อุปกรณ์กีฬา

1.การประยุกต์ใช้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในด้านกีฬาและการพักผ่อนหย่อนใจและกระบวนการผลิตหลัก

การนำคาร์บอนไฟเบอร์มาใช้ในผลิตภัณฑ์กีฬามีจุดเริ่มต้นในช่วงทศวรรษ 1970 ในเวลานั้น ทุกคนต่างให้ความสนใจในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการทหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแข่งขันทางอวกาศระหว่างสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต ดาวเทียม ยานอวกาศ และโครงการลงจอดบนดวงจันทร์ในช่วงเวลาดังกล่าว ล้วนดึงดูดความสนใจจากทั่วโลก

เป็นเวลานานแล้วที่วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ประสบความสำเร็จในการแทรกซึมเข้าสู่กลุ่มสินค้ากีฬาต่างๆ และอุปกรณ์กีฬายังเป็นภาคอุตสาหกรรมสำหรับการประยุกต์ใช้และการพัฒนาคาร์บอนไฟเบอร์หลังจากการบินและอวกาศอีกด้วย

วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์กลายเป็นวัสดุที่เลือกใช้ในอุตสาหกรรมอุปกรณ์กีฬาเนื่องจากมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง และทนต่อความเมื่อยล้าได้ดีเยี่ยม แรงบันดาลใจสำหรับตลาดอุปกรณ์กีฬาคาร์บอนไฟเบอร์มาจากจิม ฟลัด ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นที่รู้จักในนามเอดิสันแห่งกอล์ฟ ในปี 1972 จิม ฟลัดค้นพบว่าการใช้ไม้กอล์ฟคาร์บอนไฟเบอร์สามารถตีลูกกอล์ฟได้ไกลกว่าเหล็ก 30 หลา ต่อมามีการส่งเสริมการใช้คาร์บอนไฟเบอร์ในกีฬาอื่นๆ เพื่อทดแทนวัสดุโลหะ เช่น แบดมินตัน เทนนิส เบสบอล สเก็ตบอร์ด สกี ขี่จักรยาน พายเรือ ยิงธนู และกีฬาอื่นๆ รวมถึงกีฬาเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจ เช่น ตกปลา

 

2. ข้อดีของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในอุปกรณ์กีฬา

ด้วยความก้าวหน้าของสังคม การแสวงหาไลฟ์สไตล์ของผู้คนก็พัฒนาอย่างต่อเนื่อง กีฬาได้แทรกซึมเข้าไปในชีวิตของเราแต่ละคน วิธีการฝึกที่มีสุขภาพดีและเป็นวิทยาศาสตร์ยังเป็นจุดสนใจของผู้คน ความต้องการอุปกรณ์กีฬาก็เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ตลาดสำหรับอุปกรณ์กีฬาใหม่ๆ ก็ขยายตัวเช่นกัน และความต้องการวัสดุของอุปกรณ์กีฬาก็เพิ่มมากขึ้นเช่นกัน ข้อดีของคาร์บอนไฟเบอร์ในด้านน้ำหนักและความแข็งแรงทำให้เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์กีฬาใหม่ๆ ส่งผลให้คาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในด้านอุปกรณ์กีฬา ข้อดีของคาร์บอนไฟเบอร์ในอุปกรณ์กีฬาคืออะไร:

(1) น้ำหนักเบา

ยกเว้นกีฬาพิเศษที่ต้องใช้น้ำหนัก เมื่อผู้คนใช้เครื่องกีฬาเพื่อออกกำลังกาย อุปกรณ์กีฬายิ่งเบาก็ยิ่งดี น้ำหนักเบาช่วยให้ผู้ออกกำลังกายทำผลงานได้ดีขึ้น เช่น ไม้เทนนิส ไม้กอล์ฟ จักรยาน สกี ฯลฯ แม้แต่บางอุปกรณ์ที่ต้องอาศัยพลังงานอื่นนอกเหนือจากพลังงานมนุษย์ในการทำให้เคลื่อนไหว เช่น รถแข่งและเรือใบ ก็ยังต้องการน้ำหนักเบาเช่นกัน ซึ่งสามารถลดความต้องการพลังงานและประหยัดเชื้อเพลิงได้ คาร์บอนไฟเบอร์มีข้อดีที่ไม่อาจทดแทนได้ในเรื่องนี้

