使自行车外观更具美感，同时也赋予了车体良好的刚性和减震性能。车体重量进一步下降，骑乘舒适性更好。因此一经研制成功，便被用作专门的比赛用车。

都是碳纤维复合材料！这是为什么？

之所以碳纤维复合材料得到这么广泛的应用，主要还是因为与碳纤维复合材料问世之前用作体育器材的木材、钢材、不锈钢和铝合金相比，碳纤维复合材料有着前面几种材料不可比拟的明显优势：首先是质轻；其次是力学性能好，如高的比强度和比模量，高的疲劳强度，以及破损安全性和阻尼性能等都很好；再者就是可设计性强，设计自由度大。其实，对前二者，这是碳纤维复合材料的“天赋”，无需赘言；而对于第三点可设计性，还要多说两句：体育器材的最佳设计涉及到许多学科的知识，我们通常认为体育器材的设计是为了提高成绩，这确实不假；但是，体育器材的设计还一直秉呈持着这样的一种理念，那就是使器材本身更易于舒适安全地被使用，这也是我们不可忽略的重要环节。而碳纤维复合材料由于具有良好的可设计性，同时再加上它天赋般的力学性能，因此成为当今体育材料的排头兵就不足为奇了。

目前，碳纤维增强复合材料在体育器材领域已形成了较大的市场。业内人士分析认为, 随着体育运动对运动器材越来越苛刻的要求, 将碳纤维增强复合材料运用到体育用品中来是本世纪体育用品产业发展的主流。

参考文献：

杜希岩等. 纤维增强复合材料在体育器材上的应用. 山东纺织科技, 2007 [1]: 50-52.

陈伟等. 碳纤维复合材料在体育器材上的应用. 产业用纺织品, 2011 [8]: 35-38.

周彪. 体育器材中先进材料的使用对竞技体育发展的影响. 佳木斯教育学院学报, 2009 [3]: 121-122.