少儿体育用品材料应用研究

洪 艳，胡万祥，文才新，胡 好

(安徽工程大学体育学院，安徽芜湖 241000)

随着科学技术的高速发展和生活水平的提高，人们对体育锻炼和相应运动器材的要求也愈来愈高。现代科技的发展推动着竞技体育活动进步的同时，也为全民体育锻炼提供了合适的运动器材及装备。持续增长的体育产业及体育用品需求，为我国未来运动装备行业中新颖功能材料的研发与应用孕育了巨大空间。随着我国素质教育的强化和计划生育二胎政策的开放，作为国家未来发展主力的少年儿童的体育锻炼越来越受关注。

体育运动装备设计选材时，不仅需要考虑材料本身的功能性，还要考察所用材料的生物安全性和对活动人员的肢体保护。2005年1月,教育部副部长杨贵仁在《体育教学》100期庆典讲话中指出：中小学体育器材、场地及安全标准的实施对学校教育是件大事。我们的中小学一直沿用成人器材，使孩子们不能获得真正的锻炼和身心愉悦[1]。不可否认，当前少儿体育活动及其用品方面还不尽如人意，尤其是运动器材和装备市场“成人化”偏向严重。鉴于此，本文结合体育活动的设计、体验、特点，针对体育用品材料的功能需求，阐述少儿体育活动用品的特异性设计和材料选择的功能性、安全性。

1 体育用品的常用材料及特性

体育运动由自然、简易的器材和活动场所逐步发展至标准化、规范化、现代化材料制作的用品及构筑的场地,既是体育运动科学化的结果，也是材料科学发展的结果。体育用品的生产制造依赖材料科学、人体工程学和机械原理等相关理论知识，不仅能够提高竞技运动成绩,也可使器材本身使用更舒适[2]。伴随材料科技的发展，一系列功能性高分子橡塑及纤维制作的体育用品相继问世。高分子材料因拥有质轻、力学性能优异、可设计性强、加工成型性能良好、种类丰富且可回收等优点，在体育用品领域获得了广泛的应用，并成为该产业发展的主流。

1.1 通用树脂与纤维材料

新型高分子及其复合材料的研究和材料成型产业的成熟，诱使材料科学与体育学无限交叉，进而发展出体育材料学。在实际生产中，尼龙(PA)、涤纶(PET)及腈纶(PAN)与棉或羊毛混纺织成具有保暖、透气和防风功能的运动服；富有弹力且贴身合体的氨纶纤维(PU)被用于泳衣、球衣及护腕、护膝中；运动袜制作中除了使用具有较强韧性和弹性的尼龙、腈纶和棉料外，还使用聚酯纤维(PET)[3]。为满足运动鞋的质轻、吸震、有弹性等需求，材料方面由聚氯乙烯(PVC)和二烯烃类橡胶逐渐转向热塑性聚氨酯(TPU)和乙烯-醋酸乙烯(EVA)共聚泡沫。

1.2 工程聚合物材料

在运动器材领域，通常以聚酯制作乒乓球，以牛皮、聚氨酯和聚氯乙烯合成皮用作篮球、足球材料；具有高强、高模的碳纤维与凯夫拉纤维的增强复合材料赋予了乒乓球拍及网球拍优异的力学性能；热塑性的聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)等树脂复合可以直接注塑成型，制造轻便型儿童自行车；聚氨酯橡胶成就了不打滑的塑胶跑道，而聚氯乙烯、聚丙烯和尼龙铺成了“四季常青”的人工草坪[4]。此外，现代化体育器材还用到了芳香族聚酰胺纤维、超高模量聚乙烯纤维、混纺纤维、不饱和聚酯树脂和环氧树脂等高性能高分子材料。

