网球线结构及分类研究

于宏伟，孙 皓，张雨萱，王晓萱，王雪琪，张 蕊

(1. 石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035；2. 石家庄学院 体育学院，河北 石家庄 050035)

对于专业网球运动员来说，合适的网球线尤为重要[1]，但专业网球运动员一般比较关注网球线穿线方式及网球拍弦磅数[2-4]，而对网球线的化学结构关注较少。不同化学结构的网球线能提供不同的击球效果。通常来说，较细的网球线击球感较好，而较粗的网球线耐用性较好。根据结构的差异，网球线可以分为天然牛(羊)肠线、人造羊肠线、克维拉线、聚酯线、尼龙线等。市场上的网球线鱼龙混杂，如何科学分类并选择不同结构的网球线问题长期困扰着专业网球运动员。一维中红外(MIR)光谱及二阶导数中红外光谱被广泛应用于化学纤维结构的研究中[5-7]，但由于其谱图分辨能力不强，相关鉴别研究少见报道。二维中红外(2D-MIR)光谱的分辨能力要优于传统的一维 MIR 光谱和二阶导数 MIR 光谱，并能提供更加丰富的光谱信息[8-10]。因此，课题组采用三级MIR光谱(包括一维 MIR 光谱、二阶导数 MIR 光谱和 2D-MIR 光谱)开展了网球线的结构及分类研究，以期为专业网球运动员科学选择网球线提供借鉴。

1 实验

1.1 材料

1号网球线(Wilson NXT 17)，2号网球线(Luxilon Alu Power 125 Rough)，3号网球线(Babolat RPM Blast17G 1.25)，4号网球线(Yonex poly tour pro 1.30)，5号网球线(Taan TT8600 1.20)和6号网球线(Babolat Synthetic Gut 1.30)。上述6种网球线均由石家庄学院体育学院提供。

1.2 仪器与设备

Spectrum 100 型红外光谱仪，美国 PE 公司；Golden Gate型单次内反射 ATR-FTMIR附件，英国Specac公司。

1.3 方法

1.3.1红外光谱仪操作条件

室温下以空气为背景，每次对网球线样品进行8次扫描累加，测定频率为4 000～600 cm-1。

1.3.2数据获得及处理

网球线一维MIR光谱数据采用Spectrum v 6.3.5软件获取；网球线二阶导数MIR光谱数据采用Spectrum v 6.3.5软件获取；网球线2D-MIR光谱数据采用TD Versin 4.2软件获取；图形处理采用Origin 8.0软件。

2 分析与讨论

2.1 网球线结构

2.1.1网球线一维MIR光谱

采用一维MIR光谱对1～6号网球线进行结构研究，结果见图1。由图1可知，1号和5号网球线的化学结构基本相同(以下定义为“第一类网球线”)，2号、3号、4号和6号网球线的化学结构基本相同(以下定义为“第二类网球线”)。

图1 网球线一维MIR光谱(303 K)Fig.1 One-dimensional MIR spectrum of tennis string (303 K)

归纳出全部网球线的一维MIR光谱数据，见表1。

表1 网球线的一维MIR光谱数据(303 K)Tab.1 Data of one-dimensional MIR spectrum of tennis string (303 K)

2.1.2网球线二阶导数MIR光谱

采用二阶导数MIR光谱对1～6号网球线进行了分类研究，结果见图2。由图2可知，1号和5号网球线的主要化学结构基本相同(第一类网球线)，2号、3号、4号和6号网球线的主要化学结构基本相同(第二类网球线)。

图2 网球线二阶导数MIR光谱(303 K)Fig.2 Second derivative MIR spectrum of tennis string(303 K)

归纳出全部网球线样品的二阶导数 MIR 光谱数据，见表 2。

表2 网球线二阶导数MIR光谱数据(303 K)Tab.2 Data of second derivative MIR spectrum of tennis string (303 K)

研究1号网球线的一维MIR光谱和二阶导数MIR光谱，可以确定其主要化学结构为聚己二酰己二胺(Nylon-66)[11]。研究2号网球线的一维MIR光谱及二阶导数MIR光谱，可以确定其主要化学结构为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)[12]。

2.2 网球线分类

2.2.1第一类网球线的 2D-MIR 光谱

在1 700～1 500 cm-1处开展了第一类网球线(1号网球线和5号网球线)的 2D-MIR 光谱研究，见图3。相关光谱数据见表3。

图3 第一类网球线的2D-MIR光谱Fig.3 2D-MIR spectrum of the first kind tennis strings

表3 第一类网球线的2D-MIR光谱数据Tab.3 Data of 2D-MIR spectrum of the first kind tennis strings

由表3 可知，1号网球线和5号网球线尽管化学组成(Nylon-66)相同，但二者的2D-MIR光谱存在一定差异。

2.2.2第二类网球线的2D-MIR光谱

在 900～700 cm-1处开展了第二类网球线(2号、3号、4号和6号网球线)的2D-MIR光谱研究，见图4。相关光谱数据见表4。

图4 第二类网球线的2D-MIR光谱Fig.4 2D-MIR spectrum of the second kind tennis strings

表4 第二类网球线的2D-MIR光谱数据Tab.4 Data of 2D-MIR spectrum of the second kind tennis strings

由表4可知，第二类网球线尽管化学组成(PET)相同，但相关2D-MIR光谱存在一定差异。研究发现，对于同一结构(Nylon-66 或 PET)的网球线，2D-MIR 光谱可以较为容易地对其进行区分。这主要是因为不同厂家在使用同一材料生产网球线时，为保持网球线良好的力学性能，会在原料中加入一些辅料，例如增塑剂、抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、抗静电剂等，因而网球线主要官能团对应红外吸收峰在一定物理因素(例如热)的扰动下，其敏感程度及变化顺序均存在一定差异。

3 结语

本研究得出市场上常见网球线的主要化学结构分别为聚己二酰己二胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯，并进一步开展了网球线的分类研究。研究结论拓展了三级MIR光谱在重要体育器材(网球线)结构及分类领域的应用范围，具有重要的价值。