体育设施和设备用塑料和复合材料的选择

牛拓

摘 要：随着人类对体育运动项目的重视程度越来越高，使用的体育设施和设备性能要求也变得更高，材料直接决定着体育设施和设备的使用性能，所以为了提高我国体育设施和设备的使用效果和性能，文章对塑料和复合材料的选择进行了深入研究。文章首先分析了体育设施和设备的选材原则，另外对塑料和复合材料体育制品品种进行概述，发现如今很多体育设施和设备或多或少都会使用塑料和复合材料;然后对三种普遍使用的塑料和复合材料（不饱和聚酯、环氧树脂和聚邻苯二甲酸二烯丙脂）的特性进行分析，最后进行选材实例分析，分别分析了自行车、帆船、运动场和跑道地板。塑料和复合材料在体育设施和设备中经常使用，但是同种材料之间也会存在性能差别，所以需要根据体育设施和设备的实际应用情况，选择最为合适的塑料和复合材料类型，从而提高体育设施和设备的使用性能和效果。

关键词：体育;设施;设备;塑料;复合材料

中图分类号：T952;TQ320.79;TB33       文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）04-0064-05

Abstract：As humans pay more and more attention to sports， the performance requirements of sports facilities and equipment used have also become higher. The materials directly determine the performance of sports facilities and equipment. Therefore， in order to improve the use effect and performance of the equipment， the article has conducted in-depth research on the selection of plastics and composite materials. The paper first analyzes the principles of selecting materials for sports facilities and equipment. In addition， it gives an overview of the variety of plastic and composite sports products. It is found that many sports facilities and equipment now use plastics and composites more or less; then the characteristics of three commonly used plastics and composite materials （unsaturated polyester， epoxy resin and O-benzenedicarboxylic acid diallyl ester） were analyzed， and finally an example analysis of material selection is carried out， and the floors of bicycles， sailboats， sports fields and runways are analyzed separately. Plastics and composite materials are often used in sports facilities and equipment， but there are performance differences between the same materials， so it is necessary to select the most suitable type of plastic and composite materials according to the actual application of sports facilities and equipment， so as to improve the performance and effects of sports facilities and equipment.

Key words：sports; facilities; equipment; plastics; composite materials

如今，體育运动的重视程度越来越高，越来越多的人参与到体育项目中，极大促发了体育设施和设备的发展，为了能够跟上体育运动的发展，体育设施和设备需要进行改进，选择优异的材料，目的在于提高体育设施和设备的性能，因为体育设备和设施的性能对运动项目的水平有直接影响[1-2]。由于材料是决定体育设施和设备性能的关键因素，所以文章将塑料和复合材料进行分析，因为该材料在体育设备和设施中使用频率不断增加[3-4]。文章主要针对塑料和复合材料的选择进行分析，目的在于提高体育设施和设备的使用性能。

1 体育设施和设备的选材原则

体育中使用的塑料和复合材料首先需要满足自身最基本的使用性能，比如该材料具有一定的韧性和强度等，然后为了提高该材料在体育设施和设备中发挥更好的作用，还需要使得材料具备以下性能。

1.1 质量轻

体育中存在很多的质量要求比较轻的设施和设备，比如运动鞋、划桨、自行车、滑雪板、赛艇、冰鞋等，当其质量越轻时，更有利于使用者的水平发挥，因为这些设备是通过使用人力使其运动，所以质量越轻，使用者消耗的体力就会越少，运动水平就会越高[5]。甚至有些器械使用机械力量进行运动，比如电动游乐船、电碰车等，这些体育设施和设备也需要有质量轻的要求，因为更有利于体育设施和设备的维修、安装等，而且将会具有更好的阻尼减震性能。塑料和复合材料最主要的一个特点就是质量轻，然而塑料和复合材料的种类有多种，不同材料的密度也会存在差别，即质量就会不一样，一般情况下，塑料的密度要稍微小于复合材料，也就是塑料的质量将会更轻。

1.2 韧性和强度好

如果使用的材料具有很好的韧性和强度，那么能够降低材料的使用量，并且能够提高体育设备和设施的使用性能。尤其是比强度、比韧性和比模量都非常好的材料在体育设备和设施中将会具有更好的应用效果。钢、铝等金属材料作为体育器械材料，因为其具备比较好的力学性能，但是相比于树脂基纤维增强复合材料，其比模量和比强度都非常低，尽管当前我国体育设备和设施使用钢、铝材料比较多，但是从长远看，树脂基纤维增强复合材料将会逐渐代替钢、铝等金属材料在体育设施和设备中的应用。

1.3 耐老化性好

大多数体育设施和设备属于户外使用，容易受到自然环境的影响，比如受到雨水的浸泡、酸性气体的作用等，就会使得体育设施和设备发生各种腐蚀、老化状况，使得器械表面褪色或者发生龟裂，从而降低体育设备和设施的美观程度和使用性能。所以为了延长体育设备和设施的使用寿命，需要使用耐老化性能较好的塑料和复合材料，更有利于提高体育设备和设施的使用时间和效果。尤其在跑道、各种场馆地板等体育设施中，容易受到自然环境和人为因素的影响，更需要使用耐老化性能比较好的材料。

1.4 成型加工性好

成型加工性能属于一个基本条件，如果成型加工性比较好，那么更有利于在体育设施和设备中进行使用。一般情况下，塑料的成型比较容易，但是复合材料的成型加工比较困难。随着成型技术的快速发展，加工较为困难的复合材料也有了更好的成型方法，比如热压罐成型、压制成型、拉拔成型、树脂传递模塑成型、真空袋成型等方式。

