少兒體育用品材料應(yīng)用研究

洪 艷，胡萬祥，文才新，胡 好

(安徽工程大學(xué)體育學(xué)院，安徽蕪湖 241000)

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和生活水平的提高，人們對體育鍛煉和相應(yīng)運(yùn)動器材的要求也愈來愈高?，F(xiàn)代科技的發(fā)展推動著競技體育活動進(jìn)步的同時，也為全民體育鍛煉提供了合適的運(yùn)動器材及裝備。持續(xù)增長的體育產(chǎn)業(yè)及體育用品需求，為我國未來運(yùn)動裝備行業(yè)中新穎功能材料的研發(fā)與應(yīng)用孕育了巨大空間。隨著我國素質(zhì)教育的強(qiáng)化和計(jì)劃生育二胎政策的開放，作為國家未來發(fā)展主力的少年兒童的體育鍛煉越來越受關(guān)注。

體育運(yùn)動裝備設(shè)計(jì)選材時，不僅需要考慮材料本身的功能性，還要考察所用材料的生物安全性和對活動人員的肢體保護(hù)。2005年1月,教育部副部長楊貴仁在《體育教學(xué)》100期慶典講話中指出：中小學(xué)體育器材、場地及安全標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對學(xué)校教育是件大事。我們的中小學(xué)一直沿用成人器材，使孩子們不能獲得真正的鍛煉和身心愉悅[1]。不可否認(rèn)，當(dāng)前少兒體育活動及其用品方面還不盡如人意，尤其是運(yùn)動器材和裝備市場“成人化”偏向嚴(yán)重。鑒于此，本文結(jié)合體育活動的設(shè)計(jì)、體驗(yàn)、特點(diǎn)，針對體育用品材料的功能需求，闡述少兒體育活動用品的特異性設(shè)計(jì)和材料選擇的功能性、安全性。

1 體育用品的常用材料及特性

體育運(yùn)動由自然、簡易的器材和活動場所逐步發(fā)展至標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、現(xiàn)代化材料制作的用品及構(gòu)筑的場地,既是體育運(yùn)動科學(xué)化的結(jié)果，也是材料科學(xué)發(fā)展的結(jié)果。體育用品的生產(chǎn)制造依賴材料科學(xué)、人體工程學(xué)和機(jī)械原理等相關(guān)理論知識，不僅能夠提高競技運(yùn)動成績,也可使器材本身使用更舒適[2]。伴隨材料科技的發(fā)展，一系列功能性高分子橡塑及纖維制作的體育用品相繼問世。高分子材料因擁有質(zhì)輕、力學(xué)性能優(yōu)異、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、加工成型性能良好、種類豐富且可回收等優(yōu)點(diǎn)，在體育用品領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，并成為該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。

1.1 通用樹脂與纖維材料

新型高分子及其復(fù)合材料的研究和材料成型產(chǎn)業(yè)的成熟，誘使材料科學(xué)與體育學(xué)無限交叉，進(jìn)而發(fā)展出體育材料學(xué)。在實(shí)際生產(chǎn)中，尼龍(PA)、滌綸(PET)及腈綸(PAN)與棉或羊毛混紡織成具有保暖、透氣和防風(fēng)功能的運(yùn)動服；富有彈力且貼身合體的氨綸纖維(PU)被用于泳衣、球衣及護(hù)腕、護(hù)膝中；運(yùn)動襪制作中除了使用具有較強(qiáng)韌性和彈性的尼龍、腈綸和棉料外，還使用聚酯纖維(PET)[3]。為滿足運(yùn)動鞋的質(zhì)輕、吸震、有彈性等需求，材料方面由聚氯乙烯(PVC)和二烯烴類橡膠逐漸轉(zhuǎn)向熱塑性聚氨酯(TPU)和乙烯-醋酸乙烯(EVA)共聚泡沫。

