芳綸及其復合材料在體育器材中的應用

賈琳

摘要：芳綸材料作為一種新型高科技材料，是冷戰時期軍備競賽的產物，最早被用于航空航天領域。隨著冷戰的結束，逐漸走入民用領域，芳綸復合材料在體育器材中的應用就是其中非常成功的一種。文章著重分析了芳綸材料的特性以及其在體育題材上運用的優勢;結合案例對芳綸材料提升體育器材使用強度、耐久度以及幫助體育愛好者、專業運動員提升成績的價值進行了綜述;最后對芳綸材料與其他纖維材料混合加工為基礎的未來發展情況進行了展望。

關鍵詞：芳綸材料;復合材料;體育器材;應用

中圖分類號：TQ334 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0083-03

芳綸1313最早誕生于20世紀60年代末，是彼時美蘇兩國冷戰及軍備競賽的產物。隨著冷戰的結束，該材料的應用領域逐漸從軍事航空領域走向民用領域。隨著近些年國民生活水平的提升，中國百姓對體育鍛煉和體育文化娛樂的欲求越來越高，傳統的體育器材材料如金屬、木料等逐漸因為重量過重、耐久性差等缺點而被體育愛好者及專業運動員拋棄。

芳綸及其復合材料由于具備密度小、阻尼抗震性能強、易加工成型等優點，自進人體育器材領域以來便廣受體育領域喜愛。芳綸及其復合材料除包括纖維增強復合材料外，還包括與其他材料如碳纖維等纖維材料加工而成的層壓織物或增強復合材料等。對其在體育器材上的應用優勢進行分析，并結合案例對其未來應用領域拓展進行展望，能夠為該行業從事科研及加工的工作人員提供借鑒。

1芳綸及其復合材料應用于體育器材上的優勢

1.1密度小

通常情況下，相同類型的體育器材質量越輕則越容易提升運動水平，尤其專業經濟領更是如此。最原始的木質材料雖然重量較輕，但是由于其本身材質力學性能較差、耐用性低而逐漸被金屬材料取代;金屬材料具有較強的力學性能和易加工性，但與芳綸材料相比則仍存在密度過高的問題，因而逐漸又被芳綸材料取代。目前廣泛使用的芳綸材料密度低至1.44～1.45g/cm³遠低于鋁合金的密度（2.030-2.859/cm³），也要低于碳纖維材料的密度（1.76～1.80g/cm³）。因此，芳綸及其復合材料在用于同類型體育器材時具有非常大的優勢。

1.2力學性能好

具備優良的力學性能和穩定性是某種材料被用作體育器材制造的基礎條件。通過對比玻璃纖維、碳纖維及芳綸材料的力學性能可知，芳綸的強度和模量均比其他兩種材料高，同時芳綸材料最優秀的力學性能是0°拉伸強度，遠遠高于玻璃纖維材料或碳纖維材料，但是其90°拉伸強度較差。因此，芳綸材料通常會在加工過程中通過與他種纖維材料進行混雜加工的手段調整產品性能。

1.3阻尼性能好

對于某些運動來說，需要運動員使用具有較強阻尼性能的運動器械，通常是使用芳綸復合材料制成的產品。這是因為相比于傳統的金屬材料，芳綸具有更加優良的阻尼減震性，其運動吸能效果遠高于普通金屬材料。近期有研究人員發現，芳綸材料與玻璃纖維材料混合加工而成的復合材料中Kevlar和玻璃纖維比例的增加能夠促使復合材料阻尼系數的進一步提升，而芳綸材料與碳纖維材料混合加工而成的復合材料中碳纖維材料比例的提升會降低復合材料的整體阻尼系數。通過掌握這一規律能夠用來制造和加工阻尼系數需求更高的運動器材。

1.4可設計性及加工成型性更強

芳綸材料能夠與多種纖維材料進行融合加工，因此具有了非常強的可設計性。當某些體育器材需要的特殊性能發生變化時，只需要對復合材料中的組成比例進行一定調整或者改變某些纖維種類就能夠達到生產要求。因此，芳綸纖維具有其他材料如木材、金屬、碳纖維等材料不具備或難以實現的可設計性。此外，芳綸復合材料能夠通過各種形式進行加工，這些都是芳綸材料與其他材料相比具有的可設計性優勢和加工成型性更強的優勢。

1.5安全環保

體育器材除要求有較好的力學特性等優點之外，環保也是其能否被廣泛開發和使用的要求之一。假如某一體育器材在使用或生產加工過程中會產生大量的污染，無疑會令本身追求健康的體育鍛煉目標大打折扣。芳綸材料的纖維密度小，但是強度高且耐磨、耐腐、性狀穩定，因此，使用芳綸材料代替某些纖維材料如石棉纖維等，能夠避免這類型材料給使用人員帶來的污染和傷害，在某些運動中可以被用來制造手套、頭套或其他防護用品。

