一起來(lái)看：先進(jìn)生物工程塑料改性尼龍?jiān)隗w育器材中的4大應(yīng)用！
發(fā)布時(shí)間：2023-11-21 14:14:53 點(diǎn)擊數(shù)：0
作為一種新型工程材料，先進(jìn)生物工程塑料已經(jīng)具備了傳統(tǒng)材料無(wú)法比擬的優(yōu)良性能、易加工性和高性價(jià)比等特征，并逐漸被應(yīng)用于各種醫(yī)療、建筑、工業(yè)、體育等領(lǐng)域。 
研究認(rèn)為，先進(jìn)生物工程塑料應(yīng)用與體育器材及防護(hù)用具中的性能優(yōu)勢(shì)主要有：密度低、強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、不易腐蝕老化以及較容易加工成型等。
先進(jìn)工程塑料指的是：利用生物聚合方式進(jìn)行化學(xué)加工，最終得到的具有針對(duì)性特性的塑料。
先進(jìn)工程塑料根據(jù)不同特性，可以分為5大類：
①天然生物塑料
此類塑料可直接通過(guò)簡(jiǎn)單處理從自然界獲得，如甲殼素、再生纖維、膠原等；
②合成高分子生物塑料
主要為通過(guò)高分子材料化學(xué)反應(yīng)所得，如硅橡膠、滌綸、尼龍、聚氨酯及其嵌段共聚物等；
③無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)塑料
主要加工材料為 C、Si 等無(wú)機(jī)物，如碳素材料、玻璃、生物活性陶瓷等；
④雜化生物塑料
指通過(guò)來(lái)自自活體的天然材料與人工合成材料之間進(jìn)行雜化處理，得到新的生物工程塑料，如膠原與聚乙烯醇的交聯(lián)雜化等；
⑤復(fù)合生物材料
主指通過(guò)碳纖維或玻璃纖維與其他基體進(jìn)行反映，得到新的增強(qiáng)型塑料如生物陶瓷等。
作為體育器材原料所具備的性能優(yōu)勢(shì)
體育器材的使用，除達(dá)到一定的健身目的之外，還必須保證使用人員的健康和安全；防護(hù)用具除能夠在較大程度上避免使用人員在運(yùn)動(dòng)中受到物理傷害外，還應(yīng)盡量保證不出現(xiàn)有毒有害的揮發(fā)性氣體等。
因此，綜合而言，體育器材及防護(hù)用具需要具有高度的安全性和穩(wěn)定性。先進(jìn)生物工程塑料作為體育器材及防護(hù)用具原材料所具備的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。
材質(zhì)輕
穿戴式或需要運(yùn)動(dòng)人員進(jìn)行人力操作的器械在運(yùn)動(dòng)器械及防護(hù)用具中占比極高，運(yùn)動(dòng)鞋服、護(hù)膝、自行車、帆船、撐桿、滑板、球拍、鞍馬等均是如此。 
人們?cè)谑褂眠@些體育器材或防護(hù)用具時(shí)，主要的目的是借助這些器械或防護(hù)用具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或幫助自己取得更好的競(jìng)技成績(jī)。
因此，在運(yùn)動(dòng)員自身水平保持正常的情況下，通常質(zhì)量越輕的器材越能夠幫助運(yùn)動(dòng)員獲得越好的運(yùn)動(dòng)效果和成績(jī)。因此，運(yùn)動(dòng)器材及防護(hù)用具選擇加工材料時(shí)，首先要選擇同設(shè)計(jì)造型下質(zhì)量更輕的材料，避免運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)不必要的體能浪費(fèi)。
作為高分子材料，生物工程塑料由于分子間距大，因而相對(duì)傳統(tǒng)的金屬或木材等具有更小的密度，同造型情況下，質(zhì)量相對(duì)更輕。
強(qiáng)度、韌性高
運(yùn)動(dòng)器材的使用過(guò)程通常都要面對(duì)較高的使用頻率或使用強(qiáng)度，比如山地車速降運(yùn)動(dòng)、帆船運(yùn)動(dòng)、網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)等。這些器械在使用過(guò)程中通常要面臨高速降落帶來(lái)的沖擊、風(fēng)帆吹動(dòng)中的拉伸以及不停揮動(dòng)中與球的撞擊等。
