在20世纪，复合材料的出现已经彻底改变了它们所出现的各个领域。除了长期应用于航空和汽车领域，如今，复合材料也越来越多地出现在与运动相关的应用中。

尖端体育器材不断突破复合材料的极限，这就是为什么如此多的制造商将体育产业作为其他应用的创新实验室。复合材料重量轻、坚固，而且专业和业余运动员都能负担得起，因此，复合材料成了许多运动中获得更好表现的跳板。除了易于使用外，与金属器材相比，复合材料材质产品更易于处理和运输，而设计自由也带来了各种各样的可用应用，且优异的强度意味着几乎不需要维护，产品使用寿命更长。最后，卓越的抗冲击性能赋予器材优异的阻尼和减振性能。

因此，毫不避讳地说，当复合材料结合在运动器材中时，运动员就超越了人体的生理和生物力学极限，从而使他们拥有技术优势和竞争优势。

鉴于下一届奥运会和残奥会即将于几个月后在巴黎举行，因此，在本专题文章中特意为读者挑选了一系列与体育运动相关的复合材料应用。

弓箭及其材料发展简史

射箭目前是全球第四大最常练习的个人运动。世界射箭基金会（WAF）是唯一获得国际奥委会认可的国际组织。它代表五个大陆协会和168个国家协会，在各自的地区管理、促进和发展这项运动。射箭运动最大的三个国家是拥有250万运动员的美国、超过25万的法国和韩国。

弓箭在历史上用于狩猎或战斗，可以追溯到2万年前。这些极其有效的工具已经被世界上绝大多数人类社会所使用。这种非常广泛的应用致使物体本身有许多不同的变化，其中最著名的是英国长弓，在封建时期它曾是该岛军事力量的支柱。

其他类型弓包括适合狩猎的复合材料弓、更现代的滑轮弓和典型的奥林匹克弓。后者又被称为反曲弓，是唯一一种被授权在奥运会上使用的弓。这是一个弯曲的弓，与几个配件一起使用，包括前部和侧面稳定器、瞄准器和点击器。

从16世纪的实用功能来看，射箭已经发展成为一项主要的运动。对竞争性能的追求加速了物体本身的现代化，其设计发生了很大变化。在一项专注度和准确性优先并决定击球质量的运动中，弓的材料会慢慢发生变化。虽然木材是主要材料，但今天，它可以由钢、玻璃纤维和碳纤维制成。

复合材料助力运动员击中靶心

射箭是以物理学中的能量传递原理为基础的。当弓被拉动时，储存在四肢中的能量在箭被释放的瞬间就转移到箭上，使箭以超过200公里/小时的速度向前射出。

弓是复合材料最古老的应用之一。草原游牧民族使用由角、木材、动物韧带和树脂制成的复合材料弓。与传统的弓相比，骑马的弓箭手使用的复合材料弓更小，性能优越。

在现代射箭中，复合材料是弓和箭的重要组成部分。它们被用来制作四肢、立管和箭头。在四肢中，复合材料显著减轻了整体重量，使零件更柔软，更容易将能量传递到箭头上。同样，立管也可以由碳纤维制成，有助于增强坚固性和减轻整体重量。立管是连接两个分支的中心部件。当弓向后拉时，它可以支撑箭头并吸收振动。

当用于箭头时，玻璃纤维或碳纤维复合材料兼具灵活性和轻质性。这为弓箭手提供了直径更小、风力最小的箭。由碳纤维涂层铝芯复合材料制成的箭杆具有最佳的飞行特性。虽然在竞技射箭运动员中很受欢迎，但它们也是最昂贵的。