(2) คุณสมบัติเชิงกลที่ดี

ความแข็งแรงเฉพาะและโมดูลัสเฉพาะของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์นั้นไม่สามารถเทียบได้กับวัสดุอื่น คุณสมบัติทางกลเฉพาะตัวของคาร์บอนไฟเบอร์นั้นตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์กีฬาและเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์กีฬา คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์นั้นส่วนใหญ่ผ่านการอบและขึ้นรูปด้วยเรซิน ซึ่งสามารถมีบทบาทมากขึ้นในการออกแบบกระบวนการ

(3) ความปลอดภัย สุขอนามัย และการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม

วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ไม่เพียงแต่มีข้อดีมากมายเท่านั้น แต่ยังเป็นวัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมด้วยสุขอนามัยและความปลอดภัยที่รับประกันได้ วัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติพิเศษ นอกจากคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ความเป็นพลาสติกที่แข็งแกร่ง และความปลอดภัยสูงแล้ว ยังเป็นทรัพยากรที่รีไซเคิลได้อีกด้วย วัสดุเหล่านี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่งและรีไซเคิลได้ง่าย ขณะเดียวกันก็ลดต้นทุนและประหยัดทรัพยากร ลักษณะเหล่านี้จะกลายเป็นข้อได้เปรียบของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในการใช้งานอุปกรณ์กีฬาอย่างแพร่หลาย

(4) ความยืดหยุ่นสูง

ความเป็นพลาสติกเป็นเงื่อนไขพื้นฐานอย่างหนึ่งในการผลิตอุปกรณ์กีฬา พลาสติกและวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ล้วนมีความเป็นพลาสติกในระดับหนึ่ง พลาสติกและโลหะผสมสามารถแปรรูปและขึ้นรูปได้หลายวิธี (การขึ้นรูปด้วยลม การฉีดขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป การขึ้นรูปด้วยความร้อน ฯลฯ) จากนั้นจึงนำไปใช้กับอุปกรณ์กีฬา เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุทั่วไปอื่นๆ ความเป็นพลาสติกจะดีกว่า ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมกีฬาในประเทศของฉัน วัสดุที่นำมาใช้ในด้านอุปกรณ์กีฬาสามารถแปรรูปได้หลายวิธีเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์กีฬา

(5) ทนทานต่อการเสื่อมสภาพได้ดี

ในการใช้งานจริง อุปกรณ์กีฬาส่วนใหญ่จะอยู่กลางแจ้งและได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ เช่น แสงแดดและพายุฝนฟ้าคะนองได้ง่าย ในขณะเดียวกัน สารต่างๆ เช่น ออกซิเจน โอโซน และก๊าซกรดในบรรยากาศก็สามารถสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ได้เช่นกัน นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิยังทำให้อุปกรณ์กีฬาเสื่อมสภาพ แตกร้าว เปลี่ยนสี เป็นต้น ดังนั้น อุปกรณ์กีฬาจึงต้องมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและทนต่อการเสื่อมสภาพเมื่อใช้งาน โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง ข้อกำหนดในเรื่องนี้เข้มงวดยิ่งขึ้น หากทนทานต่อการเสื่อมสภาพต่ำ จะส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์อย่างร้ายแรง

3. การประยุกต์ใช้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในผลิตภัณฑ์กีฬาและสันทนาการ

การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์กีฬาคาร์บอนไฟเบอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ทิศทางหลัก หนึ่งคือกีฬาแข่งขันซึ่งเน้นความแม่นยำสูง สูงและรวดเร็วเป็นหลัก อีกทิศทางหนึ่งคือการออกกำลังกายและพักผ่อนหย่อนใจในชีวิตประจำวันซึ่งต้องมีอัตราส่วนต้นทุนที่เหมาะสม ปัจจุบันผลิตภัณฑ์ที่มีการบริโภคคาร์บอนไฟเบอร์มากที่สุดในด้านผลิตภัณฑ์กีฬา ได้แก่:

