陳正權(quán) 王利娟

摘要：功能高分子復合材料體育防護用具質(zhì)量不過關(guān)、安全性、耐用性較差等問題一直制約著我國體育防護用具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。文章對功能高分子復合材料體育防護用具的常用材料及特性進行了分析，在充分調(diào)用相關(guān)文獻和運用邏輯分析法的基礎(chǔ)上，結(jié)合功能高分子復合材料體育防護用具用品的發(fā)展需求和特點進行了綜合論述。本文所開發(fā)的新型JZZ-1型液體裝甲以及SG-1型凝膠等在于其他傳統(tǒng)體育防護材料的結(jié)合過程中表現(xiàn)出了優(yōu)異的防護性能，可被廣泛應用與射擊、擊劍、滑雪等風險性較高的體育運動項目中。

關(guān)鍵詞：功能高分子復合材料;JZZ-1型液體裝甲;聚氨酯;SG-1型凝膠

中圖分類號：TB383;TB33 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）02-0067—04

0引言

隨著現(xiàn)代人類生活水平的提高，人們在注重生活品質(zhì)提升的同時也更加注重身體健康，體育運動成為人們最為青睞的獲取健康的手段之一。因此，人們對高質(zhì)量體育運動器材的需求也越來越高?，F(xiàn)代科技的迅速進步以及材料科技與現(xiàn)代體育融合程度的提升，間接推動了體育運動器材的發(fā)展，同時也為人們選擇體育運動器材提供了更多的機會，體育產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸成為國家或地區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)體系中的支柱產(chǎn)業(yè)。

體育運動裝備在生產(chǎn)選材時，需要綜合考慮材料的性能和安全性等。體育運動防護裝備是人們進行體育活動時的必需品，一方面體育運動防護裝備必須保證人員使用過程中的可靠性;另一方面，防護用具材料本身既不能有害，也需要對人體活動起到高質(zhì)量的保護作用。體育運動中選取運動器材和場地是比較重要的，尤其部分參與體育運動的少兒正處于發(fā)育階段，身體各方面發(fā)展不健全，需要我們?nèi)ヌ厥怅P(guān)注，確保其安全性。文章結(jié)合體育產(chǎn)品材料、運動方式、以及健康科學等方面，敘述了功能高分子復合材料體育防護用具用品加工材料特點與應用研究。

1功能高分子復合材料體育防護用具加工材料性能分析

1.1傳統(tǒng)聚合物材料的缺點

雖然這些聚合物材料在體育用品制造中被廣泛應用，但是這些高分子及其復合材料還是存在粗多缺點的。如PVC在生產(chǎn)應用時前后反應不完全，就會導致VCM等含有致癌物的產(chǎn)生，其制品長期使用對人體沒有好處。Polyurethane中含有對皮膚和呼吸道有害的Isocyanate。表1對聚合物材料在使用性能方面做了歸類。

1.2功能高分子復合材料體育防護用具常用加工材料性能分析

1.2.1通用樹脂與纖維材料

隨著材料科技的發(fā)展，高分子材料和復合材料特有的良好性能得到充分發(fā)展，在體育行業(yè)也到得了應用和發(fā)展。不同種類和特性的材料可以應用到不同器材中，如表2不同種類材料的性能和用途。

1.2.2環(huán)氧樹脂復合材料

利用環(huán)氧樹脂建設(shè)跑道和室內(nèi)運動場所，對運動參與人員體育活動來說是至關(guān)重要的。環(huán)氧樹脂是指分子中含有兩個以上環(huán)氧基團的一類聚合物的總稱，是環(huán)氧氯丙烷（C3H5C10）與雙酚A（C15H16O2）或多元醇（CnH2n+2-x（OH）x（x≥3））的縮聚產(chǎn)物。環(huán)氧樹脂中含有可以與金屬和Silicate等發(fā)生分子間作用力的分子中同時含有羥基-OH和羧基-COOH的化合物（hydroxy acid）、由一個氧原子連接兩個烴基的有機化合物（R-O-R）以及具有-CH（O）cH一結(jié)構(gòu)的-CH（O）CH-。綜合hydroxy acid、R-O-R和-CH（O）CH-的各類優(yōu)異性能，賦予了環(huán)氧樹脂萬能膠的稱呼。用其建設(shè)的跑道和室內(nèi)運動場所，可以減少沖擊保護運動參與人員的腳踝和膝關(guān)節(jié)等部位，更有利于運動參與人員的健康成長。

