體育設施和設備用塑料和復合材料的選擇

牛拓

摘 要：隨著人類對體育運動項目的重視程度越來越高，使用的體育設施和設備性能要求也變得更高，材料直接決定著體育設施和設備的使用性能，所以為了提高我國體育設施和設備的使用效果和性能，文章對塑料和復合材料的選擇進行了深入研究。文章首先分析了體育設施和設備的選材原則，另外對塑料和復合材料體育制品品種進行概述，發現如今很多體育設施和設備或多或少都會使用塑料和復合材料;然后對三種普遍使用的塑料和復合材料（不飽和聚酯、環氧樹脂和聚鄰苯二甲酸二烯丙脂）的特性進行分析，最后進行選材實例分析，分別分析了自行車、帆船、運動場和跑道地板。塑料和復合材料在體育設施和設備中經常使用，但是同種材料之間也會存在性能差別，所以需要根據體育設施和設備的實際應用情況，選擇最為合適的塑料和復合材料類型，從而提高體育設施和設備的使用性能和效果。

關鍵詞：體育;設施;設備;塑料;復合材料

中圖分類號：T952;TQ320.79;TB33 ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）04-0064-05

Abstract：As humans pay more and more attention to sports， the performance requirements of sports facilities and equipment used have also become higher. The materials directly determine the performance of sports facilities and equipment. Therefore， in order to improve the use effect and performance of the equipment， the article has conducted in-depth research on the selection of plastics and composite materials. The paper first analyzes the principles of selecting materials for sports facilities and equipment. In addition， it gives an overview of the variety of plastic and composite sports products. It is found that many sports facilities and equipment now use plastics and composites more or less; then the characteristics of three commonly used plastics and composite materials （unsaturated polyester， epoxy resin and O-benzenedicarboxylic acid diallyl ester） were analyzed， and finally an example analysis of material selection is carried out， and the floors of bicycles， sailboats， sports fields and runways are analyzed separately. Plastics and composite materials are often used in sports facilities and equipment， but there are performance differences between the same materials， so it is necessary to select the most suitable type of plastic and composite materials according to the actual application of sports facilities and equipment， so as to improve the performance and effects of sports facilities and equipment.

Key words：sports; facilities; equipment; plastics; composite materials

如今，體育運動的重視程度越來越高，越來越多的人參與到體育項目中，極大促發了體育設施和設備的發展，為了能夠跟上體育運動的發展，體育設施和設備需要進行改進，選擇優異的材料，目的在于提高體育設施和設備的性能，因為體育設備和設施的性能對運動項目的水平有直接影響[1-2]。由于材料是決定體育設施和設備性能的關鍵因素，所以文章將塑料和復合材料進行分析，因為該材料在體育設備和設施中使用頻率不斷增加[3-4]。文章主要針對塑料和復合材料的選擇進行分析，目的在于提高體育設施和設備的使用性能。

1 體育設施和設備的選材原則

體育中使用的塑料和復合材料首先需要滿足自身最基本的使用性能，比如該材料具有一定的韌性和強度等，然后為了提高該材料在體育設施和設備中發揮更好的作用，還需要使得材料具備以下性能。

1.1 質量輕

體育中存在很多的質量要求比較輕的設施和設備，比如運動鞋、劃槳、自行車、滑雪板、賽艇、冰鞋等，當其質量越輕時，更有利于使用者的水平發揮，因為這些設備是通過使用人力使其運動，所以質量越輕，使用者消耗的體力就會越少，運動水平就會越高[5]。甚至有些器械使用機械力量進行運動，比如電動游樂船、電碰車等，這些體育設施和設備也需要有質量輕的要求，因為更有利于體育設施和設備的維修、安裝等，而且將會具有更好的阻尼減震性能。塑料和復合材料最主要的一個特點就是質量輕，然而塑料和復合材料的種類有多種，不同材料的密度也會存在差別，即質量就會不一樣，一般情況下，塑料的密度要稍微小于復合材料，也就是塑料的質量將會更輕。