(1) จักรยาน

เหล็กเป็นวัสดุที่คงทนที่สุดสำหรับจักรยาน มีความยืดหยุ่นดีและต้นทุนต่ำ แต่เนื่องจากมีความหนาแน่นสูง จึงเกิดสนิมและสึกกร่อนได้ง่าย โลหะผสมอลูมิเนียมเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในตลาด มีน้ำหนักเบาและไม่เป็นสนิม แต่มีความยืดหยุ่นไม่ดี เกิดการสึกกร่อนได้ง่าย และความสบายในการขี่ไม่ดี ความหนาแน่นของโลหะผสมแมกนีเซียมน้อยกว่าโลหะผสมอลูมิเนียม และประสิทธิภาพพื้นฐานใกล้เคียงกับโลหะผสมอลูมิเนียม ความต้านทานความล้าของโลหะผสมไททาเนียมดีกว่าวัสดุโลหะอื่นๆ แต่ราคาสูงและแรงโน้มถ่วงจำเพาะไม่เป็นประโยชน์ วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงสูง ยืดหยุ่นดี ความหนาแน่นเบา และทนต่อการกัดกร่อน จักรยานที่ผลิตจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีลักษณะดังต่อไปนี้:

ก. ลดน้ำหนักรวมของจักรยานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากเรซินคาร์บอนไฟเบอร์โดยทั่วไปมีความหนาแน่นเพียง 1.6 เท่านั้น เป็นเพียงหนึ่งในห้าของเหล็กและสามารถลดน้ำหนักได้ประมาณ 40% เมื่อเทียบกับอลูมิเนียม มีคำกล่าวในอุตสาหกรรมจักรยานว่าหากลดน้ำหนักลง 1 กรัม ราคาจะเพิ่มขึ้น 1 ดอลลาร์ เฟรมจักรยานที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์มีน้ำหนักเบากว่าเฟรมอลูมิเนียมอัลลอยด์หนึ่งในสี่ น้ำหนักที่เบาสามารถลดการสูญเสียพลังงานทางกายภาพและเพิ่มความเร็วในการขี่ได้

ข. ความแข็งแกร่งโดยรวมของตัวเครื่องสูง

เฟรมที่มีความแข็งแรงดีจะเอื้อต่อการแปลงแรงขับเคลื่อนและเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมจักรยาน โครงสร้างของจักรยานคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงและไม่เสียรูปง่าย จากการปฏิบัติจริงพิสูจน์แล้วว่าความแข็งแกร่งของเฟรมไม่ต่ำกว่าเฟรมเหล็กโมลิบดีนัม

c. ทนแรงกระแทกได้ดี

ความถี่ธรรมชาติของโครงสร้างไม่ได้เกี่ยวข้องกับรูปร่างโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของโมดูลัสเฉพาะของวัสดุอีกด้วย ความถี่ธรรมชาติที่สูงสามารถหลีกเลี่ยงความเสียหายที่เกิดขึ้นก่อนกำหนดอันเนื่องมาจากการสั่นพ้องภายใต้สภาวะการทำงานได้ มีรายงานว่าการทดสอบกับเฟรมที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกันแสดงให้เห็นว่าการสั่นสะเทือนของเฟรมโลหะผสมอลูมิเนียมใช้เวลา 9 วินาทีในการหยุด ในขณะที่วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความถี่ธรรมชาติสูงมากใช้เวลาเพียง 2.5 วินาทีในการหยุด การหน่วงที่ดีของวัสดุคอมโพสิตช่วยลดการกระแทกของจักรยานและปรับปรุงความสะดวกสบายในการขี่
ง. ความปลอดภัยที่ดี

เมทริกซ์ในวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์เป็นเฟสต่อเนื่องที่ล้อมรอบคาร์บอนไฟเบอร์อิสระ ก่อให้เกิดระบบที่ไม่แน่นอนแบบไดนามิก เมื่อวัสดุได้รับผลกระทบ เมื่อเส้นใยจำนวนเล็กน้อยแตกหัก ภาระจะกระจายอย่างรวดเร็วไปยังเส้นใยที่ไม่แตกหัก ทำให้โครงสร้างสามารถรับภาระต่อไปได้ ทำให้ความปลอดภัยในการขี่ดีขึ้นอย่างมาก การสังเกตเห็นสัญญาณที่ชัดเจนของความล้มเหลวจากความเมื่อยล้าของวัสดุโลหะทั่วไปนั้นเป็นเรื่องยาก และความล้มเหลวมักจะเกิดขึ้นอย่างกะทันหัน ในขณะที่เฟรมคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิตมีความต้านทานความเมื่อยล้าที่ดีมาก และสามารถสังเกตเห็นสัญญาณที่ชัดเจนได้ก่อนที่จะเกิดความล้มเหลว การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าเฟรมคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิตสามารถทนต่อการทดสอบการชนได้มากกว่าล้านครั้ง

