體育設(shè)施和設(shè)備用塑料和復(fù)合材料的選擇

牛拓

摘 要：隨著人類對體育運(yùn)動項(xiàng)目的重視程度越來越高，使用的體育設(shè)施和設(shè)備性能要求也變得更高，材料直接決定著體育設(shè)施和設(shè)備的使用性能，所以為了提高我國體育設(shè)施和設(shè)備的使用效果和性能，文章對塑料和復(fù)合材料的選擇進(jìn)行了深入研究。文章首先分析了體育設(shè)施和設(shè)備的選材原則，另外對塑料和復(fù)合材料體育制品品種進(jìn)行概述，發(fā)現(xiàn)如今很多體育設(shè)施和設(shè)備或多或少都會使用塑料和復(fù)合材料;然后對三種普遍使用的塑料和復(fù)合材料（不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂和聚鄰苯二甲酸二烯丙脂）的特性進(jìn)行分析，最后進(jìn)行選材實(shí)例分析，分別分析了自行車、帆船、運(yùn)動場和跑道地板。塑料和復(fù)合材料在體育設(shè)施和設(shè)備中經(jīng)常使用，但是同種材料之間也會存在性能差別，所以需要根據(jù)體育設(shè)施和設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用情況，選擇最為合適的塑料和復(fù)合材料類型，從而提高體育設(shè)施和設(shè)備的使用性能和效果。

關(guān)鍵詞：體育;設(shè)施;設(shè)備;塑料;復(fù)合材料

中圖分類號：T952;TQ320.79;TB33 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）04-0064-05

Abstract：As humans pay more and more attention to sports， the performance requirements of sports facilities and equipment used have also become higher. The materials directly determine the performance of sports facilities and equipment. Therefore， in order to improve the use effect and performance of the equipment， the article has conducted in-depth research on the selection of plastics and composite materials. The paper first analyzes the principles of selecting materials for sports facilities and equipment. In addition， it gives an overview of the variety of plastic and composite sports products. It is found that many sports facilities and equipment now use plastics and composites more or less; then the characteristics of three commonly used plastics and composite materials （unsaturated polyester， epoxy resin and O-benzenedicarboxylic acid diallyl ester） were analyzed， and finally an example analysis of material selection is carried out， and the floors of bicycles， sailboats， sports fields and runways are analyzed separately. Plastics and composite materials are often used in sports facilities and equipment， but there are performance differences between the same materials， so it is necessary to select the most suitable type of plastic and composite materials according to the actual application of sports facilities and equipment， so as to improve the performance and effects of sports facilities and equipment.

Key words：sports; facilities; equipment; plastics; composite materials

如今，體育運(yùn)動的重視程度越來越高，越來越多的人參與到體育項(xiàng)目中，極大促發(fā)了體育設(shè)施和設(shè)備的發(fā)展，為了能夠跟上體育運(yùn)動的發(fā)展，體育設(shè)施和設(shè)備需要進(jìn)行改進(jìn)，選擇優(yōu)異的材料，目的在于提高體育設(shè)施和設(shè)備的性能，因?yàn)轶w育設(shè)備和設(shè)施的性能對運(yùn)動項(xiàng)目的水平有直接影響[1-2]。由于材料是決定體育設(shè)施和設(shè)備性能的關(guān)鍵因素，所以文章將塑料和復(fù)合材料進(jìn)行分析，因?yàn)樵摬牧显隗w育設(shè)備和設(shè)施中使用頻率不斷增加[3-4]。文章主要針對塑料和復(fù)合材料的選擇進(jìn)行分析，目的在于提高體育設(shè)施和設(shè)備的使用性能。

1 體育設(shè)施和設(shè)備的選材原則

體育中使用的塑料和復(fù)合材料首先需要滿足自身最基本的使用性能，比如該材料具有一定的韌性和強(qiáng)度等，然后為了提高該材料在體育設(shè)施和設(shè)備中發(fā)揮更好的作用，還需要使得材料具備以下性能。

1.1 質(zhì)量輕

體育中存在很多的質(zhì)量要求比較輕的設(shè)施和設(shè)備，比如運(yùn)動鞋、劃槳、自行車、滑雪板、賽艇、冰鞋等，當(dāng)其質(zhì)量越輕時(shí)，更有利于使用者的水平發(fā)揮，因?yàn)檫@些設(shè)備是通過使用人力使其運(yùn)動，所以質(zhì)量越輕，使用者消耗的體力就會越少，運(yùn)動水平就會越高[5]。甚至有些器械使用機(jī)械力量進(jìn)行運(yùn)動，比如電動游樂船、電碰車等，這些體育設(shè)施和設(shè)備也需要有質(zhì)量輕的要求，因?yàn)楦欣隗w育設(shè)施和設(shè)備的維修、安裝等，而且將會具有更好的阻尼減震性能。塑料和復(fù)合材料最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是質(zhì)量輕，然而塑料和復(fù)合材料的種類有多種，不同材料的密度也會存在差別，即質(zhì)量就會不一樣，一般情況下，塑料的密度要稍微小于復(fù)合材料，也就是塑料的質(zhì)量將會更輕。