1.2 韌性和強度好

如果使用的材料具有很好的韌性和強度，那么能夠降低材料的使用量，并且能夠提高體育設備和設施的使用性能。尤其是比強度、比韌性和比模量都非常好的材料在體育設備和設施中將會具有更好的應用效果。鋼、鋁等金屬材料作為體育器械材料，因為其具備比較好的力學性能，但是相比于樹脂基纖維增強復合材料，其比模量和比強度都非常低，盡管當前我國體育設備和設施使用鋼、鋁材料比較多，但是從長遠看，樹脂基纖維增強復合材料將會逐漸代替鋼、鋁等金屬材料在體育設施和設備中的應用。

1.3 耐老化性好

大多數體育設施和設備屬于戶外使用，容易受到自然環境的影響，比如受到雨水的浸泡、酸性氣體的作用等，就會使得體育設施和設備發生各種腐蝕、老化狀況，使得器械表面褪色或者發生龜裂，從而降低體育設備和設施的美觀程度和使用性能。所以為了延長體育設備和設施的使用壽命，需要使用耐老化性能較好的塑料和復合材料，更有利于提高體育設備和設施的使用時間和效果。尤其在跑道、各種場館地板等體育設施中，容易受到自然環境和人為因素的影響，更需要使用耐老化性能比較好的材料。

1.4 成型加工性好

成型加工性能屬于一個基本條件，如果成型加工性比較好，那么更有利于在體育設施和設備中進行使用。一般情況下，塑料的成型比較容易，但是復合材料的成型加工比較困難。隨著成型技術的快速發展，加工較為困難的復合材料也有了更好的成型方法，比如熱壓罐成型、壓制成型、拉拔成型、樹脂傳遞模塑成型、真空袋成型等方式。

2 塑料和復合材料體育制品品種

如今，隨著體育設施和設備的不斷發展，其品種數量不斷上升，并且隨之繼續發展，種類將會更多。目前大多數的體育設備和設施中會使用塑料和樹脂基復合材料，由于對體育制品性能要求比較高，所以采用樹脂基復合材料的體育設備和設施更加普遍。表1即為不同體育設備和設施中使用的塑料和復合材料和成型方法。另外，文章還描述了應用領域中賽艇結構、高爾夫球棒結構、壘球棒結構和滑雪板結構示意圖，分別如圖1～4所示。從表和圖中可以看出，在不同應用領域中，其中使用的主要材料類型比較多，但是在很多應用領域中都會使用塑料和復合材料，可見該材料能夠在體育設備和設施中發揮重要作用。

3 使用塑料品種和特性

本文將對幾種常用的塑料種類及其特性進行分析，具體分析如下所示。

3.1 不飽和聚酯

該材料簡稱UP，在使用過程中完成固化之后會變成一種不透明或者透明的固體，該材料的主要特性在于具有較好力學性能和穩定性，而且耐酸性能和柔韌性都比較好，但是該材料也有一定的缺點，就是其耐熱性能和耐光性能比較差，其相關性能參數如表2所示[6]?？梢詫⒉伙柡途埘ゲ牧蠎玫狡澩淼闹谱髦校疫€可以作為高爾夫球棒的制作材料。

3.2 環氧樹脂

環氧樹脂簡稱EP，是一種性能比較優異、應用比較廣泛的材料，該材料固化之后能夠具有比較好的穩定性、抗腐蝕性和力學性能等，如表2所示[7]。由于固化劑的不同，會使得環氧樹脂的性能發生變化，所以環氧樹脂材料的性能存在多樣性特點，所以該材料應用于不同領域中能夠根據該領域需要用的性能，使用合適的固化劑使得環氧樹脂具備該性能，于是該材料能夠發揮重要性和廣泛性作用。另外，該材料還可以結合纖維增強材料進行使用，從而具有很好的性能，能夠在體育撐桿中進行使用，比如弓箭、魚竿等設備和設施。