1.2 工程聚合物材料

在運(yùn)動器材領(lǐng)域，通常以聚酯制作乒乓球，以牛皮、聚氨酯和聚氯乙烯合成皮用作籃球、足球材料；具有高強(qiáng)、高模的碳纖維與凱夫拉纖維的增強(qiáng)復(fù)合材料賦予了乒乓球拍及網(wǎng)球拍優(yōu)異的力學(xué)性能；熱塑性的聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)等樹脂復(fù)合可以直接注塑成型，制造輕便型兒童自行車；聚氨酯橡膠成就了不打滑的塑膠跑道，而聚氯乙烯、聚丙烯和尼龍鋪成了“四季常青”的人工草坪[4]。此外，現(xiàn)代化體育器材還用到了芳香族聚酰胺纖維、超高模量聚乙烯纖維、混紡纖維、不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂等高性能高分子材料。

1.3 聚合物材料的缺點(diǎn)

盡管高分子及其復(fù)合材料制造的體育用品體現(xiàn)了上述優(yōu)秀功能，但并不是說這些新興材料沒有缺陷。聚氯乙烯在工業(yè)生產(chǎn)中因單體轉(zhuǎn)化不完全而導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)包含致癌的氯乙烯單體，其制品在長期使用時會造成人體傷害。工業(yè)級聚氨酯中含有令皮膚過敏和呼吸道產(chǎn)生炎癥的異氰酸酯分子。使用性能方面，丙綸的染色性差,不耐熱且易老化,力學(xué)性能弱；腈綸纖維的回彈性及卷曲能力有限；PET紡成纖維表現(xiàn)出嚴(yán)重的靜電現(xiàn)象和較差的染色性；卡夫拉纖維耐老化性能較差；聚碳酸酯不耐應(yīng)力,不耐溶劑,制作器件加工較難。

2 少兒體育活動類型及特點(diǎn)

適當(dāng)參與體育活動，可使少兒獲得悲觀意識的轉(zhuǎn)移和情緒的宣泄，并且提升人際交往能力[5]。所以，業(yè)余體育活動逐漸成為少兒緩解生活及學(xué)習(xí)壓力的一種調(diào)節(jié)方式。

2.1 少兒體育活動的類型

基于少兒身心發(fā)展的需求，可以將少兒體育分為趣味運(yùn)動和體育游戲兩大類。少兒趣味運(yùn)動是為少年兒童心理健康、生理健康而設(shè)計(jì)的具有針對性、趣味性及娛樂性的活動總稱。由內(nèi)容上看，少兒趣味運(yùn)動的組織形式活躍、內(nèi)容豐富，包括跑、跳、投擲、游泳、舞蹈及球類等活動。不同年齡層次及性別的少兒因身體素質(zhì)水平、生理結(jié)構(gòu)特征、敏感期行為和自身性格的差異，對趣味運(yùn)動項(xiàng)目的興趣性選擇也不同，但均能滿足他們的身體素質(zhì)能力和心理健康發(fā)展需求。體育游戲建立在體育運(yùn)動基礎(chǔ)上，是各種體育運(yùn)動形式的綜合，其中跑、跳、投為最基本的技能。體育游戲是根據(jù)全面健身需求和學(xué)校素質(zhì)教育需求而開展的有針對性的教育，通過創(chuàng)設(shè)具有教育意義的故事背景和比賽內(nèi)容，展開趣味性體育游戲活動[6]。

2.2 少兒體育活動的特點(diǎn)

首先，少兒的神經(jīng)控制系統(tǒng)不成熟，要求體育活動生動、有趣，避免單調(diào)及靜止性活動。不做過分精密、較高難度的動作，以游戲和模仿等突出基本技能的活動為主。其次，考慮少兒心血管及呼吸系統(tǒng)的發(fā)育情況，以短時間速度型練習(xí)活動為主。少兒運(yùn)動中，需要養(yǎng)成動作與呼吸的有效配合,盡量避免閉氣。第三，活動項(xiàng)目必須根據(jù)每個少兒的自身狀況進(jìn)行選擇。第四，運(yùn)動時要注意正確的姿勢,避免作某一肢體長時間負(fù)荷較大的動作，以保障器官健康發(fā)育[7]。

