近期，在东京举行的第32届夏季奥运会正在如火如荼地进行着。其中撑杆跳高作为田径四大跳跃项目（跳高、跳远、三级跳和撑杆跳）之一，正受到越来越多的关注。同时，作为跳高运动员最重要的工具撑杆，也在不断地发生变化。从最开始的木质竹竿、到玻璃纤维杆、金属杆，直至现在的碳纤维复合材料撑杆。那么，究竟是什么原因让碳纤维开始进入体育器材，它有哪些神奇之处。

撑杆跳高远动员

一、碳纤维和碳纤维复合材料

碳纤维（简称CF）是一种在惰性环境氛围下经过预氧化、碳化、石墨化等过程所制作而成的材料。其含碳量在92%以上，是由范德华力连接的石墨状乱层结构的过渡态碳素材料。碳纤维复合材料以碳纤维为增强体、树脂、金属、陶瓷等为基体复合，制成的结构材料。而碳纤维较柔软，可加工性高﹐能够用来生产各种织物﹐并且具有很高的比强度，这些特点是其他碳素材料所不具有的。同时碳纤维也可以通过与金属、塑料等材料的复合加工制成具有不同特性、不同用途的碳纤维复合材料。

碳纤维

数据来源：赛奥碳纤维 前瞻产业研究院

二、碳纤维的分类

碳纤维种类繁多，性能各异，不同行业对于碳纤维的性能需求不同。目前，碳纤维可根据不同维度进行分类，可以按照原料、力学性能、材料的状态、纤维数量、特殊性能等方面进行分类。

碳纤维的分类

三、碳纤维的性能

碳纤维被誉为21世纪的“新材料之王”，具有优越的物理和化学性能，其同体积重量不到钢的1/4，但抗拉强度是钢的7~9倍。由于碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维。

碳纤维的性能

四、碳纤维的制备

碳纤维的优劣与品质主要取决于碳纤维的生产工艺与原丝。目前，碳纤维工业化产品主要为聚丙烯腈基（PAN）碳纤维和沥青基（Pitch）碳纤维两大类。

（1）聚丙烯腈基（PAN）碳纤维制备工艺

以聚丙烯腈为原料生产碳纤维，碳化收率较高（大于45%），能够制备出高性能碳纤维，是目前产量最高，品种最多，发展速度最快，工艺技术最成熟的方法。

聚丙烯腈基碳纤维制备工艺

（2）沥青基碳纤维制备工艺

以沥青纤维为原料生产碳纤维﹐碳化得率高达80%~90%。初始原料沥青主要有石油沥青和煤焦油沥青，原料资源丰富、成本最低﹐是正在发展的前景看好的品种。

沥青基碳纤维制备工艺

五、为什么受到撑杆跳高器材的青睐

在撑杆跳高的最开始，人们使用木杆。到20世纪初人们发现竹竿既韧且轻又有弹性并开始将它代入赛场，但由于木质杆易脆。后来，人们又改用了金属杆、玻璃纤维杆。随着时代的进步。今天竞技场上的撑杆经过不断更新换代，玻璃纤维和尼龙已经被更加轻便、坚韧而富有弹性的碳素纤维和多种复合材料所取代。

（1）质量轻且强度高

就大部分体育运动而言，运动人员对体育器材都会有轻质与高强的期待。而碳纤维复合材料的密度一般控制在1.8 g/cm³之内，相对于金属与木质材料而言，优势十分突出。对于撑杆跳高运动，可切实帮助运动员减少运动时的体能消耗，节省体力。

 （2）抗疲劳强度较大

不同于钢铝材料，碳纤维复合材料的抗疲劳强度非常大，其在经过百万次试验之后，依旧可保留超越65%的抗疲劳强度，少数特殊碳基复合材料甚至可保留超过85%的材料强度，远优于金属材料。

  （3）破损安全性能良好

碳纤维复合材料中全部纤维的应变能力始终保持均衡，具备同等应变能力，纤维径向受外力作用时，即使部分纤维出现断裂现象，一般也不会对同向其他纤维正常运作造成影响。所以制备而成的撑杆跳高器材即便承受巨大外力作用，不仅不会发生断裂、影响其整体性能，还会确保运动员的人身安全。

（4）卫生性与环保性较好

碳纤维复合材料性能较优且属于环保型材料，因此其卫生性、安全性具有一定保障，并且部分碳纤维复合材料可回收循环利用，这便在很大程度上降低了体育器材制备成本，并将有利于体育器材的进一步发展与推广。

总结：

碳纤维属于典型的高新技术产品，作为“21世纪的材料之王”，是先进复合材料最重要的增强材料，不仅受到撑杆跳高的青睐，成为奥运撑杆跳高的宠儿。同时，还在其它休闲体育、航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业的各个领域也得到了广泛应用。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有着重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。

参考来源：

1、碳纤维的表面处理及其橡胶复合材料的粘合性能研究 王海燕

2、碳纤维技术发展及应用分析 孙敏

3、碳纤维及其应用发展 赵晓明等

4、浅谈沥青基碳纤维的制备与应用 杨翠微

5、碳纤维复合材料在体育器材中的实践应用分析  叶艳

作者：晴天