隨著生活水平的提升，人們對體育運動的重視度逐漸增加，希望在休閑娛樂過程中獲得健康體魄，因此，對體育運動器材的生產(chǎn)制作材料提出了較高要求。芳綸復(fù)合材料是一種高科技材料，最初應(yīng)用于航空...

隨著生活水平的提升，人們對體育運動的重視度逐漸增加，希望在休閑娛樂過程中獲得健康體魄，因此，對體育運動器材的生產(chǎn)制作材料提出了較高要求。芳綸復(fù)合材料是一種高科技材料，最初應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，之后芳綸復(fù)合材料憑借顯著的性能優(yōu)勢在體育領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。芳綸可與橡膠、樹脂等材料結(jié)合形成芳綸增強復(fù)合材料。芳綸復(fù)合材料有著密度小、力學(xué)性能好、易成型且可設(shè)計性強等顯著優(yōu)勢，很適合體育領(lǐng)域運動器材和防護用具的設(shè)計與生產(chǎn)。

芳綸復(fù)合材料概述

芳綸

芳綸是由芳香族聚酰胺樹脂紡成的纖維，分子式的主體是芳香環(huán)或者其衍生物，超過85%的酰胺鍵與芳香環(huán)上的碳原子連接形成聚酰胺纖維，是一種新型的高分子材料。它具有較高強度和模量，可耐高溫、絕緣以及阻燃等，具有優(yōu)異的防護性能，因此芳綸可被應(yīng)用于防護用具的生產(chǎn)與制作中，在航空航天、體育、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用中亦有著突出表現(xiàn)。芳綸和玻璃纖維一樣，在產(chǎn)品形態(tài)和規(guī)格上品種多樣。另外，為提升材料的綜合力學(xué)性能，芳綸常與樹脂類材料復(fù)合使用，例如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等。

芳綸復(fù)合材料

常見的芳綸復(fù)合材料是以環(huán)氧樹脂作為基體材料，芳綸作為增強纖維，因此芳綸復(fù)合材料同時具有芳綸和環(huán)氧樹脂的各自優(yōu)勢，又在強度、剛性以及抗老化等性能方面有著明顯提高。碳纖維增強復(fù)合材料是目前體育設(shè)施與器材領(lǐng)域大量使用的纖維復(fù)合材料，而芳綸復(fù)合材料在抗疲勞性能和抗沖擊性能方面比碳纖維增強復(fù)合材料有著更大的優(yōu)勢，因此，芳綸復(fù)合材料是很多需要承擔(dān)沖擊載荷和動載荷的體育運動器材制備過程中的理想生產(chǎn)材料。

芳綸復(fù)合材料的成型工藝與其他纖維復(fù)合材料類似，有手糊法、纏繞法、真空袋法、預(yù)浸漬法以及注射法等，可根據(jù)體育運動器材的運動特性或者使用需求選擇合適的生產(chǎn)工藝。芳綸材料在結(jié)構(gòu)上和功能上與其他材料的復(fù)合生產(chǎn)，增強了纖維復(fù)合材料的綜合使用性能，且生產(chǎn)工藝種類較全，因此芳綸復(fù)合材料的可設(shè)計性非常強。通過調(diào)整與之復(fù)合的纖維種類或者基體材料就可獲得不一樣性能的復(fù)合材料，容易滿足一些體育器材的特殊使用性能需求，這是一些金屬材料或者木質(zhì)材料在體育器材的設(shè)計生產(chǎn)上無法比擬的優(yōu)勢。

芳綸復(fù)合材料應(yīng)用于體育器材的性能優(yōu)勢

密度小

一般來說，同一種體育運動器材，質(zhì)量輕的比質(zhì)量重的更容易提升運動水平。一些體育器材的生產(chǎn)上選擇質(zhì)量較輕的木質(zhì)材料，雖滿足了質(zhì)量，但木材的力學(xué)性能較差，使用壽命不久。之后采用成型簡單、力學(xué)性能較強的金屬材料，但又存在密度大、質(zhì)量重的缺陷。隨著纖維材料的研發(fā)，芳綸及其復(fù)合材料逐漸被廣泛應(yīng)用于體育器材的生產(chǎn)制作中。芳綸的密度遠低于鋁合金的密度，碳纖維材料的密度在1.76~1.80g/cm3，芳綸材料的密度還要略低于碳纖維材料。因此，在同類型體育器材的生產(chǎn)制作上，密度很小的芳綸復(fù)合材料具有顯著優(yōu)勢。

