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摘要：功能高分子复合材料体育防护用具质量不过关、安全性、耐用性较差等问题一直制约着我国体育防护用具产业的发展。文章对功能高分子复合材料体育防护用具的常用材料及特性进行了分析，在充分调用相关文献和运用逻辑分析法的基础上，结合功能高分子复合材料体育防护用具用品的发展需求和特点进行了综合论述。本文所开发的新型JZZ-1型液体装甲以及SG-1型凝胶等在于其他传统体育防护材料的结合过程中表现出了优异的防护性能，可被广泛应用与射击、击剑、滑雪等风险性较高的体育运动项目中。
关键词：功能高分子复合材料;JZZ-1型液体装甲;聚氨酯;SG-1型凝胶
中图分类号：TB383;TB33 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）02-0067—04
0引言
随着现代人类生活水平的提高，人们在注重生活品质提升的同时也更加注重身体健康，体育运动成为人们最为青睐的获取健康的手段之一。因此，人们对高质量体育运动器材的需求也越来越高。现代科技的迅速进步以及材料科技与现代体育融合程度的提升，间接推动了体育运动器材的发展，同时也为人们选择体育運动器材提供了更多的机会，体育产业已经逐渐成为国家或地区经济产业体系中的支柱产业。
体育运动装备在生产选材时，需要综合考虑材料的性能和安全性等。体育运动防护装备是人们进行体育活动时的必需品，一方面体育运动防护装备必须保证人员使用过程中的可靠性;另一方面，防护用具材料本身既不能有害，也需要对人体活动起到高质量的保护作用。体育运动中选取运动器材和场地是比较重要的，尤其部分参与体育运动的少儿正处于发育阶段，身体各方面发展不健全，需要我们去特殊关注，确保其安全性。文章结合体育产品材料、运动方式、以及健康科学等方面，叙述了功能高分子复合材料体育防护用具用品加工材料特点与应用研究。
1功能高分子复合材料体育防护用具加工材料性能分析
1.1传统聚合物材料的缺点
虽然这些聚合物材料在体育用品制造中被广泛应用，但是这些高分子及其复合材料还是存在粗多缺点的。如PVC在生产应用时前后反应不完全，就会导致VCM等含有致癌物的产生，其制品长期使用对人体没有好处。Polyurethane中含有对皮肤和呼吸道有害的Isocyanate。表1对聚合物材料在使用性能方面做了归类。
1.2功能高分子复合材料体育防护用具常用加工材料性能分析
1.2.1通用树脂与纤维材料
随着材料科技的发展，高分子材料和复合材料特有的良好性能得到充分发展，在体育行业也到得了应用和发展。不同种类和特性的材料可以应用到不同器材中，如表2不同种类材料的性能和用途。
1.2.2环氧树脂复合材料
利用环氧树脂建设跑道和室内运动场所，对运动参与人员体育活动来说是至关重要的。环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，是环氧氯丙烷（C3H5C10）与双酚A（C15H16O2）或多元醇（CnH2n+2-x（OH）x（x≥3））的缩聚产物。环氧树脂中含有可以与金属和Silicate等发生分子间作用力的分子中同时含有羟基-OH和羧基-COOH的化合物（hydroxy acid）、由一个氧原子连接两个烃基的有机化合物（R-O-R’）以及具有-CH（O）cH一结构的-CH（O）CH-。综合hydroxy acid、R-O-R’和-CH（O）CH-的各类优异性能，赋予了环氧树脂万能胶的称呼。用其建设的跑道和室内运动场所，可以减少冲击保护运动参与人员的脚踝和膝关节等部位，更有利于运动参与人员的健康成长。
1.2.3工程聚合物材料
