新材料對(duì)運(yùn)動(dòng)競(jìng)技水平的提升及其在體育裝備產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展研究

王宏

摘要：隨著現(xiàn)代材料科學(xué)的飛速發(fā)展，使用新材料加工而成的體育裝備已經(jīng)逐漸成為保護(hù)運(yùn)動(dòng)人員人身安全、提升裝備使用人員運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)以及提高職業(yè)運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技成績(jī)的重要推動(dòng)力。文章基于新材料對(duì)運(yùn)動(dòng)競(jìng)技水平的提升以及新材料在當(dāng)前體育裝備產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了綜合論述。文章首先對(duì)新材料技術(shù)在競(jìng)技體育中的應(yīng)用以及2012年至今我國(guó)體育產(chǎn)業(yè)增加值與增速進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以表明體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)新材料的需求與要求的提高;其次對(duì)新材料體育裝備在體育競(jìng)技過(guò)程中對(duì)競(jìng)技水平的提升進(jìn)行了分析，以羽毛球、冰球、田徑裝備等為例進(jìn)行了詳細(xì)解讀，以證明體育產(chǎn)業(yè)及競(jìng)技體育對(duì)新材料的依賴(lài)性;最后對(duì)化工新材料在體育裝備產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展及瓶頸等進(jìn)行了預(yù)測(cè)與分析。

關(guān)鍵詞：新材料;體育;競(jìng)技;性能提升;體育裝備產(chǎn)業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：T0050.4⁺3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—5922（2021）01—0146—05

0引言

隨著現(xiàn)代體育的發(fā)展以及全球經(jīng)濟(jì)水平的普遍提升，體育產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸成為國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)體系中的支柱產(chǎn)業(yè)。體育產(chǎn)業(yè)覆蓋范圍極廣，從體育競(jìng)技賽事、體育教育到體育裝備生產(chǎn)、體育用材料制備等，基本覆蓋了現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系中第一至第三產(chǎn)業(yè)。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，2019年美國(guó)體育產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)到4600億美元，約占總產(chǎn)值的6%;2019年我國(guó)體育產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值由2017年的接近2萬(wàn)億元人民幣增長(zhǎng)到近2.6萬(wàn)億元人民幣，其中體育裝備業(yè)的貢獻(xiàn)率超過(guò)60%?？梢?jiàn)，對(duì)于新材料在體育裝備產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，已經(jīng)具備了較為扎實(shí)的市場(chǎng)基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)體育裝備所使用的材料進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到提升競(jìng)技成績(jī)、保護(hù)運(yùn)動(dòng)員人身安全等目的由來(lái)已久。最典型的例子如鯊魚(yú)皮泳衣、碳纖維球拍、非牛頓流體護(hù)具等，均是利用高科技、新材料從而達(dá)到提升運(yùn)動(dòng)競(jìng)技水平、降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量消耗或更好地為運(yùn)動(dòng)員提供安全防護(hù)等目的。自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，高科技新材料在體育裝備產(chǎn)業(yè)，尤其高端體育裝備生產(chǎn)和制備過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由此帶動(dòng)了一大批體育運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者以及職業(yè)運(yùn)動(dòng)員采用新材料體育裝備代替了傳統(tǒng)的體育運(yùn)動(dòng)裝備。新材料的出現(xiàn)，大大提升了體育裝備的專(zhuān)業(yè)性，人們對(duì)新材料體育裝備的認(rèn)可程度越來(lái)越高。

1概述

1.1新材料技術(shù)對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展的作用

1.1.1直接應(yīng)用

在專(zhuān)業(yè)體育運(yùn)動(dòng)員的日常用品及運(yùn)動(dòng)器材的生產(chǎn)制造中可將新材料技術(shù)直接與其融合。目前現(xiàn)有的非金屬纖維（Nonmetallie fiber）、碳纖維（Carbon Fi.ber）、硼纖維（Boron fiber）、新陶瓷材料（New ce.ramie Material）等科技新材料都已加人體育用品的生產(chǎn)制造中。如在運(yùn)動(dòng)器械中的使用：自行車(chē)、跳高桿、球桿、羽毛球拍、等。

