近期，在東京舉行的第32屆夏季奧運會正在如火如荼地進行著。其中撐桿跳高作為田徑四大跳躍項目（跳高、跳遠、三級跳和撐桿跳）之一，正受到越來越多的關注。同時，作為跳高運動員最重要的工具撐桿，也在不斷地發生變化。從最開始的木質竹竿、到玻璃纖維桿、金屬桿，直至現在的碳纖維復合材料撐桿。那么，究竟是什么原因讓碳纖維開始進入體育器材，它有哪些神奇之處。

撐桿跳高遠動員

一、碳纖維和碳纖維復合材料

碳纖維（簡稱CF）是一種在惰性環境氛圍下經過預氧化、碳化、石墨化等過程所制作而成的材料。其含碳量在92%以上，是由范德華力連接的石墨狀亂層結構的過渡態碳素材料。碳纖維復合材料以碳纖維為增強體、樹脂、金屬、陶瓷等為基體復合，制成的結構材料。而碳纖維較柔軟，可加工性高﹐能夠用來生產各種織物﹐并且具有很高的比強度，這些特點是其他碳素材料所不具有的。同時碳纖維也可以通過與金屬、塑料等材料的復合加工制成具有不同特性、不同用途的碳纖維復合材料。

碳纖維

數據來源：賽奧碳纖維 前瞻產業研究院

二、碳纖維的分類

碳纖維種類繁多，性能各異，不同行業對于碳纖維的性能需求不同。目前，碳纖維可根據不同維度進行分類，可以按照原料、力學性能、材料的狀態、纖維數量、特殊性能等方面進行分類。

碳纖維的分類

三、碳纖維的性能

碳纖維被譽為21世紀的“新材料之王”，具有優越的物理和化學性能，其同體積重量不到鋼的1/4，但抗拉強度是鋼的7~9倍。由于碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維。

碳纖維的性能

四、碳纖維的制備

碳纖維的優劣與品質主要取決于碳纖維的生產工藝與原絲。目前，碳纖維工業化產品主要為聚丙烯腈基（PAN）碳纖維和瀝青基（Pitch）碳纖維兩大類。

（1）聚丙烯腈基（PAN）碳纖維制備工藝

以聚丙烯腈為原料生產碳纖維，碳化收率較高（大于45%），能夠制備出高性能碳纖維，是目前產量最高，品種最多，發展速度最快，工藝技術最成熟的方法。

聚丙烯腈基碳纖維制備工藝

（2）瀝青基碳纖維制備工藝

以瀝青纖維為原料生產碳纖維﹐碳化得率高達80%~90%。初始原料瀝青主要有石油瀝青和煤焦油瀝青，原料資源豐富、成本最低﹐是正在發展的前景看好的品種。

瀝青基碳纖維制備工藝

五、為什么受到撐桿跳高器材的青睞

在撐桿跳高的最開始，人們使用木桿。到20世紀初人們發現竹竿既韌且輕又有彈性并開始將它代入賽場，但由于木質桿易脆。后來，人們又改用了金屬桿、玻璃纖維桿。隨著時代的進步。今天競技場上的撐桿經過不斷更新換代，玻璃纖維和尼龍已經被更加輕便、堅韌而富有彈性的碳素纖維和多種復合材料所取代。

（1）質量輕且強度高

就大部分體育運動而言，運動人員對體育器材都會有輕質與高強的期待。而碳纖維復合材料的密度一般控制在1.8 g/cm³之內，相對于金屬與木質材料而言，優勢十分突出。對于撐桿跳高運動，可切實幫助運動員減少運動時的體能消耗，節省體力。

 （2）抗疲勞強度較大

不同于鋼鋁材料，碳纖維復合材料的抗疲勞強度非常大，其在經過百萬次試驗之后，依舊可保留超越65%的抗疲勞強度，少數特殊碳基復合材料甚至可保留超過85%的材料強度，遠優于金屬材料。

  （3）破損安全性能良好

碳纖維復合材料中全部纖維的應變能力始終保持均衡，具備同等應變能力，纖維徑向受外力作用時，即使部分纖維出現斷裂現象，一般也不會對同向其他纖維正常運作造成影響。所以制備而成的撐桿跳高器材即便承受巨大外力作用，不僅不會發生斷裂、影響其整體性能，還會確保運動員的人身安全。

（4）衛生性與環保性較好

碳纖維復合材料性能較優且屬于環保型材料，因此其衛生性、安全性具有一定保障，并且部分碳纖維復合材料可回收循環利用，這便在很大程度上降低了體育器材制備成本，并將有利于體育器材的進一步發展與推廣。

總結：

碳纖維屬于典型的高新技術產品，作為“21世紀的材料之王”，是先進復合材料最重要的增強材料，不僅受到撐桿跳高的青睞，成為奧運撐桿跳高的寵兒。同時，還在其它休閑體育、航天、航空、汽車、電子、機械、化工、輕紡等民用工業的各個領域也得到了廣泛應用。碳纖維產業在發達國家支柱產業升級乃至國民經濟整體素質提高方面，發揮著非常重要的作用，對我國產業結構的調整和傳統材料的更新換代也有著重要意義，對國防軍工和國民經濟有舉足輕重的影響。

參考來源：

1、碳纖維的表面處理及其橡膠復合材料的粘合性能研究 王海燕

2、碳纖維技術發展及應用分析 孫敏

3、碳纖維及其應用發展 趙曉明等

4、淺談瀝青基碳纖維的制備與應用 楊翠微

5、碳纖維復合材料在體育器材中的實踐應用分析  葉艷

作者：晴天