在运动器材领域，工程聚合物材料被得到了广泛应用，其作用和应用归类如表3所示。此外，aromat-ic polyamide fiber reinforcement、Ultra High Molecu-lar Weight Polyethylene Fiber、混纺纤维、Unsaturat-ed polyester resin和Epoxide resin;Araldite等高性能高分子材料。
2一种青少年用高性能射击、击剑服装加工材料的加工制备
2.1材料选择
传统的射击服是半布料半皮质的衣裤套装，实际上是由两层厚厚的帆布制成的，辅以皮革，虽然防护性能优异但自重较大。在软体防刺服、防弹衣多基于芳纶纤维或超高分子量聚乙烯，如需防护24J的冲刺或54式手枪5m距离的射击，前者一般需30层（机织物），后者一般需40-45层（机织物），一件防护背心的总重达2.5～3kg，并且防护面积较小。为此，开发新的防护材料就显得尤为重要。
2.2体育用品选材的生理发展需求
2.2.1舒适和健康需求
青少年处在生长发育期，其生理、心里等各方面都没有发展成熟，身体的某些器官相对比较敏感。因此，在生产高性能体育防护用具时，要把舒适和健康作为选择材料时的基础。运动服需要应用具有吸汗、透气和保温的材料，而HYGROSCOPIC polyester fi-ber和棉或者毛的混纺物都具有此特性，可以应用到运动服的生产制造中;Modified polyamide fiber与Polypropylene Foam Resin、乙烯一、Vinyl Acetatefoaming copolymer具有轻质、抗氧化和减轻震动的特性，因此将其应用到运动鞋的制造生产中，将会得到更好地应用。
2.2.2安全性需求
青少年处在生长发育期，其生理、心里等各方面都没有发展成熟，对日常事物的认知度和辨识度与成人相比相差许多。因此，对于高性能体育防护用具来说，安全性是需要引起重视的，其中安全性包含多个方面，如图1所示。 2.2.3科学性需求
青少年处于生长发育阶段，对一切未知的都充满好奇。通常活泼好动，做事情三分钟热度，缺乏耐心。因此，高性能体育防护用具要弥补孩子的这一缺点，使其具有趣味性和吸引力，这样可以调动孩子的积极性。想要激发孩子的积极性我们可以采用科技手段进行材料改进等，增强体育活动的余乐趣味性，给体育器材增加新的附属功能。比如：趣味乒乓球就是利用polyester chain加上绿色荧光集团制作而成，利用PRESSURE-SENSITIVE ISOPROPYLACRYL.AMIDE COPOLYMER GEL和Polycarbonate blendcomposites制作而成的自行车鞍座，既起到了保护孩子臀部发育的作用，而且还是很舒服的。
2.3高性能体育防护用具的加工制备
少儿体育用品的选材制作需要符合少年青少年的身心发展规律，不仅要注意青少年的生理健康和安全性，還需要使其在运动中获得满足度。一些材料拥有特殊性能，应用于运动器材中，更适用于青少年，表4对部分体育用品及选材做了整理。
“液体防弹衣”与剪切增稠改性抗冲击柔性弹性体逐渐引起了各国研究者的关注。两者均属于剪切增稠智能复合材料，具有独特的力学性能：在不受力条件下，材料柔软;而在受到高速冲击或侵彻作用下，材料瞬间转变为坚硬的固态，分散冲击能量或阻止侵彻;冲击作用后，又可恢复到柔软状态。本文通过剪切增稠复合材料领域多年的研究积累，取得了一系列的成果，成功开发出一批能够替代传统皮革射击服装的高分子复合材料。
2.3.1JZZ-1型液体装甲制备
本文研制开发了一种基于聚乙二醇/纳米SiO-2体系的剪切增稠液（命名为JZZ-1型液体装甲），以及一种基于聚硅氧烷的剪切增稠凝胶（命名为SG-1型凝胶），两者均具有临界剪切速率可调、工艺重现性好、制备过程中无有毒有害物质排放等优点。
2.3.2与SG-1型凝胶、涤纶复合加工
本文创新性的将JZZ-1型液体装甲与SG-1型凝胶和体育防护装备中大量应用的涤纶织物复合，测试结果表明涤纶织物抗冲击穿刺以及高速侵彻的性能得到了显著提高，如以其制造射击、击剑服装等体育运动防护装备，则可有效的抵抗单片与尖锐物品的侵彻，极大的改善体育运动人员的防护能力。