3.3 聚鄰苯二甲酸二烯丙脂

該材料簡稱PDAP，該材料的主要特點在于具有很好的黏結性能，該材料的主要性能如表2所示[8]。由于該材料的黏結性能好，所以可以和碳纖維和玻璃纖維等材料進行結合使用，于是可以得到性能非常好的復合材料，比如具有很好的耐疲勞性能、高強度和韌性等，所以能夠在體育設施和設備中發揮比較的好的應用效果。

4 選材實例

本文將通過分析三種體育設備和設施的材料選擇，分別為自行車、帆船和運動場和跑道地板，下面將對其進行詳細分析。

4.1 自行車

自行車上使用的塑料品種和對應的部件如表3所示。塑料和復合材料在自行車中進行使用可以分為兩個方向，第一個就是使用樹脂基復合材料代替自行車上的某些金屬材料，比如車架、車輪等部件的金屬，如此可以降低自行車的自身重量，如今使用樹脂基復合材料作為整個車架的制造材料能夠很大程度降低車身重量，使其具備更加優異的性能，提高了自行車的使用效果。第二個就是使用熱塑性塑料作為兒童自行車、輕便自行車的某些部件材料，使用塑料的成形方法使用注塑成型，這種方式更加適合于批量生產，所以能夠提高其生產效率。

4.2 帆板

圖5即為帆板的主要結構示意圖，其中主要由帆桅和帆體組成。塑料在帆板中進行使用主要有兩種不同類型的塑料，分別為熱固性和熱塑性，其中熱固性塑料有UP、PUR和EP三種，熱塑性塑料有PS、ASA、PC、ABS及其合金，還有PP和PE也都是熱塑性塑料。塑料應用到帆板中進行使用的成型方式比較多，可是使用吹塑模塑、熱成型、轉模塑和注射模塑等方法。表4中已經列舉了帆板不同部件中使用的材料和成型方法。

4.3 運動場和跑道地板

如今運動場和跑道在城市中愈發的普遍，公園、學校、體育館等都會設置跑道，傳統的跑道地板就是水泥地面，但是這種地面不利于運動者發揮較高的運動水平，而且還容易造成運動者受傷，所以隨著各種材料研發，塑膠地板和塑膠跑道逐漸被使用，因為該材料具有美觀、防滑、彈性好、減震效果好等優勢，不僅能夠降低運動員受傷頻率，還可以提高運動成績，所以塑膠跑道已經替代了傳統的水泥地面。圖6即為體育場館地板和塑膠跑道的結構示意圖，一共包含6層，第1層是沙石墊層，第2層為防潮層，第3層為混凝土面層，第4層為塑膠砂過渡層，第5層為塑膠層，第6層為面層，也就是塑膠彈性層，該層直接與運動者接觸，需要具有較好的美觀性、耐磨性能、力學性能等。表5即為面層材料的性能，面層使用的塑膠材料一般情況下是E/VAC乳液或者是丙烯酸乳液固化材料，這兩種材料都能夠具有比較好的使用效果，但是由于E/VAC乳液的吸濕性可以達到10%，屬于比較大的吸濕性，所以就會導致材料表明脫色，影響跑道美觀性，另外，該材料的耐光性能比較差，所以丙烯酸乳液固化材料與之相比具有更好的使用效果。

5 結語

綜上所述，文章對塑料和復合材料在體育設施和設備中的選用進行了分析，因為體育設施和設備的性能要求越來越高，所以在選擇材料問題需要嚴格進行控制，不同類型的塑料和復合材料之間的性能也會存在比較大的差異，所以為了提高體育設施和設備的使用效果，提高運動水平，需要選擇最為合適的材料和成型方式加工體育設施和設備。

參考文獻

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