在現代體育休閑領域，復合材料因其出色的性能和多樣的應用而變得日益重要。這些材料不僅提高了運動器材的效能，也極大地影響了運動員的表現和運動體驗。本文旨在綜述復合材料在體育休閑領域中的應用、技術進步，以及面臨的挑戰和未來發展方向。據知名咨詢機構Fact.MR發布的最新報告也對全球體育復合材料市場規模進行了預測，至2031年將達到40億美元規模，年復合增長率預計5%左右。而未來各種運動產品中將會越來越多地使用碳纖維織物增強復合材料和碳纖維預浸料。

復合材料在體育器材中的應用極為廣泛，從網球拍、高爾夫球桿到自行車框架等。例如，碳纖維復合材料由于其輕巧且堅固的特性，被廣泛應用于自行車和高爾夫球桿的制造中。這些材料不僅降低了器材的重量，提高了運動員的靈活性和速度，而且還增加了器材的耐用性和性能穩定性。

從技術層面看，目前部分領先企業擴大生產碳纖維的產能和技術創新以期待降低其價格，以便推動碳纖為在體育用品應用中的滲透。例如近期較為火爆的，碳纖維復合材料（CFRTP）電動滑板車—“口袋中的汽車。為了實現“超輕量”且“強韌”的車體，主體框架采用碳纖維熱塑性復合材料（CFRTP），以鐵的10倍的強度和1/4的輕量性為特征，板厚僅3.3mm的CFRTP框架支撐著整體。體育運動器材中，碳纖維占據最大市場領域集中在高爾夫球桿、釣魚竿、自行車車架和球拍等。而其中價值引領市場的應用產品為滑雪板。尤其今年北京冬奧會的成功舉辦，進一步推動雪上運動在民間的普及，有望讓滑雪板的市場份額更進一步。

從經濟層面看，2022年的需求量24000噸，比2021年增長了29.7%。近3年，中國碳纖維應用主引擎風電需求疲軟，而整個市場需求依然保持高速增長，原因在于體育器材這一中國碳纖維發展的“壓艙石”。體育器材具有很強的包容性：既大量采用高性能碳纖維，也大量采用常規性能纖維，還有不少高模纖維，未來也將接受大絲束纖維。其體育休閑市場十年來的需求發展情況如下圖所示。

               圖1 碳纖維近十年在體育休閑領域需求量（噸）

從組成上看，2022年碳纖維在眾多體育器材中的市場需求量組成中占前三位的分別是釣魚竿占比35%，8500噸；高爾夫占比22%，5300噸；自行車20%，4700噸。

              圖2 2022年碳纖維在體育用品市場中的需求占比

總之，中國經濟發展至今，已經構成了體育及健康產業大爆發的條件。2022年上海石化研發了冬奧火炬，航天科技集團牽頭研發有舵雪車、滑雪板等，讓大眾認識到，先進材料碳纖維與體育健康器材的“聯姻”值得大力推進。

近年來，復合材料制造技術取得了顯著進步。新型纖維材料的開發，以及制造工藝的優化，如3D打印技術，正在推動體育器材的創新。這些技術進步不僅提升了材料性能，還使得設計更為靈活，滿足了個性化和高性能需求，比較具有代表性的創新應用如下：

Bcomp 的亞麻纖維技術

Bcomp 的復合材料技術——ampliTex? 和 powerRibs?——被證明是超級方程式賽車的理想解決方案。第一種是 ampliTex，是一種由亞麻纖維編織而成的技術織物，第二種是 powerRibs，是一種增強網格，可為薄壁殼元件提供額外的剛度。利用亞麻纖維的天然特性，這兩種技術都具有低密度和出色的機械性能，并針對高剛度應用進行了優化。他們共同為 Super Formula 工程師提供了一種更具可持續性的碳纖維替代品。

                        圖3 亞麻纖維技術在賽車中的應用

Arevo3D打印車架

Arevo推出了Scotsman，這是一個新的電動滑板車品牌，其旗艦產品是一款定制的3D打印、碳纖維/熱塑性復合材料電動腳踏車。近期，由Arevo3D打印車架制造的Kimoa電動自行車系列于2022年初亮相。 除了傳統自行車和踏板車外，2022年市場上新增的產品包括英國D-Fly的Dragonfly電動超級滑板車，其特點是采用了碳纖維復合材料甲板美國SNO-GO的復合材料密集型無障礙滑雪自行車，以及OKMOS SL-01電動滑板，該滑板由德國Lanxess Tepex連續纖維增強熱塑性塑料制成。

                    圖4 利用3D打印技術生產的自行車架

預浸料HealTech

瑞士CompPair Technologies公司開發了一種被稱為“自我修復”的預浸料HealTech，該預浸料能夠在復合材料結構受損時快速修復，據說還能實現可回收性。在與迪卡儂合作的一個研究項目中，CompPair證明了一種由原始HealTech玻璃纖維預浸料制成的運動鞋底可以通過CompPair的工藝進行回收，并再制造成一種新的鞋底（含87%的回收纖維），其性能與原來的幾乎相同。

盡管復合材料在體育休閑領域的應用帶來了許多優勢，但仍面臨一些挑戰。成本是一個主要考慮因素，高性能復合材料往往價格昂貴。此外，可持續性和回收處理也是當前研究的熱點。中國在碳纖維理論產能上已位列世界前三甲，但這是數十家企業的集體成果。相對數量僅有幾家但在全球處于壟斷地位的日美企業，中國企業依然處于“成長”階段，數量多而不強。此外，高端應用、技術水平、生產要素、規格種類以及產能利用率不足等，依然是國內碳纖維產業面臨的共同問題。

展望未來，隨著新材料的研發和制造技術的進步，復合材料在體育器材方面的應用預計將繼續擴大，為運動員提供更優越的體育用品，同時更輕量化更安全的體育用品也將幫助運動員們不斷挑戰人類運動的新極限。

綜上所述，復合材料在體育休閑領域扮演著越來越重要的角色。通過不斷的研究和開發，這些材料將繼續推動體育器材的創新，提升運動表現和體驗。未來的研究應集中在降低成本、提高可持續性上，以確保這些先進材料的廣泛應用和長遠發展。

參考文獻