因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程中，必須考慮長(zhǎng)時(shí)間使用狀態(tài)下器械的強(qiáng)度。然而，考慮到大多數(shù)運(yùn)動(dòng)都在逐漸將體育器材進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，有時(shí)會(huì)通過(guò)減少材料的使用而達(dá)到器械減重的效果，避免不了地降低了器械的整體使用強(qiáng)度和柔韌性。 
因此，體育器材及防護(hù)用具所使用的加工材料必須同時(shí)滿足低密度和高強(qiáng)度的雙重要求。新型生物工程材料如碳纖維材料等正好滿足了這一要求。
以碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料為例，該類型材料本身的碳纖維成分兼具高強(qiáng)度、高柔韌性的特點(diǎn)，在假如增強(qiáng)樹脂材料后，整體的密度得到了極大的降低。
因此，碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于滑板、自行車、帆船、球拍等體育器材的加工和制造。相比于傳統(tǒng)的金屬、木材等而言，新型碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用前景更加廣泛。
易成型
對(duì)于體育器材生產(chǎn)廠家而言，易成型性能越強(qiáng)則證明該類型材料在生產(chǎn)和加工過(guò)程中的加工難度越低。通常情況下，金屬以及熱塑性塑料的易成型性和熱塑性能要高于一般的復(fù)合材料，復(fù)合材料的加工難度通較高。
但是，隨著材料領(lǐng)域相關(guān)研究的不斷突破和發(fā)展，先進(jìn)生物工程塑料的難成形、難加工的問(wèn)題已經(jīng)得到了明顯改善。
同時(shí)，加工工藝的不斷改進(jìn)已經(jīng)能夠保證生物工程塑料在較低的成本要求下加工成市場(chǎng)需要的產(chǎn)品。
目前全球范圍內(nèi)較為先進(jìn)的復(fù)合材料成型技術(shù)有：熱壓罐成型、真空袋成型、纏繞成型、軟模成型和樹脂傳遞模塑成型等。
先進(jìn)生物工程塑料在體育器材中的實(shí)際應(yīng)用
先進(jìn)生物工程塑料在體育器材及防護(hù)用具中的主要應(yīng)用有以下4種類型。
高端競(jìng)賽或運(yùn)動(dòng)型自行車 
高端競(jìng)賽或運(yùn)動(dòng)型自行車的車架、車把以及踏板、車圈等部位均能夠通過(guò)使用先進(jìn)生物工程塑料代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料，從而獲得更加輕便的質(zhì)量、更加舒適的騎行姿勢(shì)以及更加高的強(qiáng)度。
自行車各部位對(duì)應(yīng)使用的先進(jìn)生物工程塑料主要有：坐墊—尼龍、手柄—玻璃纖維增強(qiáng)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、車輪—碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、車架—熱塑性碳纖維符合材料等。
可穿戴設(shè)備 
體育領(lǐng)域的可穿戴設(shè)備主要指各類型的防護(hù)用具，如頭盔、運(yùn)動(dòng)鞋服、防護(hù)裝備等。防護(hù)用具的主要要求有強(qiáng)度高、韌度高等。此外，還要求同等設(shè)計(jì)構(gòu)造或使用條件下更加輕的質(zhì)量等。
因此，相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)發(fā)出若干種能夠同時(shí)滿足可穿戴設(shè)備多種性能要求的生物工程塑料材料，如通過(guò)特殊的拉擠工藝對(duì)纖維復(fù)合材料進(jìn)行加工后得到的長(zhǎng)纖維改性復(fù)合材料，該類型材料比原有的纖維復(fù)合材料耐變形性更強(qiáng)，同時(shí)比原有的復(fù)合材料具備了更低的密度以及更 強(qiáng)的強(qiáng)度特性，使用長(zhǎng)纖維改性復(fù)合材料加工而成的各類型防護(hù)用具在擁有更高的防護(hù)強(qiáng)度和柔韌度的同時(shí)，獲得了更輕的質(zhì)量，降低了運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)擔(dān)，具備更強(qiáng)的使用前景。
球類運(yùn)動(dòng)相關(guān)器材 
球類運(yùn)動(dòng)主要分為球及擊打設(shè)備兩部分。
