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科普复材
科普|盘点2022年北京冬奥运会用“黑科技”-复合材料
来源: 时间: 2021-12-28 浏览: 19956

一、冬奥会火炬“飞扬”

火炬需要满足火焰颜色与稳定性、高压储氢,氢能安全利用等多项技术要求。火炬“飞扬”的外壳采用碳纤维复合材料,燃烧罐也以碳纤维材质为主,安全可靠性高,可抗风10级,可在极寒天气中使用,减压比高达几百倍。

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火炬设计制作中,主要攻克了复合材料的高温燃烧和成型工艺控制等难题,解决了碳纤维复合材料在极端条件下的应用瓶颈,实现了火炬外壳在高于800℃的氢气燃烧环境中正常使用;破解了火炬外壳在1000℃高温制备过程中起泡、开裂等难题。

火炬的设计秉持绿色、可持续理念,由高校、科研院所和科创企业协同努力完成。

二、雪车

由航天材料与工艺研究所,采用“碳纤维复合材料+合金材料”联合打造,主要成型工艺为“热熔预浸料+热压罐成型”。为保障装备的高性能和高质量,研发团队突破了多项关键技术,例如低风阻高可靠的外形结构一体化设计、高抗冲碳/玻混杂复合材料、复杂翼身融合结构一体化高质量成型等,将先进可靠的航天材料技术应用到冬奥装备研发上,完成了2人雪车和4人雪车两种制式的第二代雪车,接下来将进入正式比赛装备认证流程。

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三、高性能防寒加热服

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清华大学曹彬老师课题组在热舒适保障措施的设计上,注重应用新型功能材料,包括气凝胶保温隔热材料、柔性石墨烯发热材料、金属氧化物半导体发热材料等。研究团队开发出兼具防风、保温和加热效果的高性能防寒加热服,在外衣整体保温性能提升的基础上进行再升级,对人体部位提供持续稳定的局部加热。通过对实验数据的分析表明,采用上述热舒适保障措施后,人的体感温度至少提升10℃-15℃。

四、滑雪板

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碳纤维滑雪板,与普通滑雪板比较,其重量更轻、硬度和抗扭转性更高。滑雪板在歪斜不均匀的雪坡表面上展现出了极佳的抓地力。在平面上滑雪板一定不能扭动,这样可以使滑板的整接触面在雪地上可以保持最佳的抓地力,因此滑雪时不会再离开地面。

五、冰球杆

碳纤维复合材料冰球杆,以碳纤维布预浸料为原材料,严格控制树脂基体的含量和预浸料的面密度,其质量误差控制在±1g/m2-1.5g/m2;采用模压成型,将碳纤维预浸料制作的碳纤维球杆基材放入模具中,模具的充气压力控制在18Mpa至23Mpa,并对碳纤维球杆基加热,以使冰球杆成型。树脂基体附着在碳纤维布表面,一方面增加碳纤维布的韧性,另一方面提升球杆整体的结构强度,确保冰球杆结实耐用。

碳纤维复合材料除了现身冬奥会外,在体育器材领域的应用也越来越广泛,主要应用有游艇、皮划艇、自行车、羽球拍、网球拍、弓箭、撑杆、高尔夫球杆等。


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