3 運(yùn)動裝備及器材對少兒體育的意義

少兒體育運(yùn)動裝備和器材涉及運(yùn)動服、運(yùn)動鞋、運(yùn)動護(hù)具、球類、平衡木、滑梯、吊環(huán)、雙杠和跳繩等產(chǎn)品。品種豐富、功能合理的運(yùn)動產(chǎn)品不僅可以促進(jìn)少兒體育活動和教學(xué)的發(fā)展，還能提高少兒的身心素質(zhì)，更重要的是有利于提升我國人口素質(zhì)。少兒進(jìn)行體育鍛煉的目的在于促進(jìn)身高增長、增強(qiáng)體質(zhì)、塑造形體，并提高智力和心理素質(zhì)，這要求運(yùn)動裝備及器材在選材和功能方面滿足生物安全、構(gòu)造合理、負(fù)荷適宜等要求。國內(nèi)該類產(chǎn)品絕大部分來自中小型企業(yè)，除了設(shè)計(jì)上模仿國外成型產(chǎn)品或成年人用品，還存在種類較少、安全性低、環(huán)境受限、產(chǎn)品材質(zhì)差和針對性不足等缺陷[8]。

基于少兒生理發(fā)展和體育活動的特點(diǎn)，少兒體育用品與器材的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)必須體現(xiàn)出針對性、娛樂性、多用性、科學(xué)性和安全性等特性[9]。適宜的器材、裝備可以培養(yǎng)少兒對體育活動的愛好，養(yǎng)成鍛煉身體的習(xí)慣。娛樂及多用途體育用品將滿足少兒的探索興趣，讓其體驗(yàn)到運(yùn)動的快樂?？茖W(xué)安全性保證了參加體育活動的少兒器官系統(tǒng)發(fā)育不受影響和傷害，促進(jìn)其身體良好生長。

4 少兒體育裝備及器材的材料選擇

與成人對體育用品的需求不同，少兒體育活動要求裝備及器材更舒適、更安全、更健康、更科學(xué)。少兒體育運(yùn)動裝備及器材在制作和材料選擇上應(yīng)遵循以下原則，以規(guī)避可能存在的傷害,促進(jìn)少兒健康成長。

4.1 體育用品選材的生理發(fā)展需求原則

4.1.1 舒適與健康需求

處于生長發(fā)育期的少兒生理機(jī)能還遠(yuǎn)沒有成熟，身體組織器官表現(xiàn)出稚嫩的敏感性。為此，體育用品制作、選材時必須以舒服和適宜為前提。為生產(chǎn)擁有吸汗、保溫、透氣且富有彈性等功能的運(yùn)動服裝，選用吸濕性聚酯纖維(杜邦的coolmax)[3]與棉或毛的混紡材料較為合適；改性聚酰胺纖維的鞋面和聚丙烯發(fā)泡樹脂、乙烯-醋酸乙烯發(fā)泡共聚物的鞋底，提供了輕質(zhì)、減震、耐老化及透氣等功能需求。高強(qiáng)高模的碳增強(qiáng)纖維、超高模量聚乙烯纖維及乙丙共聚樹脂可制作輕便的兒童自行車、韌性少兒滑梯、小型足球或籃球等。