1.2 韌性和強(qiáng)度好

如果使用的材料具有很好的韌性和強(qiáng)度，那么能夠降低材料的使用量，并且能夠提高體育設(shè)備和設(shè)施的使用性能。尤其是比強(qiáng)度、比韌性和比模量都非常好的材料在體育設(shè)備和設(shè)施中將會具有更好的應(yīng)用效果。鋼、鋁等金屬材料作為體育器械材料，因?yàn)槠渚邆浔容^好的力學(xué)性能，但是相比于樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其比模量和比強(qiáng)度都非常低，盡管當(dāng)前我國體育設(shè)備和設(shè)施使用鋼、鋁材料比較多，但是從長遠(yuǎn)看，樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料將會逐漸代替鋼、鋁等金屬材料在體育設(shè)施和設(shè)備中的應(yīng)用。

1.3 耐老化性好

大多數(shù)體育設(shè)施和設(shè)備屬于戶外使用，容易受到自然環(huán)境的影響，比如受到雨水的浸泡、酸性氣體的作用等，就會使得體育設(shè)施和設(shè)備發(fā)生各種腐蝕、老化狀況，使得器械表面褪色或者發(fā)生龜裂，從而降低體育設(shè)備和設(shè)施的美觀程度和使用性能。所以為了延長體育設(shè)備和設(shè)施的使用壽命，需要使用耐老化性能較好的塑料和復(fù)合材料，更有利于提高體育設(shè)備和設(shè)施的使用時(shí)間和效果。尤其在跑道、各種場館地板等體育設(shè)施中，容易受到自然環(huán)境和人為因素的影響，更需要使用耐老化性能比較好的材料。

1.4 成型加工性好

成型加工性能屬于一個(gè)基本條件，如果成型加工性比較好，那么更有利于在體育設(shè)施和設(shè)備中進(jìn)行使用。一般情況下，塑料的成型比較容易，但是復(fù)合材料的成型加工比較困難。隨著成型技術(shù)的快速發(fā)展，加工較為困難的復(fù)合材料也有了更好的成型方法，比如熱壓罐成型、壓制成型、拉拔成型、樹脂傳遞模塑成型、真空袋成型等方式。

2 塑料和復(fù)合材料體育制品品種

如今，隨著體育設(shè)施和設(shè)備的不斷發(fā)展，其品種數(shù)量不斷上升，并且隨之繼續(xù)發(fā)展，種類將會更多。目前大多數(shù)的體育設(shè)備和設(shè)施中會使用塑料和樹脂基復(fù)合材料，由于對體育制品性能要求比較高，所以采用樹脂基復(fù)合材料的體育設(shè)備和設(shè)施更加普遍。表1即為不同體育設(shè)備和設(shè)施中使用的塑料和復(fù)合材料和成型方法。另外，文章還描述了應(yīng)用領(lǐng)域中賽艇結(jié)構(gòu)、高爾夫球棒結(jié)構(gòu)、壘球棒結(jié)構(gòu)和滑雪板結(jié)構(gòu)示意圖，分別如圖1～4所示。從表和圖中可以看出，在不同應(yīng)用領(lǐng)域中，其中使用的主要材料類型比較多，但是在很多應(yīng)用領(lǐng)域中都會使用塑料和復(fù)合材料，可見該材料能夠在體育設(shè)備和設(shè)施中發(fā)揮重要作用。

3 使用塑料品種和特性

本文將對幾種常用的塑料種類及其特性進(jìn)行分析，具體分析如下所示。

3.1 不飽和聚酯

該材料簡稱UP，在使用過程中完成固化之后會變成一種不透明或者透明的固體，該材料的主要特性在于具有較好力學(xué)性能和穩(wěn)定性，而且耐酸性能和柔韌性都比較好，但是該材料也有一定的缺點(diǎn)，就是其耐熱性能和耐光性能比較差，其相關(guān)性能參數(shù)如表2所示[6]?？梢詫⒉伙柡途埘ゲ牧蠎?yīng)用到皮劃艇艇身的制作中，而且還可以作為高爾夫球棒的制作材料。

3.2 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂簡稱EP，是一種性能比較優(yōu)異、應(yīng)用比較廣泛的材料，該材料固化之后能夠具有比較好的穩(wěn)定性、抗腐蝕性和力學(xué)性能等，如表2所示[7]。由于固化劑的不同，會使得環(huán)氧樹脂的性能發(fā)生變化，所以環(huán)氧樹脂材料的性能存在多樣性特點(diǎn)，所以該材料應(yīng)用于不同領(lǐng)域中能夠根據(jù)該領(lǐng)域需要用的性能，使用合適的固化劑使得環(huán)氧樹脂具備該性能，于是該材料能夠發(fā)揮重要性和廣泛性作用。另外，該材料還可以結(jié)合纖維增強(qiáng)材料進(jìn)行使用，從而具有很好的性能，能夠在體育撐桿中進(jìn)行使用，比如弓箭、魚竿等設(shè)備和設(shè)施。