e. เพิ่มอิสระในการออกแบบโครงสร้าง

วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีลักษณะของแอนไอโซทรอปิก คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตนี้สามารถใช้จัดเรียงและวางเส้นใยตามทิศทางและขนาดของน้ำหนักบรรทุกบนจักรยานขณะขับขี่ ความยืดหยุ่นในการผลิตวัสดุคอมโพสิตเอื้อต่อการออกแบบโครงสร้างที่มีรูปร่างต่างๆ ตัวอย่างเช่น จักรยานที่มีรูปทรงเพรียวลมสามารถออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์ ซึ่งสวยงามและใช้งานได้จริง และง่ายต่อการบรรลุประสิทธิภาพต้นทุนที่ดีที่สุด f. ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

วัสดุโพลีเมอร์มีคุณสมบัติทนทานต่อกรด ด่าง และบรรยากาศอุตสาหกรรมได้ดี ดังนั้นเฟรมจักรยานที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์จึงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดและด่างได้ดีเยี่ยม

 

 

บริษัท Bugatti ผู้ผลิตสปอร์ตคาร์สัญชาติฝรั่งเศสและบริษัท PG ผู้ผลิตจักรยานสัญชาติเนเธอร์แลนด์ร่วมกันเปิดตัวจักรยานที่เบาที่สุดในโลก โดยการออกแบบจักรยานคันนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากรถแข่งสปอร์ต Chiron ของ Bugatti จักรยานคันนี้ทำจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ โดยมีน้ำหนักเพียง 11 ปอนด์ (ประมาณ 4.99 กิโลกรัม) ตามข้อมูลของ American Architectural Digest จักรยาน 95% ทำจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์

มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งสาธารณรัฐเช็กในกรุงปรากใช้กระบวนการพันเส้นใยอัตโนมัติร่วมกับเทคโนโลยีวงจรรวม (ILT) ที่พัฒนาโดยการเชื่อมต่อท่อเส้นใยอย่างต่อเนื่องเพื่อผลิตเฟรมจักรยานและส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง ILT คือกระบวนการที่รวมองค์ประกอบเชิงโครงสร้าง (เช่น ท่อและชิ้นส่วนเชื่อมต่อ) เข้าด้วยกัน ชิ้นส่วนทั้งหมดถูกขึ้นรูปเป็นชิ้นเดียวแล้วจึงประกอบเข้าด้วยกัน

 

 

ข้อดีของคันเบ็ดคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์

เนื่องด้วยมีน้ำหนักเบาและมีความแข็งสูง จึงได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวาง ในกระบวนการตกปลา ข้อดีของคันเบ็ดคาร์บอนไฟเบอร์สะท้อนให้เห็นในแง่มุมต่อไปนี้:
· เนื่องจากคันเบ็ดคาร์บอนไฟเบอร์มีน้ำหนักเบาและบางกว่า จึงสามารถควบคุมด้วยมือเดียวได้อย่างง่ายดาย
·ด้วยน้ำหนักเบาจึงทำให้ผู้ใช้ไม่รู้สึกเหนื่อยล้า
·คาร์บอนไฟเบอร์สามารถทำให้คันเบ็ดยาวขึ้น และยิ่งคันเบ็ดยาวขึ้น ก็ยิ่งครอบคลุมพื้นที่ตกปลาได้กว้างขึ้น
คันเบ็ดคาร์บอนไฟเบอร์มีความอ่อนไหวต่อปลามากกว่า

คันเบ็ดคาร์บอนไฟเบอร์ทำให้บรรดานักตกปลามีความกระตือรือร้นมากขึ้นทุกปี และคันเบ็ดคาร์บอนไฟเบอร์ยังทำให้การตกปลากลายเป็นกิจกรรมบันเทิงยอดนิยมแทนที่จะเป็นกีฬาพื้นฐาน ซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าได้สร้างตลาดใหม่สำหรับสาขาคาร์บอนไฟเบอร์ขึ้นมา