1.3 聚合物材料的缺点

尽管高分子及其复合材料制造的体育用品体现了上述优秀功能，但并不是说这些新兴材料没有缺陷。聚氯乙烯在工业生产中因单体转化不完全而导致产品内包含致癌的氯乙烯单体，其制品在长期使用时会造成人体伤害。工业级聚氨酯中含有令皮肤过敏和呼吸道产生炎症的异氰酸酯分子。使用性能方面，丙纶的染色性差,不耐热且易老化,力学性能弱；腈纶纤维的回弹性及卷曲能力有限；PET纺成纤维表现出严重的静电现象和较差的染色性；卡夫拉纤维耐老化性能较差；聚碳酸酯不耐应力,不耐溶剂,制作器件加工较难。

2 少儿体育活动类型及特点

适当参与体育活动，可使少儿获得悲观意识的转移和情绪的宣泄，并且提升人际交往能力[5]。所以，业余体育活动逐渐成为少儿缓解生活及学习压力的一种调节方式。

2.1 少儿体育活动的类型

基于少儿身心发展的需求，可以将少儿体育分为趣味运动和体育游戏两大类。少儿趣味运动是为少年儿童心理健康、生理健康而设计的具有针对性、趣味性及娱乐性的活动总称。由内容上看，少儿趣味运动的组织形式活跃、内容丰富，包括跑、跳、投掷、游泳、舞蹈及球类等活动。不同年龄层次及性别的少儿因身体素质水平、生理结构特征、敏感期行为和自身性格的差异，对趣味运动项目的兴趣性选择也不同，但均能满足他们的身体素质能力和心理健康发展需求。体育游戏建立在体育运动基础上，是各种体育运动形式的综合，其中跑、跳、投为最基本的技能。体育游戏是根据全面健身需求和学校素质教育需求而开展的有针对性的教育，通过创设具有教育意义的故事背景和比赛内容，展开趣味性体育游戏活动[6]。

2.2 少儿体育活动的特点

首先，少儿的神经控制系统不成熟，要求体育活动生动、有趣，避免单调及静止性活动。不做过分精密、较高难度的动作，以游戏和模仿等突出基本技能的活动为主。其次，考虑少儿心血管及呼吸系统的发育情况，以短时间速度型练习活动为主。少儿运动中，需要养成动作与呼吸的有效配合,尽量避免闭气。第三，活动项目必须根据每个少儿的自身状况进行选择。第四，运动时要注意正确的姿势,避免作某一肢体长时间负荷较大的动作，以保障器官健康发育[7]。

3 运动装备及器材对少儿体育的意义

少儿体育运动装备和器材涉及运动服、运动鞋、运动护具、球类、平衡木、滑梯、吊环、双杠和跳绳等产品。品种丰富、功能合理的运动产品不仅可以促进少儿体育活动和教学的发展，还能提高少儿的身心素质，更重要的是有利于提升我国人口素质。少儿进行体育锻炼的目的在于促进身高增长、增强体质、塑造形体，并提高智力和心理素质，这要求运动装备及器材在选材和功能方面满足生物安全、构造合理、负荷适宜等要求。国内该类产品绝大部分来自中小型企业，除了设计上模仿国外成型产品或成年人用品，还存在种类较少、安全性低、环境受限、产品材质差和针对性不足等缺陷[8]。

基于少儿生理发展和体育活动的特点，少儿体育用品与器材的设计与生产必须体现出针对性、娱乐性、多用性、科学性和安全性等特性[9]。适宜的器材、装备可以培养少儿对体育活动的爱好，养成锻炼身体的习惯。娱乐及多用途体育用品将满足少儿的探索兴趣，让其体验到运动的快乐。科学安全性保证了参加体育活动的少儿器官系统发育不受影响和伤害，促进其身体良好生长。

4 少儿体育装备及器材的材料选择

与成人对体育用品的需求不同，少儿体育活动要求装备及器材更舒适、更安全、更健康、更科学。少儿体育运动装备及器材在制作和材料选择上应遵循以下原则，以规避可能存在的伤害,促进少儿健康成长。

