體育防護用品中聚氨酯的應用

王楠楠

摘要：文章將對聚氨酯在體育防護用品上的應用進行綜合論述。聚氨酯是減震材料的一種，本文將具體介紹聚氨酯鋪地材料如何應用在現代化的運動場，高回彈低壓縮聚氨酯鞋底料以及一些制備方法，如聚氨酯基智能柔性彈性體、聚氨酯防護頭盔、雙密度聚氨酯鞋底料等。文章對生產運動衣、游泳衣等防水透濕快干透氣聚氨酯面料的制備方法也進行了論述。總之，聚氨酯具有防護作用，所以體育用品可廣泛應用聚氨酯。

關鍵詞：體育防護;聚氨酯;應用

中圖分類號：TQ323.9文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）07-0072-03

聚氨酯是化學結構上主鏈含有相同的氨基甲酸醋團的一種高分子材料，以其為主要材質的產品包含：合成革、膠黏劑、纖維、塑料泡沫、彈性體、圖層材料等。對比合成樹脂材料，聚氨酯為材質的產品具備很多良好的性能，如：吸震能力強、耐腐蝕等。因此，無論是日常生活用品，亦或是高尖端的領域，聚氨酯都在發揮不可替代的作用。

1 聚氨酯的應用領域

1.1聚氨酯應用于運動場地

在1960年，美國3M公司最先研發和建設了一個全聚氨酯的賽馬跑道，以后的比賽中，運動會的場地都開始采用聚氨酯材質，首次正式使用由聚氨酯材質制作的跑道是第19屆奧林匹克運動會，同時將其作為運動比賽的專用設施。我國在1970年也研發出聚氨酯跑道，其使用范圍也在逐漸擴大，由最早競技體育場地使用發展到所有學校的運動場乃至全民健身的場所，如圖1所示。我國運動場地的建設材質以甲苯二異氰酸醋（TDI）型聚氨酯塑料為主要材料。TDI對人體有害，所以研發無害且綠色環保的二苯基甲烷二異氰酸醋（MDD型聚氨酯彈性體成為重點。因為MDI的黏度大、儲存時化學穩定性較差、成本較高的因素在實際的應用中帶來很多問題。讓輕甲基丙烷（TMP）與MDI在70℃下共混4h后，形成聚氨酯固化劑，漆膜柔韌性好，適合低溫條件下固化，既可以減少有毒氣體，又能降低成本。

1.2聚氨酯材質的頭盔

防護頭盔的重要作用是防止頭部受到傷害或者是保護頭部減少因碰撞造成的傷害，其在運動領域被廣泛應用，特別是在跆拳道運動中。當頭部遭受到碰撞時，聚氨酯可以有效吸收碰撞力，圖2所示是聚氨酯防護頭盔。由襯墊層、兩層硅膠墊和聚氨酯成型的外層共同組成防護頭盔，襯墊層的組成材料是：梭甲基纖維素0.50-1.50phr、丙烯睛一苯乙烯共聚物9.00～11.00phr、MDI5.00～50.00phr、無膠碳纖維10.00～14.00phr、核殼丙烯酸彈性乳液15.00～20.00phr、四氫呋喃一氧化丙烯共聚醚二醇20.00～25.00phr、納米二氧化硅5.00～10.00phr、聚四氫呋喃醚二醇33.00～43.00phr、水解穩定劑0～10.00phr、納米銀粉末0.05～2.05phr、乙二醇15.00～20.00phr。某家公司研制的一種聚氨酯防護頭盔用于跆拳道，防護頭盔的主要由聚氨酯一體結構。聚氨酯材料的A組包含：一氟二氯乙烷發泡劑10.00phr、擴鏈劑7.00phr（乙二醇3.00phr，1，4丁二醇4.00phr）、胺類催化劑1.30phr、硅烷類表面活性劑0.75phr、聚合物多元醇50.00phr、相對分子質量為5000的聚醚多元醇50.00par。B組為MDI，質量之比為0.36的B組和A組在40℃的條件下進行反應。防護頭盔的具體制造工藝是：首先將模具的內部擦拭干凈，然后在里面均勻的噴一層離型劑，閉合模具同時將其壓緊，進而在灌注口注入聚氨酯原料使其在模具的內部發泡，在注入結束時立刻封閉灌注口，控制模具型的溫度在300℃，晃動模具，再其熟化的24min后在打開模具拿出產品，然后進行修理邊角和清理模具內部，這樣就完成防護頭盔的制作了。聚氨酯防護頭盔應用十分廣泛，不僅在跆拳道項目中使用，而且也應用于自行車、摩托車運動中。