2.3.3与芳纶机织布复合
在上述成果的基础上，将JZZ-1型液体装甲与芳纶机织布复合，经测试证实，其防刺性能明显优于复合前的芳纶织物，甚至可应用于防刺服、防爆毯等领域。
2.3.4 SG-1型凝胶与聚氨酯和硅胶等弹性体相结合
的复合材料制备
本文研制开发了SG-1型凝胶与聚氨酯和硅胶等弹性体相结合的复合材料以及相应的制备工艺，以剪切增稠效应赋予复合材料良好的抗高速冲击性能，同时利用传统材料优良的加工特性使复合材料易于加工为特定防护制品，其性能可与英国D30公司的产品相媲美。
综上所述，本文在剪切增稠材料领域已取得了较丰硕的成果。在此基础上，本项目首先将优化JZZ-1型液体装甲与SG-1型凝胶的性能，并开发其中试生产工艺;其次，优化涤纶、芳纶与超高分子量聚乙烯织物复合材料防刺防弹性能、单位面积增重与储存稳定性;最后，完成发泡聚氨酯与发泡硅胶弹性体柔性防护复合材料量产工艺的开发，并设计开发户外与运动防护装具等防护制品。
2.3.5生产工艺
为满足量产并推向市场的需要，本项目前期工作中重点开展了量产工艺的设计开发。首先，在剪切增稠材料增强织物方面，创新性的提出利用现有帐篷刮涂覆膜工艺，成功的实现了剪切增稠材料在织物上的大面积陕速涂制，目前的实验涂制速度是4.5m/min，下一步目标为6～7m/min。其次，开发出适合剪切增稠凝胶与发泡硅胶、发泡聚氨酯等柔性弹I生体成型加工的快速复合工艺，该工艺可直接采用现有成型装备，具有生产效率高，复合效果稳定，适应性好的优点。
3结语
国民身体素质的提高是一个国家发展竞技体育的奠基石，而功能高分子复合材料体育防护用具的发展是国家业余到职业体育发展的重中之重。随着科技的发展和人们生活水平的提高，体育运动种类繁多以及高分子与复合材料的应用，促进了体育运动产品的发展，也加快了体育健身的普及。青少年处于生长发育阶段，身心个方面发育不健全，缺乏独立性和判断力。因此，在参加体育运动时，体育防护用品的安全性和材料质量很重要。本文对功能高分子复合材料体育防护用具用品的案例和应用进行了分析解剖，旨在为我国功能高分子复合材料体育防护用具用品和装备设计制作提供参考。
关键词：功能高分子复合材料;JZZ-1型液体装甲;聚氨酯;SG-1型凝胶
中图分类号：TB383;TB33 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）02-0067—04
0引言
随着现代人类生活水平的提高，人们在注重生活品质提升的同时也更加注重身体健康，体育运动成为人们最为青睐的获取健康的手段之一。因此，人们对高质量体育运动器材的需求也越来越高。现代科技的迅速进步以及材料科技与现代体育融合程度的提升，间接推动了体育运动器材的发展，同时也为人们选择体育運动器材提供了更多的机会，体育产业已经逐渐成为国家或地区经济产业体系中的支柱产业。
体育运动装备在生产选材时，需要综合考虑材料的性能和安全性等。体育运动防护装备是人们进行体育活动时的必需品，一方面体育运动防护装备必须保证人员使用过程中的可靠性;另一方面，防护用具材料本身既不能有害，也需要对人体活动起到高质量的保护作用。体育运动中选取运动器材和场地是比较重要的，尤其部分参与体育运动的少儿正处于发育阶段，身体各方面发展不健全，需要我们去特殊关注，确保其安全性。文章结合体育产品材料、运动方式、以及健康科学等方面，叙述了功能高分子复合材料体育防护用具用品加工材料特点与应用研究。
1功能高分子复合材料体育防护用具加工材料性能分析
1.1传统聚合物材料的缺点
虽然这些聚合物材料在体育用品制造中被广泛应用，但是这些高分子及其复合材料还是存在粗多缺点的。如PVC在生产应用时前后反应不完全，就会导致VCM等含有致癌物的产生，其制品长期使用对人体没有好处。Polyurethane中含有对皮肤和呼吸道有害的Isocyanate。表1对聚合物材料在使用性能方面做了归类。
