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    石墨烯發熱服飾,3D打印碳纖維速滑冰鞋——碳材料裝備研發助力冬奧

    放大字體  縮小字體 發布日期:2021-07-16     來源:河北日報     瀏覽次數:3010
           20世紀40年代,意大利制造商研制推出了流線型半封閉座艙式雪橇,從而推動了本國雪橇運動的快速發展;1998年長野冬奧會,荷蘭速滑運動員因為采用了一頭可以脫開的新型冰刀鞋而取得了令人刮目相看的成績……科技對冰雪運動的發展發揮著重要作用。記者了解到,在河北省正在實施的科技冬奧專項中,有兩個冰雪運動裝備研發項目,或將為冬奧籌辦、競技備戰“添翼”。

           石墨烯發熱服飾項目

           讓人無懼室外零下30℃低溫

           7月12日,衡水綠能嘉業新材料科技有限公司(以下簡稱“綠能嘉業公司”)的實驗室里,一名工作人員身穿看起來并不厚的衣服,在零下30℃的實驗艙中,似乎并沒受到多少低溫的影響,這是該公司實施的省級科技冬奧專項項目——“石墨烯發熱服飾在冰雪運動中對個體的熱力保障應用”取得的研究成果。

           “冬奧會時,眾多人要身處超低溫環境。除了傳統的羽絨服、棉服等保暖方式,需要更安全、高效、保暖的科技化熱力保障方式。”綠能嘉業公司研發總監王翊臻告訴記者,石墨烯是目前已知的導熱系數最高的一種新型納米材料,具有超高強度、超高導熱系數,被業界譽為“新材料之王”。

           綠能嘉業公司是一家專門從事石墨烯應用技術開發及推廣的國家高新技術企業。近年來,他們專注研發石墨烯柔性纖維技術與電子電路結合,應用于個人在冰雪運動等低溫環境下的石墨烯發熱服飾,先后取得了11項專利。

           該公司總裁王敏說,在省科技廳科技冬奧專項支持下,他們加大研發力度,很快突破了石墨烯柔性織物發熱材料的低溫啟動和運行、快速電熱轉換等關鍵技術。

           據悉,此前市場上的石墨烯發熱服飾主要采用石墨烯薄膜技術生產,存在不耐揉搓、不夠柔軟、不透氣、電阻易發生改變等問題。綠能嘉業公司的科技冬奧專項,則通過對原有石墨烯水性分散液的改造和編織工藝的調整,結合定制化的電子電路智能化控制系統,在安全電壓供電情況下,使應用石墨烯柔性發熱材料的石墨烯智能發熱產品及熱力保障應用能夠安全穩定有效運行。

           王敏介紹說,他們研發的石墨烯發熱服飾兼具柔軟、透氣、耐彎折性能,可以實現在零下40℃超低溫環境下的啟動,溫度在38℃-52℃間調節,50次水洗性能不衰減,而且多個區域發熱,能很好地滿足人們在超低溫環境下的工作需求。

           目前,該公司研發的石墨烯發熱服飾包括發熱服裝、發熱圍巾等,已完成產品的打樣設計,進入測試環節,具備了在冬奧會等場景為有關人員提供超低溫天氣環境下安全、便攜、可重復利用、高效熱力保障的能力。

           據了解,綠能嘉業公司將不斷拓展石墨烯發熱服飾的研發生產,形成可更廣泛應用的個人石墨烯發熱裝備技術方案。

           3D打印碳纖維速滑冰鞋項目

           讓定制高性能冰鞋更合腳

           7月11日,作為河北經貿大學楊金田教授團隊中的一員,該校公共管理學院副教授張衛坐在電腦前,認真查看新一批速滑隊專業運動員的腳型數據。接下來,張衛將和團隊其他成員一起,制造出新一批試驗速滑冰鞋,為他們的碳纖維復合材料速滑冰鞋研究提供更多試驗數據。

    3D打印速滑鞋

           7月14日,國際級運動健將任振華正在對楊金田教授團隊研發的第二代碳纖維速滑冰鞋進行場地測試。| 通訊員龍精華攝

           “采集腳型數據是我們的科技冬奧專項中的重要一環,看起來簡單,其實很有講究。”張衛介紹說,目前速滑運動員定制冰鞋主要依靠采集運動員石膏腳模來實現,存在采集過程復雜、效率低、冰鞋制造時間長等問題。而他們將三維掃描技術和足底3D打印技術結合,能夠很好地解決上述問題。

           據介紹,他們通過大量采集速滑運動員足底數據,對數據反復進行修正、比對和驗證,最終實現了足底數據與冰鞋制造的高度契合。通過對運動員的腳型掃描、足底壓力測試,他們將建立起速滑運動員腳型、足底數據庫,為自主研發更符合我國運動員人體工程學的速滑冰鞋提供數據支撐。

           河北經貿大學楊金田教授團隊成員來自河北經貿大學、河北體育學院、河北師范大學、北京體育大學以及東莞理工學院等多所院校。他們目前正在研究的省級科技冬奧專項項目,全稱為“個體精準化碳纖維復合材料速滑冰鞋的研發與示范應用”。該項目旨在采用碳纖維高性能復合材料進行速滑冰鞋的研發,通過建立速滑運動員腳型、足底數據庫,研發3D足底掃描和打印系統,實現速滑冰鞋的個性化定制和快速制造。

           “高性能碳纖維復合材料具有強度高、耐腐蝕、變形小以及輕量化等特點,可有效提升速滑冰鞋性能,并實現輕量化制造,有助于提高運動員的競技表現。”楊金田介紹說,目前世界上知名的碳纖維速滑冰鞋多由美國、加拿大、意大利、奧地利、荷蘭等國企業生產,價格是國產速滑冰鞋的幾倍甚至十數倍。為此,他們下決心將自主研發的碳纖維速滑冰鞋性能提升到國際一流水平。

           據悉,經過一段時間的研發,楊金田教授團隊已進入第二代碳纖維速滑冰鞋的測試。“我們通過運用生物力學等技術手段,對第一代產品進行了評測,并與國內外主流品牌碳纖維速滑冰鞋進行了關鍵參數比對,結果比國內高端速滑冰鞋重量降低4%、冰鞋剝離強度提升7%。即將生產的第二代產品,部分參數上甚至具備了與國外同類產品‘掰手腕’的底氣。”楊金田表示,該項目研究截止期為2022年12月,接下來,他們將加快自主研發碳纖維速滑冰鞋迭代提升,力爭早日實現對進口品牌的“彎道超車”,為我國冰雪運動發展增強“技力”。
    關鍵詞:3D打印 石墨烯
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