2 塑料和复合材料体育制品品种

如今，随着体育设施和设备的不断发展，其品种数量不断上升，并且随之继续发展，种类将会更多。目前大多数的体育设备和设施中会使用塑料和树脂基复合材料，由于对体育制品性能要求比较高，所以采用树脂基复合材料的体育设备和设施更加普遍。表1即为不同体育设备和设施中使用的塑料和复合材料和成型方法。另外，文章还描述了应用领域中赛艇结构、高尔夫球棒结构、垒球棒结构和滑雪板结构示意图，分别如图1～4所示。从表和图中可以看出，在不同应用领域中，其中使用的主要材料类型比较多，但是在很多应用领域中都会使用塑料和复合材料，可见该材料能够在体育设备和设施中发挥重要作用。

3 使用塑料品种和特性

本文将对几种常用的塑料种类及其特性进行分析，具体分析如下所示。

3.1 不饱和聚酯

该材料简称UP，在使用过程中完成固化之后会变成一种不透明或者透明的固体，该材料的主要特性在于具有较好力学性能和稳定性，而且耐酸性能和柔韧性都比较好，但是该材料也有一定的缺点，就是其耐热性能和耐光性能比较差，其相关性能参数如表2所示[6]。可以将不饱和聚酯材料应用到皮划艇艇身的制作中，而且还可以作为高尔夫球棒的制作材料。

3.2 环氧树脂

环氧树脂简称EP，是一种性能比较优异、应用比较广泛的材料，该材料固化之后能够具有比较好的稳定性、抗腐蚀性和力学性能等，如表2所示[7]。由于固化剂的不同，会使得环氧树脂的性能发生变化，所以环氧树脂材料的性能存在多样性特点，所以该材料应用于不同领域中能够根据该领域需要用的性能，使用合适的固化剂使得环氧树脂具备该性能，于是该材料能够发挥重要性和广泛性作用。另外，该材料还可以结合纤维增强材料进行使用，从而具有很好的性能，能够在体育撑杆中进行使用，比如弓箭、鱼竿等设备和设施。

3.3 聚邻苯二甲酸二烯丙脂

该材料简称PDAP，该材料的主要特点在于具有很好的黏结性能，该材料的主要性能如表2所示[8]。由于该材料的黏结性能好，所以可以和碳纤维和玻璃纤维等材料进行结合使用，于是可以得到性能非常好的复合材料，比如具有很好的耐疲劳性能、高强度和韧性等，所以能够在体育设施和设备中发挥比较的好的应用效果。

4 选材实例

本文将通过分析三种体育设备和设施的材料选择，分别为自行车、帆船和运动场和跑道地板，下面将对其进行详细分析。

4.1 自行车

自行车上使用的塑料品种和对应的部件如表3所示。塑料和复合材料在自行车中进行使用可以分为两个方向，第一个就是使用树脂基复合材料代替自行车上的某些金属材料，比如车架、车轮等部件的金属，如此可以降低自行车的自身重量，如今使用树脂基复合材料作为整个车架的制造材料能够很大程度降低车身重量，使其具备更加优异的性能，提高了自行车的使用效果。第二个就是使用热塑性塑料作为儿童自行车、轻便自行车的某些部件材料，使用塑料的成形方法使用注塑成型，这种方式更加适合于批量生产，所以能够提高其生产效率。

4.2 帆板

图5即为帆板的主要结构示意图，其中主要由帆桅和帆体组成。塑料在帆板中进行使用主要有两种不同类型的塑料，分别为热固性和热塑性，其中热固性塑料有UP、PUR和EP三种，热塑性塑料有PS、ASA、PC、ABS及其合金，还有PP和PE也都是热塑性塑料。塑料应用到帆板中进行使用的成型方式比较多，可是使用吹塑模塑、热成型、转模塑和注射模塑等方法。表4中已经列举了帆板不同部件中使用的材料和成型方法。

4.3 运动场和跑道地板

如今运动场和跑道在城市中愈发的普遍，公园、学校、体育馆等都会设置跑道，传统的跑道地板就是水泥地面，但是这种地面不利于运动者发挥较高的运动水平，而且还容易造成运动者受伤，所以随着各种材料研发，塑胶地板和塑胶跑道逐渐被使用，因为该材料具有美观、防滑、弹性好、减震效果好等优势，不仅能够降低运动员受伤频率，还可以提高运动成绩，所以塑胶跑道已经替代了传统的水泥地面。图6即为体育场馆地板和塑胶跑道的结构示意图，一共包含6层，第1层是沙石垫层，第2层为防潮层，第3层为混凝土面层，第4层为塑胶砂过渡层，第5层为塑胶层，第6层为面层，也就是塑胶弹性层，该层直接与运动者接触，需要具有较好的美观性、耐磨性能、力学性能等。表5即为面层材料的性能，面层使用的塑胶材料一般情况下是E/VAC乳液或者是丙烯酸乳液固化材料，这两种材料都能够具有比较好的使用效果，但是由于E/VAC乳液的吸湿性可以达到10%，属于比较大的吸湿性，所以就会导致材料表明脱色，影响跑道美观性，另外，该材料的耐光性能比較差，所以丙烯酸乳液固化材料与之相比具有更好的使用效果。

5 结语

综上所述，文章对塑料和复合材料在体育设施和设备中的选用进行了分析，因为体育设施和设备的性能要求越来越高，所以在选择材料问题需要严格进行控制，不同类型的塑料和复合材料之间的性能也会存在比较大的差异，所以为了提高体育设施和设备的使用效果，提高运动水平，需要选择最为合适的材料和成型方式加工体育设施和设备。

参考文献

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