1.2功能高分子复合材料体育防护用具常用加工材料性能分析
1.2.1通用树脂与纤维材料
随着材料科技的发展，高分子材料和复合材料特有的良好性能得到充分发展，在体育行业也到得了应用和发展。不同种类和特性的材料可以应用到不同器材中，如表2不同种类材料的性能和用途。
1.2.2环氧树脂复合材料
利用环氧树脂建设跑道和室内运动场所，对运动参与人员体育活动来说是至关重要的。环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，是环氧氯丙烷（C3H5C10）与双酚A（C15H16O2）或多元醇（CnH2n+2-x（OH）x（x≥3））的缩聚产物。环氧树脂中含有可以与金属和Silicate等发生分子间作用力的分子中同时含有羟基-OH和羧基-COOH的化合物（hydroxy acid）、由一个氧原子连接两个烃基的有机化合物（R-O-R’）以及具有-CH（O）cH一结构的-CH（O）CH-。综合hydroxy acid、R-O-R’和-CH（O）CH-的各类优异性能，赋予了环氧树脂万能胶的称呼。用其建设的跑道和室内运动场所，可以减少冲击保护运动参与人员的脚踝和膝关节等部位，更有利于运动参与人员的健康成长。
1.2.3工程聚合物材料
在运动器材领域，工程聚合物材料被得到了广泛应用，其作用和应用归类如表3所示。此外，aromat-ic polyamide fiber reinforcement、Ultra High Molecu-lar Weight Polyethylene Fiber、混纺纤维、Unsaturat-ed polyester resin和Epoxide resin;Araldite等高性能高分子材料。
2一种青少年用高性能射击、击剑服装加工材料的加工制备
2.1材料选择
传统的射击服是半布料半皮质的衣裤套装，实际上是由两层厚厚的帆布制成的，辅以皮革，虽然防护性能优异但自重较大。在软体防刺服、防弹衣多基于芳纶纤维或超高分子量聚乙烯，如需防护24J的冲刺或54式手枪5m距离的射击，前者一般需30层（机织物），后者一般需40-45层（机织物），一件防护背心的总重达2.5～3kg，并且防护面积较小。为此，开发新的防护材料就显得尤为重要。
2.2体育用品选材的生理发展需求
2.2.1舒适和健康需求
青少年处在生长发育期，其生理、心里等各方面都没有发展成熟，身体的某些器官相对比较敏感。因此，在生产高性能体育防护用具时，要把舒适和健康作为选择材料时的基础。运动服需要应用具有吸汗、透气和保温的材料，而HYGROSCOPIC polyester fi-ber和棉或者毛的混纺物都具有此特性，可以应用到运动服的生产制造中;Modified polyamide fiber与Polypropylene Foam Resin、乙烯一、Vinyl Acetatefoaming copolymer具有轻质、抗氧化和减轻震动的特性，因此将其应用到运动鞋的制造生产中，将会得到更好地应用。
2.2.2安全性需求
青少年处在生长发育期，其生理、心里等各方面都没有发展成熟，对日常事物的认知度和辨识度与成人相比相差许多。因此，对于高性能体育防护用具来说，安全性是需要引起重视的，其中安全性包含多个方面，如图1所示。 2.2.3科学性需求
青少年处于生长发育阶段，对一切未知的都充满好奇。通常活泼好动，做事情三分钟热度，缺乏耐心。因此，高性能体育防护用具要弥补孩子的这一缺点，使其具有趣味性和吸引力，这样可以调动孩子的积极性。想要激发孩子的积极性我们可以采用科技手段进行材料改进等，增强体育活动的余乐趣味性，给体育器材增加新的附属功能。比如：趣味乒乓球就是利用polyester chain加上绿色荧光集团制作而成，利用PRESSURE-SENSITIVE ISOPROPYLACRYL.AMIDE COPOLYMER GEL和Polycarbonate blendcomposites制作而成的自行车鞍座，既起到了保护孩子臀部发育的作用，而且还是很舒服的。
