增強高性能滑雪板。Folsom定制滑雪板專門為客戶定制手工制作的滑雪板。經過仔細的原型設計和測試過程，該公司與混合材料供應商MitoMaterialSolutions合作，重新設計了石墨烯增強的碳纖維復合旅游滑雪板，以創造一種重量更輕、性能更高的野外旅游選擇。

在材料界，石墨烯在過去幾年里引起了很多關注。如今，一層單原子厚的碳原子層以多種形式商業化，可以集成到復合材料或其他材料中，石墨烯即使在非常低的負載下，也可以增強零件的機械性能，如導熱性和導電性、強度、斷裂韌性和振動阻尼。

在許多復合材料應用和終端市場中，人們對石墨烯添加劑的使用越來越感興趣，但廣泛采用的障礙仍然存在，例如石墨烯材料的標準化和驗證（盡管石墨烯委員會及其成員等實體正在進行這項工作），以及在任何現有產品和工藝中加入新添加劑所帶來的設計和加工挑戰。

FolsomCustomSkis（美國科羅拉多州丹佛市）是一家最近為其最新的超輕碳纖維復合材料旅游滑雪板系列采用石墨烯添加劑產品的公司，該公司通過初步原型設計和測試，重新設計滑雪板，以優化石墨烯的性能增強。

除了小型庫存零售產品外，Folsom的主要業務是設計、設計和制造定制滑雪板，每種滑雪板都是為滿足客戶的需求、風格和身體特征而設計的。滑雪板的形狀、尾部形狀、外傾角（滑雪板中心的厚度）和搖桿（滑雪板尖端和尾部的厚度）輪廓、彎曲度和材料混合由Folsom的團隊從工具到完成進行設計和構建。所有者兼首席執行官MikeMcCabe表示：“我們是這個國家為數不多的真正在這里做所有事情的公司之一。我們加工所有的零件，我們做所有的工具，一切。”

Folsom雇傭了一支值得信賴的測試滑雪者團隊，包括首席執行官MikeMcCabe，對任何新的滑雪結構進行A/B測試。通常，每對滑雪板都由三種復合材料組合中的一種制成，以滿足重量閾值：90/10玻璃纖維/碳纖維混合物、70/30玻璃纖維/碳纖維混合物（重量稍輕）和100%碳纖維層壓板（重量最輕）。復合材料層壓板夾著一個結構芯，該結構芯由幾種木材混合物中的一種制成，旨在產生滑雪板所需的剛度、阻尼和整體性能。混合物中的其他材料包括超高分子量聚乙烯（UHMWPE）側壁、硫化橡膠、鋼外邊緣和帶有裝飾圖案的尼龍混合頂層。麥凱布（McCabe）解釋說，在滑雪板中，玻璃纖維或碳纖維充當了包裹木芯的“支撐機制”。“它具有結構性，增加了強度，是將一切結合在一起的。”

在Folsom的工藝中，模具是第一個在內部進行數控加工的。切割干燥的玻璃纖維或碳纖維織物，在鋪層臺上，技術人員用ForrestTechnicalCoatings（Eugene，Ore.，U.S.）的2K液體環氧樹脂預飽和。這些織物鋪在模具中，與木芯、側壁、橡膠和頂片材料分層，每層之間涂有環氧樹脂。整個疊層是在特定的熱和壓力下壓縮成型的。

麥凱布說：“使用這些不同的材料，所有這些材料都具有不同的熱力學性質，對溫度和濕度的反應也不同，這無疑是滑雪板制造中最困難的事情。”。“你只能打一槍，而且必須非常精確。”

Folsom的100%碳纖維滑雪板一直重量輕、性能高，但麥凱布表示，該公司一直不愿進入超輕滑雪板市場（通常為1700克或以下），也不愿犧牲性能、強度和穩定性來極端減重。

多年來，他一直聽說石墨烯，并對其在提高滑雪板機械性能的同時減少整體材料使用的潛力感興趣，這相當于一種重量較輕的滑雪板，仍然符合Folsom的高性能標準。

然而，一開始他對嘗試石墨烯猶豫不決。Folsom很難找到一家供應商，該供應商能夠為像Folsom這樣的小公司提供足夠少量的材料——此外，麥凱布承認他一開始有點懷疑。他說：“我對石墨烯很感興趣，但我無法想象它會帶來這么大的變化。”。“我們對產品中使用的材料非常謹慎。我們生產高性能、高質量的產品，需要確保我們投入的一切都能以積極的方式產生重大影響。”

在2020年，Folsom被引入MitoMaterialSolutions（Mito，Indianapolis，Ind.，U.S.），這是一家混合材料供應商，包括功能化石墨烯添加劑E-GO（環氧化石墨烯氧化物），它將石墨烯與多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）聚合物相結合。

市場上有許多石墨烯材料設計用于廣泛的應用復合材料、電池、塑料、粘合劑等——但E-GO產品線是專門為提高斷裂韌性和減少環氧基復合材料產品的分層而開發的。MitomaterialSolutions首席執行官海莉·凱斯（HaleyKeith）解釋道，E-GO可作為液體樹脂的粉末添加劑或預浸料的噴霧，專門設計為一種混合材料，因此它“與環氧樹脂系統化學兼容，在血小板形態水平上與纖維相互作用”。POSS是一種具有環氧功能的納米二氧化硅。“我們選擇將石墨烯和POSS結合在一起，以幫助石墨烯分散和整合到聚合物基體中。”