力學(xué)性能好

為確保運動員在使用體育器材進行訓(xùn)練或者競賽時的安全性，生產(chǎn)材料需要具有較高的比強度和比模量。纖維復(fù)合材料較為符合選材要求，比單一的材料具有更高的強度和剛性。表1比較了幾種纖維增強復(fù)合材料的力學(xué)性能。綜合來看，在這幾種性能優(yōu)異的纖維復(fù)合增強材料中，芳綸復(fù)合材料比強度值最高，比模量也較高，如果將芳綸與其他纖維材料進行復(fù)合，會產(chǎn)生“混雜效應(yīng)”，可在原基礎(chǔ)上增強芳綸復(fù)合材料原本不太突出的力學(xué)性能，以實現(xiàn)體育器材的特定性能需求。

阻尼性能好

在一些體育運動項目中，為幫助運動員更好地發(fā)揮實力，會優(yōu)先選用阻尼性能較強的運動器材，這些器材通常采用芳綸復(fù)合材料進行生產(chǎn)與制造，因為相比于普通金屬，芳綸復(fù)合材料有著更好的阻尼減震性。計算與實測不同復(fù)合材料的阻尼值比較

如表2所示，這三種復(fù)合材料中所用的環(huán)氧樹脂的損耗因子為0.026。另外，由芳綸與玻璃纖維混合加工而成的復(fù)合材料中，增加玻璃纖維的比例，能夠進一步提升復(fù)合材料的阻尼性能；而在芳綸與碳纖維混合而成的復(fù)合材料中，增加碳纖維所占比例反而會降低復(fù)合材料的阻尼性能。通過掌握不同增強纖維混雜效應(yīng)規(guī)律，可設(shè)計與生產(chǎn)出阻尼性能更高的體育運動器材。

安全環(huán)保

在綠色可持續(xù)發(fā)展理念的指導(dǎo)下，體育器材在追求更好的綜合性能優(yōu)勢以外，也要重視對環(huán)境的保護和資源的節(jié)省。綠色環(huán)保的體育器材與設(shè)施不僅起到保護環(huán)境的作用，也是運動員在訓(xùn)練或者比賽過程中的人身健康、安全的有力保證，可有效提升運動員對體育目標(biāo)的高質(zhì)量完成。芳綸及其復(fù)合纖維有著較小的密度、較高的強度以及良好的耐磨性能等優(yōu)點，因此，在一些體育器材的生產(chǎn)中，由芳綸復(fù)合材料代替一些不環(huán)保的材料，可以有效減少這類材料的使用給周圍環(huán)境和運動人員造成的損害，也可被用于防護用具和產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中

芳綸復(fù)合材料在體育運動器材中的實際應(yīng)用

防護設(shè)施與用品

體育訓(xùn)練或者競賽是一項時刻具有危險性的運動，需要防護設(shè)施與用具的全面保護，特別是在速度快、強度大的抗擊性運動中，例如，賽車、滑雪等。堅固的防護設(shè)施與用具是保障運動員人身安全的重要因素，也是體育運動得以順利、安全、長期舉辦的有利條件。

以往的防護設(shè)施和穿戴用具經(jīng)常采用橡膠和皮革的材料進行生產(chǎn)制作，但此材料制成的防護設(shè)施與用品通常質(zhì)量重、體積大，沒有良好的透氣性，給運動員的使用體驗感較差，不利于運動員實力的發(fā)揮，在高危險性的體育競賽中甚至?xí){到運動員的人身安全。而芳綸復(fù)合材料加工而成的防護設(shè)施與用品，具備質(zhì)量輕、透氣性好以及防震減震等優(yōu)勢，不僅能有效減小運動員在體育運動中的危險性，還能夠滿足運動員對高水平、高質(zhì)量體育訓(xùn)練與競賽的需求。在一些劇烈體育運動中，芳綸復(fù)合材料體育防護設(shè)施與用具可有效減輕意外事故中運動員受到的撞擊和碰撞力度。