1.1.2間接應(yīng)用

新型科技材料在體育場(chǎng)及體育設(shè)備中的應(yīng)用也間接性的推動(dòng)了體育運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。如游泳池消毒設(shè)備，對(duì)水質(zhì)監(jiān)控有一定的需求，在與新型科技材料融合后，能夠大幅度提升其性能和質(zhì)量，同時(shí)也提高了運(yùn)動(dòng)員在使用時(shí)的安全系數(shù)。促進(jìn)了運(yùn)動(dòng)員潛力的發(fā)揮，并增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員的自我認(rèn)同感，最終取得更好的運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

1.2新材料技術(shù)在當(dāng)代體育裝備產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景

在1990年成功舉辦北京亞運(yùn)會(huì)后，我國(guó)的體育產(chǎn)業(yè)隨之蓬勃發(fā)展。為促進(jìn)國(guó)民的體育消費(fèi)，國(guó)務(wù)院于2014年印發(fā)了《關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進(jìn)體育消費(fèi)的若干意見(jiàn)》，使我國(guó)體育行業(yè)由舉國(guó)體制逐步轉(zhuǎn)向全民健身，進(jìn)一步拓展了體育市場(chǎng)化規(guī)模。2015年，我國(guó)成功申辦2022年冬奧會(huì)時(shí)承諾將會(huì)實(shí)現(xiàn)“3億人上冰雪”。隨即，在2016年國(guó)家體育總局、教育部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)聯(lián)合印發(fā)了《冰雪運(yùn)動(dòng)發(fā)展規(guī)劃（2016-2025年）》，旨在重點(diǎn)推動(dòng)冬季運(yùn)動(dòng)大眾化，進(jìn)一步促使我國(guó)體育產(chǎn)業(yè)的消費(fèi)升級(jí)。2018-2022年我國(guó)體育產(chǎn)業(yè)增加值與增速預(yù)測(cè)詳如圖1所示。

2新材料體育裝備在體育競(jìng)技過(guò)程中對(duì)競(jìng)技水平的提升

化學(xué)新材料幫助體育裝備的性能大幅度提高，著重將材料多功能化、材質(zhì)輕薄化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，使運(yùn)動(dòng)裝備的實(shí)際應(yīng)用更貼切運(yùn)動(dòng)員的需要。下文將結(jié)合典型案例來(lái)分析化學(xué)新材料應(yīng)用的重要性。

2.1羽毛球拍及球線(xiàn)

羽毛球拍經(jīng)過(guò)四個(gè)時(shí)期的發(fā)展變化（木質(zhì)拍、金屬拍、鈦合金拍、碳材料拍），現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用較多的主要為鈦合金拍和碳材料拍（后文簡(jiǎn)稱(chēng)為碳拍）。碳拍的整體結(jié)構(gòu)為中空結(jié)構(gòu)，其外框架主要應(yīng)用的材料為樹(shù)脂基增強(qiáng)碳纖維、多層石墨烯增強(qiáng)樹(shù)脂等復(fù)合型材料，碳纖維為T(mén)200至T300級(jí)?？蚣軆?nèi)主要使用發(fā)泡聚烯烴材料進(jìn)行填充，進(jìn)一步增強(qiáng)球拍整體框架的韌性及彈性。碳拍的拍柄和拍桿與框架使用的化學(xué)新材料較為相似，手膠部分使用了大量的聚氨酯彈性體（Polyurethane elastomer），進(jìn)一步增強(qiáng)碳拍使用過(guò)程中的舒適度與摩擦力?；瘜W(xué)新材料實(shí)現(xiàn)羽毛球拍的輕質(zhì)化。碳拍中應(yīng)用的化工新材料如圖2所示。

羽毛球拍中球線(xiàn)從最原始的羊腸線(xiàn)發(fā)展到尼龍纖維線(xiàn)和復(fù)合絲線(xiàn)，綁線(xiàn)的磅數(shù)也從原始階段的89N左右升至約124.6N以上。這就使得對(duì)球拍穿線(xiàn)孔的要求逐步提升，聚氨酯樹(shù)脂（Polyurethane）、聚酯樹(shù)脂（polyester resin）已成為穿線(xiàn)孔的主要化工新材料，提高了穿線(xiàn)孔的回彈性能，并在擊球時(shí)削弱球線(xiàn)和穿線(xiàn)孔之間力的相互作用，能夠提高球線(xiàn)的使用壽命，減少球線(xiàn)磨損度。羽毛球拍質(zhì)及性能改善過(guò)程詳如表1所示。

