高分子材料在足球运动中的应用综述

*成子茂

(西安市电子科技大学附属中学 陕西 710065)

高分子材料在足球运动中的应用综述

*成子茂

(西安市电子科技大学附属中学 陕西 710065)

高分子材料优异的力学性能,使其应用到足球运动中有许多优势.作者在大量阅读文献的基础上,具体阐述了高分子材料在足球、场地、护具、球衣、球门网、球鞋等中的应用,并提出了未来高分子材料对足球运动发展的几点建议.

足球;高分子化合物;材料

1.前言

足球运动深受世界各国人民的喜爱,有quot;世界第一大球quot;之称.足球运动的发展离不开高分子材料,由于高分子材料质量轻、强度高、韧性好、抗老化性能好、易于成型加工,使其在足球、场地、护具、球衣、球门网、球鞋中有着广泛的应用.

2.高分子材料与足球运动

(1)高分子材料简介

高分子材料是以高分子化合物为主体的材料,根据其用途可分为结构高分子和功能高分子材料,包括塑料,橡胶,纤维,粘合剂等.高分子有着链结构、聚集态结构和织态结构(高次结构),这些结构都能够影响高分子材料的力学性能.

(2)高分子材料应用到足球运动中的优势

相比于金属材料和无机非金属材料,高分子材料在竞技体育中有很多优势:高分子材料质量轻,多数运动器械是靠人力来驱动,因此要求器械越轻越好.高分子材料的力学性能优异,强度、韧性、弹性等力学性能是体育器材使用过程中所要考虑的重要方面.高分子材料具有良好的加工成型性能,可设计性强,可根据选手本身的不同情况分别加以设计.综上所述,高分子材料应用到体育竞技中有很多优势,特别是应用到足球运动中.

3.高分子材料在足球运动中的应用

在足球运动的各个方面,人们都用到了高分子材料,本文即分段阐述这些材料在足球运动中的应用.

(1)高分子材料在足球中的应用

数百年来制造足球的材料都是动物皮革,但是随着合成皮革及其应用领域的日益广泛,人们逐渐开始采用合成皮革来制作足球.如今合成皮革生产技术不断更新,其许多物理性能已经接近,甚至有的已超过天然皮革,合成皮革在足球应用领域也将大展宏图.

足球主要利用了高分子材料的高弹性.高弹性是高分子材料最显著的特征,形变值很大,外界条件不变,去除外力即可恢复,这个特性也使得高分子材料十分适合做足球材料.

2002年韩日世界杯所用的足球quot;飞火流星quot;都用3mm厚的合成皮革制成,这种合成皮革主要由高固化聚氨酯、透明聚氨酯涂层和quot;微泡混合塑料quot;以及天然橡胶等10层有机材料结合而成.这种合成皮革由许多排列规则、密度极高的微型气囊组成,有大小均匀、高弹性、抗冲击力极好的特点.这些特点使足球具有超出一般材料的反弹性能,增强了足球的抗阻能力,从而变得更加精准.

2014年巴西世界杯赛推出了名叫quot;Brazucaquot;的足球,这款足球使用特殊塑料制成.其外表面由5层聚合物材料构成,这些聚合物材料使足球具备较强的恢复能力,能够在踢过后迅速恢复原来的形状,也使足球更持久耐用、富有弹性.Brazuca的外表面在拼接时所采用的粘合剂是由水性聚氨酯分散体制成的.

(2)高分子材料在场地中的应用

运动型人工草坪因其特别耐磨、可频繁使用,被广泛应用于橄榄球、棒球、足球等运动场地.运动型人造草坪将人造纤维等高分子材料通过机械设备加工制造而成,具有耐磨、使用频率高的优点,可以很好地替代天然草坪.

国际上统一使用的人造草系统主要由人造草和填充胶粒材料两部分组成.其中人造草有底布层、直立草、根部草和背胶四部分,由属于热塑性高分子材料的聚丙烯、聚乙烯,和作为热固性高分子材料的羧基丁苯橡胶,以及常见的尼龙四种高分子材料组成.而填充胶粒材料,则是使用废旧轮胎胶粒材料制成的.由于这些人造草不可回收利用,从而造成了严重的环境污染,并且消耗了不少资源.