1.3聚氨酯鞋底料

運動鞋需要滿足消費者的體驗需求和用途特殊的運動需求，當前生產的運動鞋，通常使用較大硬度的材料，進而滿足其回彈要求，這樣的材質其密度也較大，壓縮后極易變形，若穿著時間過長，就容易造成鞋底發泡材料變形，這極大的影響了運動鞋的舒適度和外觀。佛山市北朝源科技服務有限公司研發出了一種軟質高回彈低壓縮的發泡材料，這種材料可有效解決現有運動鞋的缺陷，特別是現存的鞋底料回彈方面和壓縮性能方面的問題。密度較低的中底和密度較高的大底組成了雙密度聚氨酯鞋底。密度較高、結構精細的大底直接接觸地面，使得運動鞋具有良好的耐磨性和較高的強度。密度較低的中底處于大底的上層，它質地柔軟，具有較高的舒適度。在夏季實際生產時，中底與大底很容易產生粘貼不牢固的現象，具體表現為中底與大底的接合處容易裂開。如何有效的解決上述問題呢？高黏緒性雙密度聚氨酯鞋底的制備方法效果較好。將不同比例的聚合物多元醇、擴鏈劑以及聚酯多元醇等進行混合，在正常溫度下，分別投入進反應釜中攪拌一小時到兩小時左右，制取A1組分、A2組分。把常溫條件下的聚酯多元醇放入反應釜中進行攪拌，攪拌后不斷升溫，升至95℃時就會脫水脫氣，溫度下降至50℃就加入MDI于82℃反應2h再添加碳化二亞胺改性MDI，攪拌半小時就得到了B組分。分別將這些材料注射進低壓澆注機料罐中。高密度的大底由A1組分與B組所制出，模具開模后在大底的表面澆注A2組分和B組分，得出了高黏緒性雙密度聚氨酯鞋底制品。類型多樣的聚氨酯鞋底料，既可以滿足普通人的日常運動需求又可以滿足運動員在賽場的競技要求。

2 聚氨酯材質的面料

聚氨酯材料具備防水的性能，如在服裝的面料上添加可以防雨，然而普通的聚氨酯都是不透氣的。美國戈爾企業最先給出防水透氣的聚氨酯的概念，長期以來，防水透濕的聚氨酯一直是研發的重點。一種耐較高的水壓、透濕的聚氨酯膜，其最薄的厚度是20mm，耐水壓高于0.5MPa，而且透濕程度大于1000g/（m²·d）。最先制造環氧乙烯和三輕羥基環氧丙烯的共聚醚中間產物（POEO-5000），在高壓條件的反應中添加催化劑單體三官能團，反應室密封并且需要用氮氣將氧氣排除之后，在通人環氧丙烯，控制反應的溫度在45℃左右，反應的時間在24h，進而得到聚醚中間體，催化劑的使用量大概是產物質量的0.5%，再次添加環氧乙烯，溫度的控制仍是45℃左右，反應時間仍是24h左右，得到（POEO-5000），在聚氨酯的反應中脫水、排氧、抽真空，添加MDI，使得溫度升高至60℃，滴加POEO-5000n（POEO-5000）=3：1，控制反應溫度在70～80℃，在反應2h左右后使其降低溫度至常溫可得聚氨酯預聚體，添加擴鏈劑使其發生擴鏈反應，產生聚氨酯膠，然后在進行涂布試驗，當膠量是40g/m時，耐水壓>0.5MPa，透濕度>1500g/（m²·d）。現在，有三種防水透濕透氣的面料，分別是涂層織物、高密織物和曾壓織物等。由高分子防水且透氣的材料和布合成的就是涂層織物，其具備良好的防水透濕性能，但其手感差、防風效果不佳、水洗性能不好以及很難被自然降解等缺點。防水透氣的聚氨酯面料兼具透氣性和防水性兩大優勢，此面料使用的聚氨酯基材層，其兩面有面膠涂層和底膠涂層。聚氨酯基材層的制作方法：在反應容器中加入聚醚型聚氨酯，使得其預熱到70℃，然后添加聚醚型聚氨酯、木質纖維素、含氫硅油、膨脹珍珠巖、凹凸棒土、納米二氧化欽、硅烷偶聯劑、消泡劑、乙醇等，攪拌混合，升溫至106℃，在經過保溫45min后運送到織布機中就可得聚氨酯基材層。底膠涂層的制作：在反應容器中添加聚醚型聚氨酯，升至66℃，后添加欽白粉、竹炭纖維、脂肪醇聚氧乙烯醚N1N-二甲基甲酰胺（DMF）溶劑等，升至95℃，保溫25min，就生成底膠涂層。面膠涂層的制取：在反應容器中加入聚醚型聚氨酯，使其預熱到70℃，依次加入欽白粉、DMF溶劑、紫外光吸收劑、十二烷基磺酸鈉等，將溫度升高到105℃，攪拌均勻并保溫30min左右，就制備出面膠涂層。在120℃的聚氨酯基材層上涂覆底膠涂層，在145℃時加熱然后凝固5min左右后得復合組。在130℃的聚氨酯基材層的另一面涂覆面膠涂層，加熱170℃后凝固10min左右得聚氨酯面料。由此制備的面料其透濕度為153g（m²·d），透氣率為0.52cm³/（cm²·s）。例如速干透氣彈力的泳衣，其面料是由內彈性材料層、外彈性材料層和中間層組成。外彈性層的材質是聚碳酸型聚氨酯膜，中間層材質是織物面料，內彈性層的材質是聚對苯二甲酸乙二醋與氨綸相結合的面料。這種面料可將濕氣、水份等及時傳送到織物的表面上，而且在水中運動可也可降低阻力，彈力十足，可是穿著的人保持最好的狀態。

3 結語

聚氨酯的用途非常廣泛，它既可以作為減震材料應用到體育用品中，也可大量用于制造跑道、鞋底、地坪及頭盔等。聚氨酯纖維面料所制成的游泳衣和運動衣具有迅速干燥和降低摩擦力的特殊功效。總之，聚氨酯材料的應用有助于運動員成績的提高，因此，聚氨酯材料在體育防護用品中有著巨大的發展前景。