根據(jù)上文對(duì)羽毛球拍4個(gè)階段的研究對(duì)比，對(duì)其耐用度、舒適度、擊球速度等性能進(jìn)行了分析對(duì)比（如圖3所示）。碳拍因制造過(guò)程中加入了大量的化工新材料，所以在彈性、舒適性等方面均占有優(yōu)勢(shì)，但在耐用度方面還是不及金屬拍和木拍，原因在于碳拍框架所使用的復(fù)合材料抗撞擊性能略低于鈦合金和竹質(zhì)材料，在受到較強(qiáng)力的作用時(shí)極易斷裂。

我國(guó)因人口眾多，以及國(guó)家政策的扶持，一躍成為世界最大的羽毛球拍消費(fèi)國(guó)，且生產(chǎn)量穩(wěn)步上升。2019年，我國(guó)累計(jì)消耗碳纖維約500t，環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)碳纖維約900t。隨著全民健身的理念逐漸深人人心，我國(guó)羽毛球拍的銷(xiāo)量依舊會(huì)持續(xù)性增長(zhǎng)，同步帶動(dòng)碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)的不斷擴(kuò)充。

2.2冰球運(yùn)動(dòng)裝備

化工新材料在冰雪極限運(yùn)動(dòng)裝備中也常常得以體現(xiàn)與應(yīng)用。以冰球裝備為例：冰球運(yùn)動(dòng)員在賽事前，進(jìn)行的多為身體多抗的體能訓(xùn)練，所以對(duì)各類(lèi)裝備具有的抗沖擊性能要求較高，且裝備也應(yīng)同時(shí)具備良好的緩沖性能及柔韌性。像護(hù)肘、護(hù)肩、護(hù)膝等主要都是由發(fā)泡聚烯烴制造而成，且外層包有聚氨酯和PTT纖維，達(dá)成了對(duì)韌性和緩沖性的兩大需求。護(hù)目鏡則選用有機(jī)玻璃制成，充分體現(xiàn)了高透明度且不易結(jié)霧的特點(diǎn)。冰球桿由1層化工材料制成，由內(nèi)向外來(lái)說(shuō)：第2層的環(huán)氧復(fù)合發(fā)泡材料，削弱了球桿與球撞擊時(shí)的震動(dòng)。第2層是低密度聚酰亞胺材料，這種化工新材料有助于提高球桿與桿頭的柔韌性。第3層是碳纖維層，主要用來(lái)增強(qiáng)球桿的彈性。第4層則用碳纖維樹(shù)脂，作為整體球桿的外殼。

2.3田徑運(yùn)動(dòng)裝備

田徑賽事中所應(yīng)用的裝備也與化工新材料糅合多年。以標(biāo)槍和撐桿跳高為例，在與化工新材料結(jié)合后，賽事成績(jī)大幅度提升。標(biāo)槍制造所使用的原料在經(jīng)歷木、竹、鋁合金、聚氯乙烯后也進(jìn)人了碳材料階段，由此種復(fù)合型材料生產(chǎn)出的標(biāo)槍具有良好的重心穩(wěn)定性，使同一批次生產(chǎn)出的標(biāo)槍重心極少發(fā)生偏移，從而提高標(biāo)槍的飛行性能。撐桿跳賽事用桿由竹竿、木桿逐步發(fā)展為玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料桿，此化工新材料提升了桿的彈性，隨后帶動(dòng)了運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作的不斷演變，催生出更加優(yōu)異的成績(jī)。標(biāo)槍和撐桿跳高的男子世界紀(jì)錄變化如圖4所示。

2017年我國(guó)各類(lèi)化工新材料的用量為4000t左右，基本可以實(shí)現(xiàn)材料自給自足，大多都用于田徑裝備，如各類(lèi)跑鞋、跳鞋等。近些年來(lái)，我國(guó)各類(lèi)體育項(xiàng)舉行頻繁，其中田徑類(lèi)更是備受喜愛(ài)，在2017年我國(guó)舉辦了各類(lèi)馬拉松賽事近1200場(chǎng)次，這很大程度上刺激了消費(fèi)，促進(jìn)了運(yùn)動(dòng)鞋、運(yùn)動(dòng)服等上的消費(fèi)。將來(lái)，人們的消費(fèi)水平不斷提高，高端運(yùn)動(dòng)品牌的消費(fèi)將會(huì)增長(zhǎng)，這將會(huì)對(duì)化工新材料的需求帶來(lái)增加。

