高分子材料在足球運動中的應(yīng)用綜述

*成子茂

(西安市電子科技大學(xué)附屬中學(xué) 陜西 710065)

高分子材料在足球運動中的應(yīng)用綜述

*成子茂

(西安市電子科技大學(xué)附屬中學(xué) 陜西 710065)

高分子材料優(yōu)異的力學(xué)性能,使其應(yīng)用到足球運動中有許多優(yōu)勢.作者在大量閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,具體闡述了高分子材料在足球、場地、護(hù)具、球衣、球門網(wǎng)、球鞋等中的應(yīng)用,并提出了未來高分子材料對足球運動發(fā)展的幾點建議.

足球;高分子化合物;材料

1.前言

足球運動深受世界各國人民的喜愛,有quot;世界第一大球quot;之稱.足球運動的發(fā)展離不開高分子材料,由于高分子材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、韌性好、抗老化性能好、易于成型加工,使其在足球、場地、護(hù)具、球衣、球門網(wǎng)、球鞋中有著廣泛的應(yīng)用.

2.高分子材料與足球運動

(1)高分子材料簡介

高分子材料是以高分子化合物為主體的材料,根據(jù)其用途可分為結(jié)構(gòu)高分子和功能高分子材料,包括塑料,橡膠,纖維,粘合劑等.高分子有著鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和織態(tài)結(jié)構(gòu)(高次結(jié)構(gòu)),這些結(jié)構(gòu)都能夠影響高分子材料的力學(xué)性能.

(2)高分子材料應(yīng)用到足球運動中的優(yōu)勢

相比于金屬材料和無機(jī)非金屬材料,高分子材料在競技體育中有很多優(yōu)勢:高分子材料質(zhì)量輕,多數(shù)運動器械是靠人力來驅(qū)動,因此要求器械越輕越好.高分子材料的力學(xué)性能優(yōu)異,強(qiáng)度、韌性、彈性等力學(xué)性能是體育器材使用過程中所要考慮的重要方面.高分子材料具有良好的加工成型性能,可設(shè)計性強(qiáng),可根據(jù)選手本身的不同情況分別加以設(shè)計.綜上所述,高分子材料應(yīng)用到體育競技中有很多優(yōu)勢,特別是應(yīng)用到足球運動中.

3.高分子材料在足球運動中的應(yīng)用

在足球運動的各個方面,人們都用到了高分子材料,本文即分段闡述這些材料在足球運動中的應(yīng)用.

(1)高分子材料在足球中的應(yīng)用

數(shù)百年來制造足球的材料都是動物皮革,但是隨著合成皮革及其應(yīng)用領(lǐng)域的日益廣泛,人們逐漸開始采用合成皮革來制作足球.如今合成皮革生產(chǎn)技術(shù)不斷更新,其許多物理性能已經(jīng)接近,甚至有的已超過天然皮革,合成皮革在足球應(yīng)用領(lǐng)域也將大展宏圖.

足球主要利用了高分子材料的高彈性.高彈性是高分子材料最顯著的特征,形變值很大,外界條件不變,去除外力即可恢復(fù),這個特性也使得高分子材料十分適合做足球材料.

2002年韓日世界杯所用的足球quot;飛火流星quot;都用3mm厚的合成皮革制成,這種合成皮革主要由高固化聚氨酯、透明聚氨酯涂層和quot;微泡混合塑料quot;以及天然橡膠等10層有機(jī)材料結(jié)合而成.這種合成皮革由許多排列規(guī)則、密度極高的微型氣囊組成,有大小均勻、高彈性、抗沖擊力極好的特點.這些特點使足球具有超出一般材料的反彈性能,增強(qiáng)了足球的抗阻能力,從而變得更加精準(zhǔn).

2014年巴西世界杯賽推出了名叫quot;Brazucaquot;的足球,這款足球使用特殊塑料制成.其外表面由5層聚合物材料構(gòu)成,這些聚合物材料使足球具備較強(qiáng)的恢復(fù)能力,能夠在踢過后迅速恢復(fù)原來的形狀,也使足球更持久耐用、富有彈性.Brazuca的外表面在拼接時所采用的粘合劑是由水性聚氨酯分散體制成的.

(2)高分子材料在場地中的應(yīng)用

運動型人工草坪因其特別耐磨、可頻繁使用,被廣泛應(yīng)用于橄欖球、棒球、足球等運動場地.運動型人造草坪將人造纖維等高分子材料通過機(jī)械設(shè)備加工制造而成,具有耐磨、使用頻率高的優(yōu)點,可以很好地替代天然草坪.

國際上統(tǒng)一使用的人造草系統(tǒng)主要由人造草和填充膠粒材料兩部分組成.其中人造草有底布層、直立草、根部草和背膠四部分,由屬于熱塑性高分子材料的聚丙烯、聚乙烯,和作為熱固性高分子材料的羧基丁苯橡膠,以及常見的尼龍四種高分子材料組成.而填充膠粒材料,則是使用廢舊輪胎膠粒材料制成的.由于這些人造草不可回收利用,從而造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,并且消耗了不少資源.

目前已開發(fā)一種綠色環(huán)保型人造草皮,該新型草皮由草纖維、草底部和背膠三部分組成,在減輕環(huán)境污染的同時降低了回收成本.其中草底部采用聚酰亞胺和聚丙烯兩種熱塑性可回收材料,可和草纖維一同回收并再次利用.