目前已开发一种绿色环保型人造草皮,该新型草皮由草纤维、草底部和背胶三部分组成,在减轻环境污染的同时降低了回收成本.其中草底部采用聚酰亚胺和聚丙烯两种热塑性可回收材料,可和草纤维一同回收并再次利用.

(3)高分子材料在护具中的应用

传统使用的运动场周围架设的栅栏用的是钢管,金属链或木板,它虽有拦护的功能,但却增加了运动员受伤的可能性.在防护运动员肌体不受损伤方面,塑料与复合材料中的新型材料一直是运动护具的首选材料.如为了保护头部和眼睛,足球守门员在练习时配戴的头盔和护目罩分别由塑料、吸能泡沫和聚氨酯制作而成.而鞋跟或鞋垫使用的高弹泡沫则可以有效减轻足跟疼痛.目前一般用梅隆聚酸脂制做栏杆,防护网则使用聚脂纤维织物,这样一来就可以保证运动员在猛烈冲撞中不受任何伤害.

(4)高分子材料在球衣中的应用

足球衣通常采用紧附人体表面的弹性面料,同时极小的的廓型截面降低了阻力.如今紧身型运动服质量的好坏越来越取决于面料的性能, 目前使用超细尼龙纤维和聚氨纤维的混合纤维可以使阻力降到最低.同时这款新型球服具有良好的贴身性能,让运动员在比赛中更加敏捷.

耐克公司用聚酯超细纤维制造的足球服是以废旧塑料瓶为原料制成的.这款足球服很好地优化了球衣的性能,也降低了对环境的影响,实现了环保球衣的可持续性.此外,球衣的创新设计使足球服更加轻便,增强了其透气性,使球员有更加清爽的体感.

(5)高分子材料在足球网中的应用

19世纪末的足球赛球门后不挂球网,射门的球一般又急又快,很难判断是否进了大门.直到1890年,英国足联才正式批准了球门挂网,并沿用至今,而现代足球使用的球门网多用涤纶或尼龙线纺织而成,其强度较大.

涤纶是合成纤维中的一个重要品种,是我国聚酯纤维的商品名称.它是以对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的高聚物--聚对苯二甲酸乙二醇酯,经纺丝和后处理制成的纤维.它具有强度高、弹性好、耐热性、热塑性好、耐磨性好、耐光性好的特点,其耐冲击强度比锦纶高4倍,比粘胶纤维高20倍,具有较高的强度与弹性恢复能力.所以涤纶可以用来作为现代足球的球门网.

(6)高分子材料在球鞋中的应用

足球鞋的材料中鞋面材料通常使用人造纤维,鞋底材料可能是热塑性聚氨酯(其广泛应用于各种球鞋,坚韧、耐磨、透明、造价低),可能是尼龙(质轻、弹性强、但是韧性不足、非透明、造价高),也有可能是碳纤维(有轻质、高弹的特点,但造价高,一般用于超顶级足球鞋).

若运动鞋的材料就同时使用吸能材料与弹性材料,并在整个鞋底选择合适的部位使两种材料互相配合,就能满足运动员对减震性和稳定性的需求.美国研究人员开发了一种介于中底外底之间的气垫装置.这种气垫是一种夹入在密封囊的新式底材结构,里面的气体不是普通的空气,而是一种经高压注入的大分子结构的气体,装有这种气垫的底材经踩踏蹬跳仍能自行恢复原状,可以最大限度地吸收伤害性的冲击力.

4.结语

综上所述,高分子材料应用在足球领域的各个方面都能让足球运动员在比赛中更快、更强、更精准、更优雅,将自己的力量发挥到极限.对于未来高分子材料在足球运动中的应用,本文提出了以下几点建议

(1)球衣建议采用贴身性、排汗性更好的高分子材料.

(2)球鞋的外鞋面应采用硬度更大的高分子材料,而其它部位应增加排汗性和舒适度.

(3)足球方面应采用气密性更好、更具有高弹性,且更具抗阻能力的高分子材料.

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成子茂,男,西安市电子科技大学附属中学;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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