3新材料在體育裝備產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展預(yù)測(cè)與瓶頸分析

3.1發(fā)展預(yù)測(cè)

全球范圍內(nèi)，各種化工新材料已經(jīng)慢慢被應(yīng)用于各類(lèi)體育設(shè)備當(dāng)中，而其應(yīng)用也已經(jīng)經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展歷程，已經(jīng)形成了獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)體系。當(dāng)前，在我國(guó)化工新材料的生產(chǎn)應(yīng)用也在逐步提升;2017年在體育領(lǐng)域，我國(guó)共消費(fèi)各類(lèi)化工新材料130t左右，其中包含服裝和鞋類(lèi)，不包含場(chǎng)館建設(shè)類(lèi);在化工新材料的消費(fèi)中，體育裝備正在凸顯其重要地位。

在體育裝備中，化工新材料最早被應(yīng)用于競(jìng)技體育中，因?yàn)榛ば虏牧闲枰哂懈郊又蹈叩奶攸c(diǎn)才能應(yīng)用于體育裝備的制造。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)也越來(lái)越成熟，再加上裝備的價(jià)格也有所下降，化工新材料就慢慢應(yīng)用于大眾體育裝備中?；ば虏牧显隗w育裝備中的應(yīng)用可以劃分為如圖5所示金字塔圖，大眾體育中普及的化工新材料是位于金字塔最底層的，處于在大眾體育裝備中推廣的是位于金字塔中間部分的。因?yàn)閮r(jià)格原因，距離大眾體育比較遠(yuǎn)的是位于金字塔頂端的，這些材料只用于高端體育設(shè)備中，是普通大眾所消費(fèi)不起的。在將來(lái)，在體育裝備中化工新材料的應(yīng)用會(huì)逐漸發(fā)生變化，位于金字塔頂端的部分材料可能會(huì)下沉到中間，而位于金字塔中間的可能會(huì)移動(dòng)到低端，會(huì)逐漸呈下沉趨勢(shì)。由此判斷，金字塔中間層的材料具有較好的成長(zhǎng)空間，位于金字塔頂端的化工新材料段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有較好的發(fā)展空間，短期內(nèi)成長(zhǎng)性不凸顯。

當(dāng)前，我國(guó)體育裝備生產(chǎn)中已經(jīng)運(yùn)用了大量的金字塔底部的化工新材料，中層的一些化工新材料目前位于推廣階段，我國(guó)目前對(duì)于金字塔頂端的化工新材料處于產(chǎn)能很少甚至不能生產(chǎn)的階段;金字塔頂端的高端化工新材料基本靠進(jìn)口，但是也只是集中用于國(guó)防、軍事這些重大領(lǐng)域，體育生產(chǎn)裝備幾乎沒(méi)有應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展，我國(guó)的化工新材料生產(chǎn)和使用性能也在逐步提升高，慢慢的在我國(guó)國(guó)產(chǎn)體育裝備中也會(huì)逐漸應(yīng)用到金字塔頂端的化工新材料。將來(lái)，預(yù)計(jì)化工新材料將會(huì)在我國(guó)的體育生產(chǎn)裝備中有巨大的成長(zhǎng);預(yù)計(jì)到2025年，PE、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等已經(jīng)可以成熟運(yùn)用了，而且在體育生產(chǎn)裝備中也將會(huì)逐步應(yīng)用到金字塔頂端的化工新材料，還可以進(jìn)一步優(yōu)化材料的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)新材料的消費(fèi)增長(zhǎng)。

3.2發(fā)展瓶頸

因?yàn)槲覈?guó)的體育裝備業(yè)起步比較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較我國(guó)體育裝備中應(yīng)用化工新材料比較滯后，因此應(yīng)用和推廣化工新材料在體育生產(chǎn)裝備中依然比較困難，主要體現(xiàn)在一下機(jī)構(gòu)方面。