2芳綸在體育器材上的應用

2.1防護工具

安全健康地進行體育鍛煉或體育競技，沒有良好的防護工具是不行的。尤其在某些抗擊性運動，如拳擊、自由搏擊、擊劍等運動中，優良和完善的防護工具是開展該類型運動的基礎。在傳統的防護工具生產中，多以海綿、橡膠、皮革等材料為主進行生產加工，然而隨著時代和科技的進步，傳統材料加工而成的防護裝備逐漸因為體積大、笨重、不具備良好的透氣性能等被人詬病。尤其在高強度、高水平的競技比賽中，傳統的防護工具由于佩戴不舒適且防護性能差，嚴重影響了運動員經濟水平的發揮和對自身的保護。采用芳綸材質加工而成的防護工具具有遠高于普通材料的透氣性、防震性能，同時由于芳綸材料強度高、密度低，更加適合專業高水平運動員的需求。尤其在賽車運動、冰雪運動項目中，芳綸與樹脂復合加工材料制成的防護物、頭盔等能夠有效應對運動中出現的高沖擊性撞擊，能夠有效降低運動中事故中對運動員的傷害。

2.2乒乓球拍

傳統的乒乓球拍通常采用木質膠合板加工而成，該類型球拍具有重量大、反彈差等缺點。之后研究人員發現，采用芳綸與碳纖維復合材料加工成型的特種纖維底板能夠完美解決傳統球拍強度差、重量大等缺點。同時，使用該類型球拍進行擊球時，由于本身材料的剛性很強，能夠幫助運動員擊打出反彈力大且速度更快的球。與此同時，得益于其中芳綸材料的使用，球拍的阻尼減震性能優異，為運動員帶來了更加清晰的擊球手感，避免了純碳纖維材料手感差的缺陷。

2.3帆板

帆板運動進人我國的時間較短，但在歐美一些發達國家則已經擁有了較多的參與人員并形成了較多的世界級比賽。芳綸材料多用于帆板船的板體，通過手糊或層壓的的加工工藝將芳綸及其復合材料與板體材料進行融合。采用該加工工藝的帆板板體能夠有效實現板體的輕量化設計，同時能夠抗海水腐蝕且長久使用不變形。除此之外，芳綸材料還會被部分應用于帆板中的拉帆索和角索的設計加工工藝中。由于芳綸材料加工而成的帆板器材使用效果較好，已被眾多專業帆板賽事所使用。

2.4自行車

自行車尤其高端自行車已經逐漸從單一的交通工具發展成為具有健身、競賽等多種使用方式的綜合類器械。高端自形成通常大面積采用纖維材料制成，具有質量輕、強度高等優點。芳綸及其復合材料多用于高端自行車鏈條部位的生產和加工。采用芳綸材料制成的自形成鏈條具有高載荷、高延展性等優勢，能夠一定程度上降低運動員消耗，提升運動員成績。

2.5滑雪板

專業的滑雪運動通常由兩類：①下坡滑雪，該類型滑雪運動除需要滑雪板具有低重量、高強度的特性外，還要求滑雪板能夠針對運動過程中產生的彎曲振動和扭轉振動提供較強的控制能力，即要求滑雪板使用材料具有較強的阻尼特征;②越野滑雪，該類型滑雪運動同樣要求滑雪板具有低重量、高強度的特性，此外還要求滑雪板具有較好的耐磨性和吸振性能。芳綸材料的出現與滑雪板的要求完全契合，能夠幫助運動員在進行滑雪比賽或由角度滑行時，能夠在輕松、穩定的狀態下進行。同時芳綸材料較長的使用壽命，也大大降低了該類型運動的整體成本。

2.6繩索

芳綸及其復合材料制在繩索領域使用非常廣泛。由于其本身具有強度高、耐磨、耐腐蝕的優點，使用芳綸材料加工而成的劃水繩、帆船角索、登山繩、速降繩索具有拉力大、抗大風的優秀能力。國外某企業利用芳綸和復合纖維加工工藝加工制成的繩索已經被廣泛應用于體育器材、船舶器材和服飾用繩索的各個領域。

3結語

綜上，芳綸材料由于具有明顯優于傳統材料的物理性能和環保性能逐漸被體育愛好者和專業體育運動員認可。其在體育器材領域中的應用越來越廣泛。文章在分析芳綸及其復合材料物理特性的基礎上對其應用進行了案例說明。相信在今后對芳綸及其復合材料研究越來越深之后，能夠有效解決目前該類型材料的一些缺點，如壓縮強度低以及不耐紫外線照射等。并且隨著使用價值的提升，將會有越來越多的廠家投人到芳綸材料體育器材的生產中，到時該類器材的價格應該能夠獲得較大幅度的下降。芳綸材料應用于體育器材領域將成為今后體育器械生產加工領域的重點研究內容之一。