3.3 聚鄰苯二甲酸二烯丙脂

該材料簡稱PDAP，該材料的主要特點(diǎn)在于具有很好的黏結(jié)性能，該材料的主要性能如表2所示[8]。由于該材料的黏結(jié)性能好，所以可以和碳纖維和玻璃纖維等材料進(jìn)行結(jié)合使用，于是可以得到性能非常好的復(fù)合材料，比如具有很好的耐疲勞性能、高強(qiáng)度和韌性等，所以能夠在體育設(shè)施和設(shè)備中發(fā)揮比較的好的應(yīng)用效果。

4 選材實(shí)例

本文將通過分析三種體育設(shè)備和設(shè)施的材料選擇，分別為自行車、帆船和運(yùn)動場和跑道地板，下面將對其進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.1 自行車

自行車上使用的塑料品種和對應(yīng)的部件如表3所示。塑料和復(fù)合材料在自行車中進(jìn)行使用可以分為兩個(gè)方向，第一個(gè)就是使用樹脂基復(fù)合材料代替自行車上的某些金屬材料，比如車架、車輪等部件的金屬，如此可以降低自行車的自身重量，如今使用樹脂基復(fù)合材料作為整個(gè)車架的制造材料能夠很大程度降低車身重量，使其具備更加優(yōu)異的性能，提高了自行車的使用效果。第二個(gè)就是使用熱塑性塑料作為兒童自行車、輕便自行車的某些部件材料，使用塑料的成形方法使用注塑成型，這種方式更加適合于批量生產(chǎn)，所以能夠提高其生產(chǎn)效率。

4.2 帆板

圖5即為帆板的主要結(jié)構(gòu)示意圖，其中主要由帆桅和帆體組成。塑料在帆板中進(jìn)行使用主要有兩種不同類型的塑料，分別為熱固性和熱塑性，其中熱固性塑料有UP、PUR和EP三種，熱塑性塑料有PS、ASA、PC、ABS及其合金，還有PP和PE也都是熱塑性塑料。塑料應(yīng)用到帆板中進(jìn)行使用的成型方式比較多，可是使用吹塑模塑、熱成型、轉(zhuǎn)模塑和注射模塑等方法。表4中已經(jīng)列舉了帆板不同部件中使用的材料和成型方法。

4.3 運(yùn)動場和跑道地板

如今運(yùn)動場和跑道在城市中愈發(fā)的普遍，公園、學(xué)校、體育館等都會設(shè)置跑道，傳統(tǒng)的跑道地板就是水泥地面，但是這種地面不利于運(yùn)動者發(fā)揮較高的運(yùn)動水平，而且還容易造成運(yùn)動者受傷，所以隨著各種材料研發(fā)，塑膠地板和塑膠跑道逐漸被使用，因?yàn)樵摬牧暇哂忻烙^、防滑、彈性好、減震效果好等優(yōu)勢，不僅能夠降低運(yùn)動員受傷頻率，還可以提高運(yùn)動成績，所以塑膠跑道已經(jīng)替代了傳統(tǒng)的水泥地面。圖6即為體育場館地板和塑膠跑道的結(jié)構(gòu)示意圖，一共包含6層，第1層是沙石墊層，第2層為防潮層，第3層為混凝土面層，第4層為塑膠砂過渡層，第5層為塑膠層，第6層為面層，也就是塑膠彈性層，該層直接與運(yùn)動者接觸，需要具有較好的美觀性、耐磨性能、力學(xué)性能等。表5即為面層材料的性能，面層使用的塑膠材料一般情況下是E/VAC乳液或者是丙烯酸乳液固化材料，這兩種材料都能夠具有比較好的使用效果，但是由于E/VAC乳液的吸濕性可以達(dá)到10%，屬于比較大的吸濕性，所以就會導(dǎo)致材料表明脫色，影響跑道美觀性，另外，該材料的耐光性能比較差，所以丙烯酸乳液固化材料與之相比具有更好的使用效果。

5 結(jié)語

綜上所述，文章對塑料和復(fù)合材料在體育設(shè)施和設(shè)備中的選用進(jìn)行了分析，因?yàn)轶w育設(shè)施和設(shè)備的性能要求越來越高，所以在選擇材料問題需要嚴(yán)格進(jìn)行控制，不同類型的塑料和復(fù)合材料之間的性能也會存在比較大的差異，所以為了提高體育設(shè)施和設(shè)備的使用效果，提高運(yùn)動水平，需要選擇最為合適的材料和成型方式加工體育設(shè)施和設(shè)備。

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