(3)高分子材料在護(hù)具中的應(yīng)用

傳統(tǒng)使用的運動場周圍架設(shè)的柵欄用的是鋼管,金屬鏈或木板,它雖有攔護(hù)的功能,但卻增加了運動員受傷的可能性.在防護(hù)運動員肌體不受損傷方面,塑料與復(fù)合材料中的新型材料一直是運動護(hù)具的首選材料.如為了保護(hù)頭部和眼睛,足球守門員在練習(xí)時配戴的頭盔和護(hù)目罩分別由塑料、吸能泡沫和聚氨酯制作而成.而鞋跟或鞋墊使用的高彈泡沫則可以有效減輕足跟疼痛.目前一般用梅隆聚酸脂制做欄桿,防護(hù)網(wǎng)則使用聚脂纖維織物,這樣一來就可以保證運動員在猛烈沖撞中不受任何傷害.

(4)高分子材料在球衣中的應(yīng)用

足球衣通常采用緊附人體表面的彈性面料,同時極小的的廓型截面降低了阻力.如今緊身型運動服質(zhì)量的好壞越來越取決于面料的性能, 目前使用超細(xì)尼龍纖維和聚氨纖維的混合纖維可以使阻力降到最低.同時這款新型球服具有良好的貼身性能,讓運動員在比賽中更加敏捷.

耐克公司用聚酯超細(xì)纖維制造的足球服是以廢舊塑料瓶為原料制成的.這款足球服很好地優(yōu)化了球衣的性能,也降低了對環(huán)境的影響,實現(xiàn)了環(huán)保球衣的可持續(xù)性.此外,球衣的創(chuàng)新設(shè)計使足球服更加輕便,增強(qiáng)了其透氣性,使球員有更加清爽的體感.

(5)高分子材料在足球網(wǎng)中的應(yīng)用

19世紀(jì)末的足球賽球門后不掛球網(wǎng),射門的球一般又急又快,很難判斷是否進(jìn)了大門.直到1890年,英國足聯(lián)才正式批準(zhǔn)了球門掛網(wǎng),并沿用至今,而現(xiàn)代足球使用的球門網(wǎng)多用滌綸或尼龍線紡織而成,其強(qiáng)度較大.

滌綸是合成纖維中的一個重要品種,是我國聚酯纖維的商品名稱.它是以對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞ズ鸵叶紴樵辖?jīng)酯化或酯交換和縮聚反應(yīng)而制得的高聚物--聚對苯二甲酸乙二醇酯,經(jīng)紡絲和后處理制成的纖維.它具有強(qiáng)度高、彈性好、耐熱性、熱塑性好、耐磨性好、耐光性好的特點,其耐沖擊強(qiáng)度比錦綸高4倍,比粘膠纖維高20倍,具有較高的強(qiáng)度與彈性恢復(fù)能力.所以滌綸可以用來作為現(xiàn)代足球的球門網(wǎng).

(6)高分子材料在球鞋中的應(yīng)用

足球鞋的材料中鞋面材料通常使用人造纖維,鞋底材料可能是熱塑性聚氨酯(其廣泛應(yīng)用于各種球鞋,堅韌、耐磨、透明、造價低),可能是尼龍(質(zhì)輕、彈性強(qiáng)、但是韌性不足、非透明、造價高),也有可能是碳纖維(有輕質(zhì)、高彈的特點,但造價高,一般用于超頂級足球鞋).

若運動鞋的材料就同時使用吸能材料與彈性材料,并在整個鞋底選擇合適的部位使兩種材料互相配合,就能滿足運動員對減震性和穩(wěn)定性的需求.美國研究人員開發(fā)了一種介于中底外底之間的氣墊裝置.這種氣墊是一種夾入在密封囊的新式底材結(jié)構(gòu),里面的氣體不是普通的空氣,而是一種經(jīng)高壓注入的大分子結(jié)構(gòu)的氣體,裝有這種氣墊的底材經(jīng)踩踏蹬跳仍能自行恢復(fù)原狀,可以最大限度地吸收傷害性的沖擊力.

4.結(jié)語

綜上所述,高分子材料應(yīng)用在足球領(lǐng)域的各個方面都能讓足球運動員在比賽中更快、更強(qiáng)、更精準(zhǔn)、更優(yōu)雅,將自己的力量發(fā)揮到極限.對于未來高分子材料在足球運動中的應(yīng)用,本文提出了以下幾點建議

(1)球衣建議采用貼身性、排汗性更好的高分子材料.

(2)球鞋的外鞋面應(yīng)采用硬度更大的高分子材料,而其它部位應(yīng)增加排汗性和舒適度.

(3)足球方面應(yīng)采用氣密性更好、更具有高彈性,且更具抗阻能力的高分子材料.

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成子茂,男,西安市電子科技大學(xué)附屬中學(xué);研究方向:材料.

Summary of Application of Polymer Materials in Football

Cheng Zimao
(Affiliated High School of Xi' an Electronic Science and Technology University, Shanxi, 710065)

The excellent mechanical properties of polymer material make it many advantages in the application of football. On the basis of a large number of literatures' reading, the author elaborates the application of polymer materials in football, venue, gear, jersey, nets, tennis shoes and other fields, and put forward some suggestions on the role of future polymer materials in the development of football.

football;polymer compounds;materials

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