1.2.3工程聚合物材料

在運動器材領(lǐng)域，工程聚合物材料被得到了廣泛應用，其作用和應用歸類如表3所示。此外，aromat-ic polyamide fiber reinforcement、Ultra High Molecu-lar Weight Polyethylene Fiber、混紡纖維、Unsaturat-ed polyester resin和Epoxide resin;Araldite等高性能高分子材料。

2一種青少年用高性能射擊、擊劍服裝加工材料的加工制備

2.1材料選擇

傳統(tǒng)的射擊服是半布料半皮質(zhì)的衣褲套裝，實際上是由兩層厚厚的帆布制成的，輔以皮革，雖然防護性能優(yōu)異但自重較大。在軟體防刺服、防彈衣多基于芳綸纖維或超高分子量聚乙烯，如需防護24J的沖刺或54式手槍5m距離的射擊，前者一般需30層（機織物），后者一般需40-45層（機織物），一件防護背心的總重達2.5～3kg，并且防護面積較小。為此，開發(fā)新的防護材料就顯得尤為重要。

2.2體育用品選材的生理發(fā)展需求

2.2.1舒適和健康需求

青少年處在生長發(fā)育期，其生理、心里等各方面都沒有發(fā)展成熟，身體的某些器官相對比較敏感。因此，在生產(chǎn)高性能體育防護用具時，要把舒適和健康作為選擇材料時的基礎(chǔ)。運動服需要應用具有吸汗、透氣和保溫的材料，而HYGROSCOPIC polyester fi-ber和棉或者毛的混紡物都具有此特性，可以應用到運動服的生產(chǎn)制造中;Modified polyamide fiber與Polypropylene Foam Resin、乙烯一、Vinyl Acetatefoaming copolymer具有輕質(zhì)、抗氧化和減輕震動的特性，因此將其應用到運動鞋的制造生產(chǎn)中，將會得到更好地應用。

2.2.2安全性需求

青少年處在生長發(fā)育期，其生理、心里等各方面都沒有發(fā)展成熟，對日常事物的認知度和辨識度與成人相比相差許多。因此，對于高性能體育防護用具來說，安全性是需要引起重視的，其中安全性包含多個方面，如圖1所示。

2.2.3科學性需求

青少年處于生長發(fā)育階段，對一切未知的都充滿好奇。通?；顫姾脛?，做事情三分鐘熱度，缺乏耐心。因此，高性能體育防護用具要彌補孩子的這一缺點，使其具有趣味性和吸引力，這樣可以調(diào)動孩子的積極性。想要激發(fā)孩子的積極性我們可以采用科技手段進行材料改進等，增強體育活動的余樂趣味性，給體育器材增加新的附屬功能。比如：趣味乒乓球就是利用polyester chain加上綠色熒光集團制作而成，利用PRESSURE-SENSITIVE ISOPROPYLACRYL.AMIDE COPOLYMER GEL和Polycarbonate blendcomposites制作而成的自行車鞍座，既起到了保護孩子臀部發(fā)育的作用，而且還是很舒服的。

2.3高性能體育防護用具的加工制備

少兒體育用品的選材制作需要符合少年青少年的身心發(fā)展規(guī)律，不僅要注意青少年的生理健康和安全性，還需要使其在運動中獲得滿足度。一些材料擁有特殊性能，應用于運動器材中，更適用于青少年，表4對部分體育用品及選材做了整理。

“液體防彈衣”與剪切增稠改性抗沖擊柔性彈性體逐漸引起了各國研究者的關(guān)注。兩者均屬于剪切增稠智能復合材料，具有獨特的力學性能：在不受力條件下，材料柔軟;而在受到高速沖擊或侵徹作用下，材料瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)閳杂驳墓虘B(tài)，分散沖擊能量或阻止侵徹;沖擊作用后，又可恢復到柔軟狀態(tài)。本文通過剪切增稠復合材料領(lǐng)域多年的研究積累，取得了一系列的成果，成功開發(fā)出一批能夠替代傳統(tǒng)皮革射擊服裝的高分子復合材料。