陕师大复合材料团队研究成果助力冬奥会

在第二十四届冬季奥林匹克运动会开幕式上，由陕西师范大学材料科学与工程学院有机高分子复合材料团队研发的超宽温液晶显示材料被推广应用，为服务北京冬奥会贡献科技力量。

据悉，冬奥会比赛期间，赛场内最低温度低至零下40摄氏度，普通液晶大屏幕无法正常运转。为突破显示用液晶材料使用温度极限，解决低温环境下液晶显示响应速度慢的世界性难题，陕西师范大学材料科学与工程学院安忠维教授、陈新兵教授带领的有机高分子复合材料团队经过长期系统研究，自主成功研发出储存温度为零下45摄氏度至103摄氏度超宽温液晶显示材料。该研究成果由西安彩晶光电科技股份有限公司联合京东方科技集团股份有限公司进行产业化推广应用，向北京冬奥会比赛现场提供了从27英寸到110英寸全系列8K超高清显示屏。通过该系列超高清显示屏，高速滑动的冰球、滑雪板铲起的阵阵雪雾，运动员的面部表情等都得到清晰而顺畅的展现，为全世界观众收看冬奥会赛事提供最佳的视听体验。

作为“能防止显示器在极低温度冻僵的新型液晶材料”，该研究成果成功解决了困扰我国自主知识产权的液晶技术难题，形成了拥有完全自主知识产权的技术体系。

小火炬里藏着大乾坤

奥运火炬“飞扬”的外形极具动感和活力，以祥云纹样“打底”，自下而上从祥云纹样逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案，旋转上升，如丝带飘舞。值得一提的是，“飞扬”的外壳还蕴含着“黑科技”。不仅耐火抗高温，而且可以在极寒天气中使用。如何承受“冰与火” 的双重考验，奥秘就藏在一种新型材料里——碳纤维。

碳纤维就好比一层布料，需要“骨架”支撑才能更好塑形，但一般树脂和碳纤维复合材料只能经受200℃左右的温度，而火炬燃烧口则必须经受住800℃以上的高温。制造团队为攻克耐燃烧耐高温难题，采用库贝化学（上海）有限公司的第三代聚硅氮烷树脂，最高能经受住1200℃的高温，而氢气燃烧温度一般为800℃。经过三维立体编织，碳纤维丝束就像“织毛衣”一样织成了火炬外壳，看不出任何接缝与孔隙，整个造型浑然一体。

接触到“飞扬”的一刻，冬奥组委给它的第一个评价是轻，而且很牢固，怎么摔也摔不坏。另外一个是，冬季火炬传递的时候天气很冷，传统金属材料的手感不太好，复合材料可以解决这个问题，避免冰凉的握感。

碳纤维氢能产品大放异彩

此次冬奥会，碳纤维氢能产品大放异彩：搭载着储氢气瓶的氢燃料电池汽车陆续批量服务北京延庆和张家口两个赛区，助力2022冬奥会；由宇通集团和国家电投氢能公司合作开发的首批氢能通勤大巴，使用165L储氢气瓶组，设计续航里程可达630公里。

氢能产品不仅服务冬奥通勤领域，使用165L储氢气瓶组的物流保温车为赛区内外提供物流运输服务，而氢燃料电池警务巡逻车、消防巡逻车和邮政车则使用了53L储氢气瓶。在氢燃料电池汽车领域，车载储氢技术的改进将是未来氢燃料电池车发展的重点突破环节，在整个车载供氢系统中，储氢瓶是关键部件之一。其中，碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶被寄予厚望。

国产雪车装备从“无”到“有”

雪车是冬奥会中的一个传统项目，雪车背后凝聚的是中国奥运科研的硬实力。为此，航天材料及工艺研究所成立了专项工作组，在科技部和国家体育总局冬运中心的支持下，设立了“冬季项目碳纤维复合材料高性能器材关键技术”研发项目，突破了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一系列的关键技术，最终完成了首辆国产双人雪车原理样机的设计、专用材料体系研制、产品研发与制造。在去年的中国国际复合材料工业技术展览会上，航天材料及工艺研究所把第一代雪车带到了创新产品展区进行展示。该雪车重约 180 千克，由碳纤维复合材料 + 合金材料联合打造，实现了国产雪车装备从“无”到“有”的突破。

文章来源： 买化塑APP，钱 鑫 博士，陕西网