她指出，增強化學鍵、提高斷裂韌性和降低分層風險是E-GO開發時的主要目標，但由于石墨烯也參與其中，它還具有減振、導熱和導電等其他優點。E-GO也是首個被石墨烯理事會授予驗證功能石墨烯地位的產品。凱斯解釋說，該公司很早就意識到，最好的戰略是開始瞄準特定的終端市場。高性能體育用品被確定為一個利基市場，可以從MITO?材料的機械性能收益和化學鍵合收益中看到優勢。因此，MITO?開始與復合材料體育用品供應鏈上的所有公司建立聯系，從樹脂制造商和復合材料制造商到零部件制造商，包括Folsom。

此外，MITO?能夠提供Folsom所需的少量材料。基于之前對石墨烯材料的興趣，McCabe決定嘗試一下E-GO，它是否能成為進入超輕旅行滑雪類別的門票。將石墨烯添加到混合物中。對于其原始原型，Folsom的技術人員在環氧樹脂中測量了10克E-GO，環氧樹脂被添加到90%的玻璃纖維/10%的碳纖維織物中，與其余的木芯和其他材料一起鋪設。

麥凱布解釋說，Folsom遵循一個仔細而精確的原型制作過程，包括內部機械和現場測試。首先，Folsom使用Arduino（美國紐約州紐約市）軟件運行的驅動測試系統測試滑雪板的阻力和偏轉。對于每一塊滑雪板，測試系統都會將力拉到滑雪板的中心，以測量它在靜態重量下偏轉的程度。還進行了一項“拍打測試”來測試振動阻尼，即加速度計測量滑雪板從表面拉出時阻尼或關閉振動的速度。

然而，任何滑雪的真正考驗都是在斜坡上，麥凱布說：“你無法在測試實驗室復制在真正斜坡上的條件。”麥凱布本人與一群值得信賴的測試滑雪者和運動員一起測試新的滑雪設計。測試滑雪者被要求記錄滑雪板的性能特征，并進行A/B測試，同時佩戴一塊石墨烯增強型滑雪板和一塊普通滑雪板進行比較。

此外，為每個構建手動測量和合并E-GO粉末，在制造過程中增加了額外的步驟和變量。McCabe解釋說，使用粉末添加劑可能很有挑戰性，有溢出的風險，手工混合的不一致性以及過程中增加的時間。這些最初的原型證明了少量石墨烯可以為需要輕質和高性能的正確類型的滑雪應用提供顯著的機械性能增強。

旅行滑雪板最終比Folsom最初嘗試的度假滑雪板更適合。旅游滑雪板專為在偏遠地區的滑雪場外使用而設計，必須能夠承受不可預測的條件，并在不可預見的條件下表現良好，而且重量輕比度假滑雪板更重要，因為它們需要在沒有滑雪升降機的情況下提上斜坡。

Folsom之前的100%碳纖維巡回滑雪板是其最輕的選擇，但根據滑雪板的形狀，每塊滑雪板的重量仍可能超過1800或2300克（3.9至5.07磅），因為Folsom不愿意通過使滑雪板更薄、更輕來損害滑雪板的穩定性和強度。相比之下，市場上的其他旅游滑雪板每只滑雪板的重量只有1200克（2.6磅）。E-GO的加入為減輕重量提供了機會，提高了滑雪板的強度和韌性，使一些原始材料不再需要。因此，Folsom重新設計了其基線碳纖維復合材料滑雪板的材料構成，以去除任何不必要的塑料和復合材料層。具體而言，最初用于強度和結構的典型白楊/竹子芯的厚度顯著減小。此外，去除了較重的竹材料，并減小了UHMWPE側壁的尺寸。這些材料的變化使整個滑雪板的重量減輕了300克。重新設計，重量更輕。石墨烯的加入增加了更高的強度和減振性能，使Folsom能夠從滑雪板上去除不必要的材料，減輕重量，與其他超輕旅行滑雪板相比更具競爭力。經過機械和現場測試，石墨烯增強滑雪板于2022年以UltraLite結構風格推出，可用于Folsom的任何滑雪形狀。

除了重量節省之外，與Folsom之前的巡回滑雪板選項相比，UltraLite滑雪板還具有優勢，例如更高的強度可獲得更強大的性能、改進的減振性能和降低分層風險，因為E-GO可促進材料與增強型環氧樹脂之間更好的粘合。

麥凱布說，E-GO的加入“有助于我們將環氧樹脂更深地滲透到木材和滑雪板的所有區域，這是非常重要的”。他解釋說，滑雪板最常見的故障之一是分層，因為滑雪板，尤其是巡回滑雪板，會受到惡劣的條件和溫度的影響。E-GO-增強型滑雪板具有更強的結合力，并且出現的分層更少。

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注：原文見

《Ultra-light weigh skis demonstrate potential of graphere - reinforced composites》2023.5.22

楊超凡2024.1.9