4.1.2 安全性需求

少兒心理發(fā)展不健全,缺乏獨(dú)立人格，對事物尤其日常用品沒有辨識能力。因此，少兒體育裝備和器具的設(shè)計(jì)與選材必須重視安全性。少兒體育用品的安全性包含生物安全性和應(yīng)用安全性兩方面內(nèi)容。具體來說，生物安全就是體育用品生產(chǎn)所用材料需要考慮其對少兒生理及身體發(fā)育的損害，如：會對少兒身體產(chǎn)生傷害的聚氨酯和引起少兒生理病變的聚氯乙烯等材料，不適合用于這類體育裝備和器材的制造。此外，用于增加材料防水、阻燃及耐老化等性能的納米級助劑，也因?qū)?xì)胞和組織器官存在巨大傷害而不能用于少兒體育用品[10]。應(yīng)用安全性是指體育器材在使用中不能由材質(zhì)因素引起少兒損傷。例如材質(zhì)較脆的滑梯使用中易斷裂，堅(jiān)硬的斷口會劃傷少兒身體。以高拉伸強(qiáng)度及模量的尼龍為基料，利用馬來酸酐接枝聚乙烯對其增韌改性，可以制造具有高力學(xué)強(qiáng)度和高抗沖擊強(qiáng)度的滑梯。

4.1.3 科學(xué)性需求

少兒有極強(qiáng)的好奇心，但是在學(xué)習(xí)及生活中缺乏耐性，表現(xiàn)為活潑好動、做事情難以長久。所以，少兒體育用品的材料應(yīng)該具備科學(xué)性和趣味性。采用成熟科技手段改進(jìn)材料部分結(jié)構(gòu)，從而賦予體育器材附加功能，增加體育活動的娛樂性并激發(fā)少兒參與積極性。在聚酯分子鏈上接上綠色熒光基團(tuán)，制成趣味乒乓球，增加環(huán)境適應(yīng)性的同時也提高了少兒的運(yùn)動興趣。以壓敏性異丙基丙烯酰胺共聚凝膠與聚碳酸酯共混的復(fù)合材料制作少兒自行車鞍座，使孩子們在騎行運(yùn)動中感受坐墊逐漸厚實(shí)的柔軟性，同時也起到保護(hù)他們臀部發(fā)育的效果。

4.2 體育用品選材的人文關(guān)懷原則

少兒體育裝備及器材的使用不僅要滿足運(yùn)動參與人的生理和安全需求，運(yùn)動中少兒所獲得的滿足度也是一個重要指標(biāo)。因此，體育用品制作選材必須符合少兒心理發(fā)展規(guī)律和特點(diǎn)。采用醋酸纖維素替代傳統(tǒng)易燃有毒的賽璐璐制成乒乓球，可以鍛煉少兒反應(yīng)靈敏性和身體協(xié)調(diào)性，并因此獲得運(yùn)動成就感。此外，少兒運(yùn)動服裝通常需要透氣防水型柔軟面料，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或丙烯酸等聚合接枝至棉纖維上織成布料可以滿足這類需求，進(jìn)而從細(xì)節(jié)上關(guān)心少兒身心發(fā)展。

5 結(jié)語

伴隨全民健身運(yùn)動的開展，高分子及其復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能和品質(zhì)在體育裝備及器材鄰域獲得廣泛運(yùn)用，不僅豐富了全民運(yùn)動內(nèi)容,加快了全民健身的普及與推廣，而且促成了運(yùn)動鍛煉的低齡化進(jìn)展。在多數(shù)父母支持孩子參加體育活動的當(dāng)下，市場供應(yīng)的少兒體育用品仍然存在針對性弱、安全性差、質(zhì)量不高及材質(zhì)差等不足。本文基于少兒體育運(yùn)動的特點(diǎn)和意義，結(jié)合對體育用品材料性能與特點(diǎn)的分析，提出了少兒體育用品設(shè)計(jì)制作中材料選擇的建議。隨著新型功能化材料的開發(fā)與成熟，質(zhì)監(jiān)部門逐漸加強(qiáng)對少兒體育用品的質(zhì)量檢驗(yàn)，基于舒適、安全、健康及科學(xué)原則選材制作的體育用品將在少兒體育活動中實(shí)現(xiàn)普及。