乒乓球拍

傳統(tǒng)的乒乓球拍手柄使用木質(zhì)材料制作，板面使用木質(zhì)和橡膠材料制作，不僅質(zhì)量大，彈力效果也不理想。運動員長時間訓(xùn)練會產(chǎn)生酸痛感。隨著纖維材料的研發(fā)與應(yīng)用，芳綸和碳纖維復(fù)合而成的材料，可用來制作特種纖維乒乓球拍底板，使得乒乓球拍的質(zhì)量、強度和彈性都有了大幅度提升，這樣在擊球時，剛性和彈性優(yōu)良的乒乓球拍可提供給乒乓球更大的速度和能量，并且，芳綸材料的使用，增強了球拍的減震能力，帶給運動員較為舒適、清晰的擊球手感。運動員使用該類型乒乓球拍進行日常訓(xùn)練與競技比賽，可有效促進乒乓球競技實力的提升。

滑雪板

在滑雪運動中，一個高質(zhì)量的滑雪板可以有效減少滑雪事故的發(fā)生?；┌逍枰休d運動員的體重，而芳綸復(fù)合材料制成的滑雪板不僅質(zhì)量輕，還具備超高強度，不易耗費運動員的體力，可滿足運動需求。簡單一點的下坡滑雪運動中，芳綸復(fù)合材料增強了滑雪板的阻尼減震性能，運動員更加容易控制下滑過程中的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動。越野滑雪運動對滑雪板的質(zhì)量和運動員的實力有較高的要求，非?？简灮┌宓臏p震、耐磨性能，芳綸復(fù)合材料制作而成的滑雪板，完全滿足這一運動的標(biāo)準(zhǔn)，有助于減輕運動員受到的沖擊感，提升對滑雪過程速度、方向的穩(wěn)定控制。

運動帆板

海上運動使用的體育器材，例如，帆板、沖浪板等，也是體育運動領(lǐng)域常用器材。芳綸復(fù)合材料在此類器材中的應(yīng)用可能不如其他體育領(lǐng)域器材廣泛，常采用手糊和層壓成型工藝實現(xiàn)帆板船板體的生產(chǎn)加工。芳綸復(fù)合材料用于帆板船板體的設(shè)計中，可增強帆板使用壽命，緩解海水侵蝕進程，促進運動帆板的輕量化發(fā)展。此外，在帆板船角索和拉帆索的生產(chǎn)制作中，可積極采用芳綸復(fù)合材料，增加帆板局部器材的實用效果。

運動繩索

芳綸復(fù)合材料在運動繩索領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。由于芳綸復(fù)合材料具有高強度、耐磨、耐腐蝕的優(yōu)良性能，加工而成的登山繩索、速降繩索、沖浪繩索等普遍具有拉力大、抗老化、耐摩擦的顯著優(yōu)點，改變了傳統(tǒng)繩索易斷、受摩擦嚴重的現(xiàn)象。芳綸復(fù)合材料的引進，擴大了運動繩索在材料上的選擇范圍，加工而成的繩索逐漸被體育器材、船舶器材領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

芳綸復(fù)合材料以其顯著力學(xué)性能、阻尼減震性能和安全環(huán)保性能等，被廣泛應(yīng)用于體育器材的生產(chǎn)與制造中。

芳綸復(fù)合材料在體育防護設(shè)施與穿戴護具中的應(yīng)用，有效保證了運動員的生命安全，在乒乓球拍、滑雪板等體育器材中的應(yīng)用，不僅減輕了體育器材的質(zhì)量，也提升了其剛性、抗沖擊性和耐磨性。相信隨著材料的研究與開發(fā)，芳綸復(fù)合材料會更加促進體育器材綜合性能的提升。