網球線結構及分類研究

于宏偉，孫 皓，張雨萱，王曉萱，王雪琪，張 蕊

(1. 石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035；2. 石家莊學院 體育學院，河北 石家莊 050035)

對于專業(yè)網球運動員來說，合適的網球線尤為重要[1]，但專業(yè)網球運動員一般比較關注網球線穿線方式及網球拍弦磅數(shù)[2-4]，而對網球線的化學結構關注較少。不同化學結構的網球線能提供不同的擊球效果。通常來說，較細的網球線擊球感較好，而較粗的網球線耐用性較好。根據(jù)結構的差異，網球線可以分為天然牛(羊)腸線、人造羊腸線、克維拉線、聚酯線、尼龍線等。市場上的網球線魚龍混雜，如何科學分類并選擇不同結構的網球線問題長期困擾著專業(yè)網球運動員。一維中紅外(MIR)光譜及二階導數(shù)中紅外光譜被廣泛應用于化學纖維結構的研究中[5-7]，但由于其譜圖分辨能力不強，相關鑒別研究少見報道。二維中紅外(2D-MIR)光譜的分辨能力要優(yōu)于傳統(tǒng)的一維 MIR 光譜和二階導數(shù) MIR 光譜，并能提供更加豐富的光譜信息[8-10]。因此，課題組采用三級MIR光譜(包括一維 MIR 光譜、二階導數(shù) MIR 光譜和 2D-MIR 光譜)開展了網球線的結構及分類研究，以期為專業(yè)網球運動員科學選擇網球線提供借鑒。

1 實驗

1.1 材料

1號網球線(Wilson NXT 17)，2號網球線(Luxilon Alu Power 125 Rough)，3號網球線(Babolat RPM Blast17G 1.25)，4號網球線(Yonex poly tour pro 1.30)，5號網球線(Taan TT8600 1.20)和6號網球線(Babolat Synthetic Gut 1.30)。上述6種網球線均由石家莊學院體育學院提供。

1.2 儀器與設備

Spectrum 100 型紅外光譜儀，美國 PE 公司；Golden Gate型單次內反射 ATR-FTMIR附件，英國Specac公司。

1.3 方法

1.3.1紅外光譜儀操作條件

室溫下以空氣為背景，每次對網球線樣品進行8次掃描累加，測定頻率為4 000～600 cm-1。

1.3.2數(shù)據(jù)獲得及處理

網球線一維MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5軟件獲?。痪W球線二階導數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5軟件獲?。痪W球線2D-MIR光譜數(shù)據(jù)采用TD Versin 4.2軟件獲??；圖形處理采用Origin 8.0軟件。

2 分析與討論

2.1 網球線結構

2.1.1網球線一維MIR光譜

采用一維MIR光譜對1～6號網球線進行結構研究，結果見圖1。由圖1可知，1號和5號網球線的化學結構基本相同(以下定義為“第一類網球線”)，2號、3號、4號和6號網球線的化學結構基本相同(以下定義為“第二類網球線”)。

圖1 網球線一維MIR光譜(303 K)Fig.1 One-dimensional MIR spectrum of tennis string (303 K)

歸納出全部網球線的一維MIR光譜數(shù)據(jù)，見表1。

表1 網球線的一維MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K)Tab.1 Data of one-dimensional MIR spectrum of tennis string (303 K)

2.1.2網球線二階導數(shù)MIR光譜

采用二階導數(shù)MIR光譜對1～6號網球線進行了分類研究，結果見圖2。由圖2可知，1號和5號網球線的主要化學結構基本相同(第一類網球線)，2號、3號、4號和6號網球線的主要化學結構基本相同(第二類網球線)。

圖2 網球線二階導數(shù)MIR光譜(303 K)Fig.2 Second derivative MIR spectrum of tennis string(303 K)

歸納出全部網球線樣品的二階導數(shù) MIR 光譜數(shù)據(jù)，見表 2。

表2 網球線二階導數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K)Tab.2 Data of second derivative MIR spectrum of tennis string (303 K)

研究1號網球線的一維MIR光譜和二階導數(shù)MIR光譜，可以確定其主要化學結構為聚己二酰己二胺(Nylon-66)[11]。研究2號網球線的一維MIR光譜及二階導數(shù)MIR光譜，可以確定其主要化學結構為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)[12]。

2.2 網球線分類

2.2.1第一類網球線的 2D-MIR 光譜

在1 700～1 500 cm-1處開展了第一類網球線(1號網球線和5號網球線)的 2D-MIR 光譜研究，見圖3。相關光譜數(shù)據(jù)見表3。

圖3 第一類網球線的2D-MIR光譜Fig.3 2D-MIR spectrum of the first kind tennis strings

表3 第一類網球線的2D-MIR光譜數(shù)據(jù)Tab.3 Data of 2D-MIR spectrum of the first kind tennis strings

由表3 可知，1號網球線和5號網球線盡管化學組成(Nylon-66)相同，但二者的2D-MIR光譜存在一定差異。

2.2.2第二類網球線的2D-MIR光譜

在 900～700 cm-1處開展了第二類網球線(2號、3號、4號和6號網球線)的2D-MIR光譜研究，見圖4。相關光譜數(shù)據(jù)見表4。

圖4 第二類網球線的2D-MIR光譜Fig.4 2D-MIR spectrum of the second kind tennis strings

表4 第二類網球線的2D-MIR光譜數(shù)據(jù)Tab.4 Data of 2D-MIR spectrum of the second kind tennis strings

由表4可知，第二類網球線盡管化學組成(PET)相同，但相關2D-MIR光譜存在一定差異。研究發(fā)現(xiàn)，對于同一結構(Nylon-66 或 PET)的網球線，2D-MIR 光譜可以較為容易地對其進行區(qū)分。這主要是因為不同廠家在使用同一材料生產網球線時，為保持網球線良好的力學性能，會在原料中加入一些輔料，例如增塑劑、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗靜電劑等，因而網球線主要官能團對應紅外吸收峰在一定物理因素(例如熱)的擾動下，其敏感程度及變化順序均存在一定差異。

3 結語

本研究得出市場上常見網球線的主要化學結構分別為聚己二酰己二胺和聚對苯二甲酸乙二醇酯，并進一步開展了網球線的分類研究。研究結論拓展了三級MIR光譜在重要體育器材(網球線)結構及分類領域的應用范圍，具有重要的價值。