首先，我國(guó)銷(xiāo)售的體育裝備中國(guó)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)量低，進(jìn)口產(chǎn)品產(chǎn)量大，這就導(dǎo)致化工新材料的使用受到一定程度的影響。如：在我國(guó)暢銷(xiāo)的十大羽毛球拍中，我國(guó)自主品牌僅占有兩家，其銷(xiāo)售額更是少的可冷;在冰雪運(yùn)動(dòng)裝備中，也只有冰鞋、滑雪板和頭盔自主化比較高，其他的還是依賴(lài)于進(jìn)口。形成這種局面的原因主要有兩個(gè)，一是當(dāng)前我國(guó)還提供不了金字塔頂端的材料用于高端運(yùn)動(dòng)裝備生產(chǎn)中，二是我國(guó)的消費(fèi)者更偏愛(ài)進(jìn)口產(chǎn)品。因?yàn)槲覈?guó)生產(chǎn)化工新材料的能力有限，導(dǎo)致在體育裝備應(yīng)用中發(fā)展緩慢，進(jìn)而也導(dǎo)致了消費(fèi)不高、化工新材料和體育裝備業(yè)之間的關(guān)系發(fā)展緩慢。

其次，消費(fèi)結(jié)構(gòu)受產(chǎn)品價(jià)格的影響嚴(yán)重。而體育裝備的價(jià)格受化工新材料的影響，所以這就導(dǎo)致大眾體育消費(fèi)比較低，而應(yīng)用化工新材料比較多的高端運(yùn)動(dòng)裝備消費(fèi)低。如表2所示，2019年，我國(guó)體育裝備的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，鞋服占到65.7%，球拍等外置裝備僅占到22.6%，所以在應(yīng)用化工新材的服裝和鞋子中大多是大眾產(chǎn)品，在高端產(chǎn)品中也只是在外置裝備和職能裝備中應(yīng)用化工新材料;我國(guó)目前消費(fèi)結(jié)構(gòu)總體偏低，高端產(chǎn)品的消費(fèi)更是比較低，就這更不利于化工新材料在體育裝備上的應(yīng)用和推廣。

最后，目前我國(guó)化工新材料在體育裝備中應(yīng)用困難的另一個(gè)因素是科技實(shí)力欠缺。目前存在的問(wèn)題是：技術(shù)種類(lèi)不豐富、生產(chǎn)技術(shù)落后等。所以一些裝備材料依然需要從國(guó)外進(jìn)口，目前自給自足還是一個(gè)問(wèn)題。還有，我國(guó)沒(méi)有形成化工材料在體育裝備應(yīng)用中的有效體系，研發(fā)和應(yīng)用沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一體化，企業(yè)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的生產(chǎn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，還的將材料交給研究院和高等院校，有可能研發(fā)的材料和應(yīng)用不太相符，應(yīng)用上就會(huì)存在困難。所以，我們需要從應(yīng)用出發(fā)去生產(chǎn)材料，要建設(shè)研發(fā)和應(yīng)用一體化體系。

從上述問(wèn)題可以得出：目前我國(guó)還沒(méi)有形成一種直供模式，就企業(yè)化工材料的生產(chǎn)和體育裝備的生產(chǎn)。但是在發(fā)達(dá)國(guó)家，這種模式已經(jīng)比較常見(jiàn)了化工企業(yè)和體育專(zhuān)業(yè)企業(yè)已經(jīng)具有比較成熟的供應(yīng)模式。不僅是這種供應(yīng)關(guān)系，這種體系也慢慢形成了。這種模式受市場(chǎng)影響比較小，比如：在一些其次行業(yè)，生產(chǎn)廠將汽車(chē)和賽車(chē)業(yè)務(wù)分開(kāi)獨(dú)立（BMW、雷諾）。我國(guó)的化工新材料想要自給自足，也需要去建立這種供應(yīng)模式，這更有利于化工新材料的研發(fā)和推廣。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章通過(guò)對(duì)新材料在體育裝備產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用歷程進(jìn)行分析，得到了新材料對(duì)運(yùn)動(dòng)競(jìng)技水平、體育裝備性能等的影響結(jié)果。此外，本文通過(guò)對(duì)新材料在體育裝備產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展預(yù)測(cè)與瓶頸分析，認(rèn)為未來(lái)我國(guó)體育產(chǎn)業(yè)新材料的應(yīng)用將會(huì)在服役性差等問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，從而在提升我國(guó)新材料體育裝備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，進(jìn)一步提高我國(guó)運(yùn)動(dòng)員的綜合競(jìng)技水平。