体育休闲中的复合材料市场及技术创新

在现代体育休闲领域，复合材料因其出色的性能和多样的应用而变得日益重要。这些材料不仅提高了运动器材的效能，也极大地影响了运动员的表现和运动体验。本文旨在综述复合材料在体育休闲领域中的应用、技术进步，以及面临的挑战和未来发展方向。据知名咨询机构Fact.MR发布的最新报告也对全球体育复合材料市场规模进行了预测，至2031年将达到40亿美元规模，年复合增长率预计5%左右。而未来各种运动产品中将会越来越多地使用碳纤维织物增强复合材料和碳纤维预浸料。

复合材料在体育器材中的应用极为广泛，从网球拍、高尔夫球杆到自行车框架等。例如，碳纤维复合材料由于其轻巧且坚固的特性，被广泛应用于自行车和高尔夫球杆的制造中。这些材料不仅降低了器材的重量，提高了运动员的灵活性和速度，而且还增加了器材的耐用性和性能稳定性。

从技术层面看，目前部分领先企业扩大生产碳纤维的产能和技术创新以期待降低其价格，以便推动碳纤为在体育用品应用中的渗透。例如近期较为火爆的，碳纤维复合材料（CFRTP）电动滑板车—“口袋中的汽车。为了实现“超轻量”且“强韧”的车体，主体框架采用碳纤维热塑性复合材料（CFRTP），以铁的10倍的强度和1/4的轻量性为特征，板厚仅3.3mm的CFRTP框架支撑着整体。体育运动器材中，碳纤维占据最大市场领域集中在高尔夫球杆、钓鱼竿、自行车车架和球拍等。而其中价值引领市场的应用产品为滑雪板。尤其今年北京冬奥会的成功举办，进一步推动雪上运动在民间的普及，有望让滑雪板的市场份额更进一步。

从经济层面看，2022年的需求量24000吨，比2021年增长了29.7%。近3年，中国碳纤维应用主引擎风电需求疲软，而整个市场需求依然保持高速增长，原因在于体育器材这一中国碳纤维发展的“压舱石”。体育器材具有很强的包容性：既大量采用高性能碳纤维，也大量采用常规性能纤维，还有不少高模纤维，未来也将接受大丝束纤维。其体育休闲市场十年来的需求发展情况如下图所示。

               图1 碳纤维近十年在体育休闲领域需求量（吨）

从组成上看，2022年碳纤维在众多体育器材中的市场需求量组成中占前三位的分别是钓鱼竿占比35%，8500吨；高尔夫占比22%，5300吨；自行车20%，4700吨。

              图2 2022年碳纤维在体育用品市场中的需求占比

总之，中国经济发展至今，已经构成了体育及健康产业大爆发的条件。2022年上海石化研发了冬奥火炬，航天科技集团牵头研发有舵雪车、滑雪板等，让大众认识到，先进材料碳纤维与体育健康器材的“联姻”值得大力推进。

近年来，复合材料制造技术取得了显著进步。新型纤维材料的开发，以及制造工艺的优化，如3D打印技术，正在推动体育器材的创新。这些技术进步不仅提升了材料性能，还使得设计更为灵活，满足了个性化和高性能需求，比较具有代表性的创新应用如下：

Bcomp 的亚麻纤维技术

Bcomp 的复合材料技术——ampliTex™ 和 powerRibs™——被证明是超级方程式赛车的理想解决方案。第一种是 ampliTex，是一种由亚麻纤维编织而成的技术织物，第二种是 powerRibs，是一种增强网格，可为薄壁壳元件提供额外的刚度。利用亚麻纤维的天然特性，这两种技术都具有低密度和出色的机械性能，并针对高刚度应用进行了优化。他们共同为 Super Formula 工程师提供了一种更具可持续性的碳纤维替代品。

                        图3 亚麻纤维技术在赛车中的应用

Arevo3D打印车架

Arevo推出了Scotsman，这是一个新的电动滑板车品牌，其旗舰产品是一款定制的3D打印、碳纤维/热塑性复合材料电动脚踏车。近期，由Arevo3D打印车架制造的Kimoa电动自行车系列于2022年初亮相。 除了传统自行车和踏板车外，2022年市场上新增的产品包括英国D-Fly的Dragonfly电动超级滑板车，其特点是采用了碳纤维复合材料甲板美国SNO-GO的复合材料密集型无障碍滑雪自行车，以及OKMOS SL-01电动滑板，该滑板由德国Lanxess Tepex连续纤维增强热塑性塑料制成。

                    图4 利用3D打印技术生产的自行车架

预浸料HealTech

瑞士CompPair Technologies公司开发了一种被称为“自我修复”的预浸料HealTech，该预浸料能够在复合材料结构受损时快速修复，据说还能实现可回收性。在与迪卡侬合作的一个研究项目中，CompPair证明了一种由原始HealTech玻璃纤维预浸料制成的运动鞋底可以通过CompPair的工艺进行回收，并再制造成一种新的鞋底（含87%的回收纤维），其性能与原来的几乎相同。

尽管复合材料在体育休闲领域的应用带来了许多优势，但仍面临一些挑战。成本是一个主要考虑因素，高性能复合材料往往价格昂贵。此外，可持续性和回收处理也是当前研究的热点。中国在碳纤维理论产能上已位列世界前三甲，但这是数十家企业的集体成果。相对数量仅有几家但在全球处于垄断地位的日美企业，中国企业依然处于“成长”阶段，数量多而不强。此外，高端应用、技术水平、生产要素、规格种类以及产能利用率不足等，依然是国内碳纤维产业面临的共同问题。

展望未来，随着新材料的研发和制造技术的进步，复合材料在体育器材方面的应用预计将继续扩大，为运动员提供更优越的体育用品，同时更轻量化更安全的体育用品也将帮助运动员们不断挑战人类运动的新极限。

综上所述，复合材料在体育休闲领域扮演着越来越重要的角色。通过不断的研究和开发，这些材料将继续推动体育器材的创新，提升运动表现和体验。未来的研究应集中在降低成本、提高可持续性上，以确保这些先进材料的广泛应用和长远发展。

参考文献