4.1 体育用品选材的生理发展需求原则

4.1.1 舒适与健康需求

处于生长发育期的少儿生理机能还远没有成熟，身体组织器官表现出稚嫩的敏感性。为此，体育用品制作、选材时必须以舒服和适宜为前提。为生产拥有吸汗、保温、透气且富有弹性等功能的运动服装，选用吸湿性聚酯纤维(杜邦的coolmax)[3]与棉或毛的混纺材料较为合适；改性聚酰胺纤维的鞋面和聚丙烯发泡树脂、乙烯-醋酸乙烯发泡共聚物的鞋底，提供了轻质、减震、耐老化及透气等功能需求。高强高模的碳增强纤维、超高模量聚乙烯纤维及乙丙共聚树脂可制作轻便的儿童自行车、韧性少儿滑梯、小型足球或篮球等。

4.1.2 安全性需求

少儿心理发展不健全,缺乏独立人格，对事物尤其日常用品没有辨识能力。因此，少儿体育装备和器具的设计与选材必须重视安全性。少儿体育用品的安全性包含生物安全性和应用安全性两方面内容。具体来说，生物安全就是体育用品生产所用材料需要考虑其对少儿生理及身体发育的损害，如：会对少儿身体产生伤害的聚氨酯和引起少儿生理病变的聚氯乙烯等材料，不适合用于这类体育装备和器材的制造。此外，用于增加材料防水、阻燃及耐老化等性能的纳米级助剂，也因对细胞和组织器官存在巨大伤害而不能用于少儿体育用品[10]。应用安全性是指体育器材在使用中不能由材质因素引起少儿损伤。例如材质较脆的滑梯使用中易断裂，坚硬的断口会划伤少儿身体。以高拉伸强度及模量的尼龙为基料，利用马来酸酐接枝聚乙烯对其增韧改性，可以制造具有高力学强度和高抗冲击强度的滑梯。

4.1.3 科学性需求

少儿有极强的好奇心，但是在学习及生活中缺乏耐性，表现为活泼好动、做事情难以长久。所以，少儿体育用品的材料应该具备科学性和趣味性。采用成熟科技手段改进材料部分结构，从而赋予体育器材附加功能，增加体育活动的娱乐性并激发少儿参与积极性。在聚酯分子链上接上绿色荧光基团，制成趣味乒乓球，增加环境适应性的同时也提高了少儿的运动兴趣。以压敏性异丙基丙烯酰胺共聚凝胶与聚碳酸酯共混的复合材料制作少儿自行车鞍座，使孩子们在骑行运动中感受坐垫逐渐厚实的柔软性，同时也起到保护他们臀部发育的效果。

4.2 体育用品选材的人文关怀原则

少儿体育装备及器材的使用不仅要满足运动参与人的生理和安全需求，运动中少儿所获得的满足度也是一个重要指标。因此，体育用品制作选材必须符合少儿心理发展规律和特点。采用醋酸纤维素替代传统易燃有毒的赛璐璐制成乒乓球，可以锻炼少儿反应灵敏性和身体协调性，并因此获得运动成就感。此外，少儿运动服装通常需要透气防水型柔软面料，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或丙烯酸等聚合接枝至棉纤维上织成布料可以满足这类需求，进而从细节上关心少儿身心发展。

5 结语

伴随全民健身运动的开展，高分子及其复合材料以其优异的性能和品质在体育装备及器材邻域获得广泛运用，不仅丰富了全民运动内容,加快了全民健身的普及与推广，而且促成了运动锻炼的低龄化进展。在多数父母支持孩子参加体育活动的当下，市场供应的少儿体育用品仍然存在针对性弱、安全性差、质量不高及材质差等不足。本文基于少儿体育运动的特点和意义，结合对体育用品材料性能与特点的分析，提出了少儿体育用品设计制作中材料选择的建议。随着新型功能化材料的开发与成熟，质监部门逐渐加强对少儿体育用品的质量检验，基于舒适、安全、健康及科学原则选材制作的体育用品将在少儿体育活动中实现普及。