其中，球品如籃球、足球等多使用 PU 或尼龍、橡膠等材料作為外科，以碳纖維增強(qiáng)材料作為中心結(jié)構(gòu)；高爾夫球等則利用聚氨酯泡沫整體填充加工制成；球拍如網(wǎng)球拍、羽毛球拍則通常選擇使用碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料為主要的球拍結(jié)構(gòu)加工材料，目前高端運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域及競(jìng)賽領(lǐng)域的羽毛球拍、網(wǎng)球拍等已經(jīng)基本全部被碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料占領(lǐng)。
帆船運(yùn)動(dòng) 
傳統(tǒng)的金屬桅桿質(zhì)量大、穩(wěn)定性差且不耐海水腐蝕；木質(zhì)桅桿強(qiáng)度低、不耐拉且吸水后質(zhì)量提升速度過(guò)快。因而，傳統(tǒng)的桅桿逐漸被碳纖維符合材料代替。
使用碳纖維復(fù)合材料加工而成的桅桿擁有相同體積下鋁合金桅桿低于 2/3 的質(zhì)量，在質(zhì)量降低的情況下，能夠幫助船身整體進(jìn)行重心調(diào)整，減少壓艙物，從而幫助船體整體“瘦身”，使運(yùn)動(dòng)員能夠更好地掌握帆船平衡。
采用層層交叉纏繞工藝制成的碳纖維復(fù)合材料桅桿大大提升了強(qiáng)度，增強(qiáng)了帆船的穩(wěn)定性，使其航行更加的快速和安全。
從應(yīng)力角度考慮，具有高強(qiáng)、高模的碳纖維復(fù)合材料在沿桅桿縱向上可提供足夠的剛度來(lái)抵抗彎曲變形；從使用環(huán)境上考慮，具有良好的耐腐蝕性的碳纖維復(fù)合材料能有效抵御海水、鹽霧等環(huán)境因素的消極影響。因此，高性能復(fù)合材料桅桿有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
結(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)精神文明建設(shè)的進(jìn)一步深入和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步提升，越來(lái)越多的社會(huì)群體和群眾希望通過(guò)體育鍛煉達(dá)到強(qiáng)身健體和文化娛樂(lè)的目的。 
因此，從20世紀(jì)末開(kāi)始，我國(guó)的體育事業(yè)和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)獲得了飛速發(fā)展，當(dāng)前我國(guó)體育行業(yè)的年產(chǎn)值和總價(jià)值均已位居世界首位。同時(shí)，我國(guó)的體育設(shè)施制造工業(yè)已經(jīng)逐漸占據(jù)全球超過(guò)60%的市場(chǎng)份額，已經(jīng)逐漸成為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)體制改革的重要環(huán)節(jié)。
國(guó)家的體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，是衡量該國(guó)人民生活水平的重要依據(jù)之一，我國(guó)的體育產(chǎn)業(yè)及體育設(shè)施生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)逐漸成為全球體育產(chǎn)業(yè)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，先進(jìn)的生物工程塑料與體育器材加工領(lǐng)域的結(jié)合，無(wú)疑對(duì)于我國(guó)體育事業(yè)發(fā)展具有極強(qiáng)的推動(dòng)作用。
但是，從產(chǎn)業(yè)占國(guó)民生產(chǎn)總值的角度分析，我國(guó)的體育產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比比例仍然較低，表明我國(guó)的體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要依賴我國(guó)巨大的人口紅利，實(shí)際發(fā)展水平與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距，現(xiàn)階段發(fā)展?jié)摿薮蟆?/div>
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