2.3.1JZZ-1型液體裝甲制備

本文研制開發(fā)了一種基于聚乙二醇/納米SiO-2體系的剪切增稠液（命名為JZZ-1型液體裝甲），以及一種基于聚硅氧烷的剪切增稠凝膠（命名為SG-1型凝膠），兩者均具有臨界剪切速率可調(diào)、工藝重現(xiàn)性好、制備過程中無有毒有害物質(zhì)排放等優(yōu)點。

2.3.2與SG-1型凝膠、滌綸復合加工

本文創(chuàng)新性的將JZZ-1型液體裝甲與SG-1型凝膠和體育防護裝備中大量應用的滌綸織物復合，測試結(jié)果表明滌綸織物抗沖擊穿刺以及高速侵徹的性能得到了顯著提高，如以其制造射擊、擊劍服裝等體育運動防護裝備，則可有效的抵抗單片與尖銳物品的侵徹，極大的改善體育運動人員的防護能力。

2.3.3與芳綸機織布復合

在上述成果的基礎(chǔ)上，將JZZ-1型液體裝甲與芳綸機織布復合，經(jīng)測試證實，其防刺性能明顯優(yōu)于復合前的芳綸織物，甚至可應用于防刺服、防爆毯等領(lǐng)域。

2.3.4 SG-1型凝膠與聚氨酯和硅膠等彈性體相結(jié)合

的復合材料制備

本文研制開發(fā)了SG-1型凝膠與聚氨酯和硅膠等彈性體相結(jié)合的復合材料以及相應的制備工藝，以剪切增稠效應賦予復合材料良好的抗高速沖擊性能，同時利用傳統(tǒng)材料優(yōu)良的加工特性使復合材料易于加工為特定防護制品，其性能可與英國D30公司的產(chǎn)品相媲美。

綜上所述，本文在剪切增稠材料領(lǐng)域已取得了較豐碩的成果。在此基礎(chǔ)上，本項目首先將優(yōu)化JZZ-1型液體裝甲與SG-1型凝膠的性能，并開發(fā)其中試生產(chǎn)工藝;其次，優(yōu)化滌綸、芳綸與超高分子量聚乙烯織物復合材料防刺防彈性能、單位面積增重與儲存穩(wěn)定性;最后，完成發(fā)泡聚氨酯與發(fā)泡硅膠彈性體柔性防護復合材料量產(chǎn)工藝的開發(fā)，并設(shè)計開發(fā)戶外與運動防護裝具等防護制品。

2.3.5生產(chǎn)工藝

為滿足量產(chǎn)并推向市場的需要，本項目前期工作中重點開展了量產(chǎn)工藝的設(shè)計開發(fā)。首先，在剪切增稠材料增強織物方面，創(chuàng)新性的提出利用現(xiàn)有帳篷刮涂覆膜工藝，成功的實現(xiàn)了剪切增稠材料在織物上的大面積陜速涂制，目前的實驗涂制速度是4.5m/min，下一步目標為6～7m/min。其次，開發(fā)出適合剪切增稠凝膠與發(fā)泡硅膠、發(fā)泡聚氨酯等柔性彈I生體成型加工的快速復合工藝，該工藝可直接采用現(xiàn)有成型裝備，具有生產(chǎn)效率高，復合效果穩(wěn)定，適應性好的優(yōu)點。

3結(jié)語

國民身體素質(zhì)的提高是一個國家發(fā)展競技體育的奠基石，而功能高分子復合材料體育防護用具的發(fā)展是國家業(yè)余到職業(yè)體育發(fā)展的重中之重。隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，體育運動種類繁多以及高分子與復合材料的應用，促進了體育運動產(chǎn)品的發(fā)展，也加快了體育健身的普及。青少年處于生長發(fā)育階段，身心個方面發(fā)育不健全，缺乏獨立性和判斷力。因此，在參加體育運動時，體育防護用品的安全性和材料質(zhì)量很重要。本文對功能高分子復合材料體育防護用具用品的案例和應用進行了分析解剖，旨在為我國功能高分子復合材料體育防護用具用品和裝備設(shè)計制作提供參考。