2.3高性能体育防护用具的加工制备
少儿体育用品的选材制作需要符合少年青少年的身心发展规律，不仅要注意青少年的生理健康和安全性，還需要使其在运动中获得满足度。一些材料拥有特殊性能，应用于运动器材中，更适用于青少年，表4对部分体育用品及选材做了整理。
“液体防弹衣”与剪切增稠改性抗冲击柔性弹性体逐渐引起了各国研究者的关注。两者均属于剪切增稠智能复合材料，具有独特的力学性能：在不受力条件下，材料柔软;而在受到高速冲击或侵彻作用下，材料瞬间转变为坚硬的固态，分散冲击能量或阻止侵彻;冲击作用后，又可恢复到柔软状态。本文通过剪切增稠复合材料领域多年的研究积累，取得了一系列的成果，成功开发出一批能够替代传统皮革射击服装的高分子复合材料。
2.3.1JZZ-1型液体装甲制备
本文研制开发了一种基于聚乙二醇/纳米SiO-2体系的剪切增稠液（命名为JZZ-1型液体装甲），以及一种基于聚硅氧烷的剪切增稠凝胶（命名为SG-1型凝胶），两者均具有临界剪切速率可调、工艺重现性好、制备过程中无有毒有害物质排放等优点。
2.3.2与SG-1型凝胶、涤纶复合加工
本文创新性的将JZZ-1型液体装甲与SG-1型凝胶和体育防护装备中大量应用的涤纶织物复合，测试结果表明涤纶织物抗冲击穿刺以及高速侵彻的性能得到了显著提高，如以其制造射击、击剑服装等体育运动防护装备，则可有效的抵抗单片与尖锐物品的侵彻，极大的改善体育运动人员的防护能力。
2.3.3与芳纶机织布复合
在上述成果的基础上，将JZZ-1型液体装甲与芳纶机织布复合，经测试证实，其防刺性能明显优于复合前的芳纶织物，甚至可应用于防刺服、防爆毯等领域。
2.3.4 SG-1型凝胶与聚氨酯和硅胶等弹性体相结合
的复合材料制备
本文研制开发了SG-1型凝胶与聚氨酯和硅胶等弹性体相结合的复合材料以及相应的制备工艺，以剪切增稠效应赋予复合材料良好的抗高速冲击性能，同时利用传统材料优良的加工特性使复合材料易于加工为特定防护制品，其性能可与英国D30公司的产品相媲美。
综上所述，本文在剪切增稠材料领域已取得了较丰硕的成果。在此基础上，本项目首先将优化JZZ-1型液体装甲与SG-1型凝胶的性能，并开发其中试生产工艺;其次，优化涤纶、芳纶与超高分子量聚乙烯织物复合材料防刺防弹性能、单位面积增重与储存稳定性;最后，完成发泡聚氨酯与发泡硅胶弹性体柔性防护复合材料量产工艺的开发，并设计开发户外与运动防护装具等防护制品。
2.3.5生产工艺
为满足量产并推向市场的需要，本项目前期工作中重点开展了量产工艺的设计开发。首先，在剪切增稠材料增强织物方面，创新性的提出利用现有帐篷刮涂覆膜工艺，成功的实现了剪切增稠材料在织物上的大面积陕速涂制，目前的实验涂制速度是4.5m/min，下一步目标为6～7m/min。其次，开发出适合剪切增稠凝胶与发泡硅胶、发泡聚氨酯等柔性弹I生体成型加工的快速复合工艺，该工艺可直接采用现有成型装备，具有生产效率高，复合效果稳定，适应性好的优点。
3结语
国民身体素质的提高是一个国家发展竞技体育的奠基石，而功能高分子复合材料体育防护用具的发展是国家业余到职业体育发展的重中之重。随着科技的发展和人们生活水平的提高，体育运动种类繁多以及高分子与复合材料的应用，促进了体育运动产品的发展，也加快了体育健身的普及。青少年处于生长发育阶段，身心个方面发育不健全，缺乏独立性和判断力。因此，在参加体育运动时，体育防护用品的安全性和材料质量很重要。本文对功能高分子复合材料体育防护用具用品的案例和应用进行了分析解剖，旨在为我国功能高分子复合材料体育防护用具用品和装备设计制作提供参考。