一起来看：先进生物工程塑料改性尼龙在体育器材中的4大应用！
发布时间：2023-11-21 14:14:53 点击数：0
作为一种新型工程材料，先进生物工程塑料已经具备了传统材料无法比拟的优良性能、易加工性和高性价比等特征，并逐渐被应用于各种医疗、建筑、工业、体育等领域。 
研究认为，先进生物工程塑料应用与体育器材及防护用具中的性能优势主要有：密度低、强度高、韧性强、不易腐蚀老化以及较容易加工成型等。
先进工程塑料指的是：利用生物聚合方式进行化学加工，最终得到的具有针对性特性的塑料。
先进工程塑料根据不同特性，可以分为5大类：
①天然生物塑料
此类塑料可直接通过简单处理从自然界获得，如甲壳素、再生纤维、胶原等；
②合成高分子生物塑料
主要为通过高分子材料化学反应所得，如硅橡胶、涤纶、尼龙、聚氨酯及其嵌段共聚物等；
③无机生物医学塑料
主要加工材料为 C、Si 等无机物，如碳素材料、玻璃、生物活性陶瓷等；
④杂化生物塑料
指通过来自自活体的天然材料与人工合成材料之间进行杂化处理，得到新的生物工程塑料，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等；
⑤复合生物材料
主指通过碳纤维或玻璃纤维与其他基体进行反映，得到新的增强型塑料如生物陶瓷等。
作为体育器材原料所具备的性能优势
体育器材的使用，除达到一定的健身目的之外，还必须保证使用人员的健康和安全；防护用具除能够在较大程度上避免使用人员在运动中受到物理伤害外，还应尽量保证不出现有毒有害的挥发性气体等。
因此，综合而言，体育器材及防护用具需要具有高度的安全性和稳定性。先进生物工程塑料作为体育器材及防护用具原材料所具备的优势主要体现在以下几点。
材质轻
穿戴式或需要运动人员进行人力操作的器械在运动器械及防护用具中占比极高，运动鞋服、护膝、自行车、帆船、撑杆、滑板、球拍、鞍马等均是如此。 
人们在使用这些体育器材或防护用具时，主要的目的是借助这些器械或防护用具进行运动或帮助自己取得更好的竞技成绩。
因此，在运动员自身水平保持正常的情况下，通常质量越轻的器材越能够帮助运动员获得越好的运动效果和成绩。因此，运动器材及防护用具选择加工材料时，首先要选择同设计造型下质量更轻的材料，避免运动员在运动过程中出现不必要的体能浪费。
作为高分子材料，生物工程塑料由于分子间距大，因而相对传统的金属或木材等具有更小的密度，同造型情况下，质量相对更轻。
强度、韧性高
运动器材的使用过程通常都要面对较高的使用频率或使用强度，比如山地车速降运动、帆船运动、网球运动等。这些器械在使用过程中通常要面临高速降落带来的冲击、风帆吹动中的拉伸以及不停挥动中与球的撞击等。
因此，在实际的设计和加工过程中，必须考虑长时间使用状态下器械的强度。然而，考虑到大多数运动都在逐渐将体育器材进行轻量化设计，有时会通过减少材料的使用而达到器械减重的效果，避免不了地降低了器械的整体使用强度和柔韧性。 
因此，体育器材及防护用具所使用的加工材料必须同时满足低密度和高强度的双重要求。新型生物工程材料如碳纤维材料等正好满足了这一要求。
以碳纤维增强树脂复合材料为例，该类型材料本身的碳纤维成分兼具高强度、高柔韧性的特点，在假如增强树脂材料后，整体的密度得到了极大的降低。
因此，碳纤维增强树脂复合材料已经被广泛应用于滑板、自行车、帆船、球拍等体育器材的加工和制造。相比于传统的金属、木材等而言，新型碳纤维增强树脂复合材料的应用前景更加广泛。
易成型
对于体育器材生产厂家而言，易成型性能越强则证明该类型材料在生产和加工过程中的加工难度越低。通常情况下，金属以及热塑性塑料的易成型性和热塑性能要高于一般的复合材料，复合材料的加工难度通较高。
但是，随着材料领域相关研究的不断突破和发展，先进生物工程塑料的难成形、难加工的问题已经得到了明显改善。
同时，加工工艺的不断改进已经能够保证生物工程塑料在较低的成本要求下加工成市场需要的产品。
目前全球范围内较为先进的复合材料成型技术有：热压罐成型、真空袋成型、缠绕成型、软模成型和树脂传递模塑成型等。
先进生物工程塑料在体育器材中的实际应用
先进生物工程塑料在体育器材及防护用具中的主要应用有以下4种类型。
高端竞赛或运动型自行车 
高端竞赛或运动型自行车的车架、车把以及踏板、车圈等部位均能够通过使用先进生物工程塑料代替传统金属材料，从而获得更加轻便的质量、更加舒适的骑行姿势以及更加高的强度。
自行车各部位对应使用的先进生物工程塑料主要有：坐垫—尼龙、手柄—玻璃纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯、车轮—碳纤维增强复合材料、车架—热塑性碳纤维符合材料等。
可穿戴设备 
体育领域的可穿戴设备主要指各类型的防护用具，如头盔、运动鞋服、防护装备等。防护用具的主要要求有强度高、韧度高等。此外，还要求同等设计构造或使用条件下更加轻的质量等。
因此，相关领域已经开发出若干种能够同时满足可穿戴设备多种性能要求的生物工程塑料材料，如通过特殊的拉挤工艺对纤维复合材料进行加工后得到的长纤维改性复合材料，该类型材料比原有的纤维复合材料耐变形性更强，同时比原有的复合材料具备了更低的密度以及更 强的强度特性，使用长纤维改性复合材料加工而成的各类型防护用具在拥有更高的防护强度和柔韧度的同时，获得了更轻的质量，降低了运动员进行运动时的负担，具备更强的使用前景。
球类运动相关器材 
球类运动主要分为球及击打设备两部分。
其中，球品如篮球、足球等多使用 PU 或尼龙、橡胶等材料作为外科，以碳纤维增强材料作为中心结构；高尔夫球等则利用聚氨酯泡沫整体填充加工制成；球拍如网球拍、羽毛球拍则通常选择使用碳纤维增强树脂复合材料为主要的球拍结构加工材料，目前高端运动领域及竞赛领域的羽毛球拍、网球拍等已经基本全部被碳纤维增强树脂复合材料占领。
帆船运动 
传统的金属桅杆质量大、稳定性差且不耐海水腐蚀；木质桅杆强度低、不耐拉且吸水后质量提升速度过快。因而，传统的桅杆逐渐被碳纤维符合材料代替。
使用碳纤维复合材料加工而成的桅杆拥有相同体积下铝合金桅杆低于 2/3 的质量，在质量降低的情况下，能够帮助船身整体进行重心调整，减少压舱物，从而帮助船体整体“瘦身”，使运动员能够更好地掌握帆船平衡。
采用层层交叉缠绕工艺制成的碳纤维复合材料桅杆大大提升了强度，增强了帆船的稳定性，使其航行更加的快速和安全。
从应力角度考虑，具有高强、高模的碳纤维复合材料在沿桅杆纵向上可提供足够的刚度来抵抗弯曲变形；从使用环境上考虑，具有良好的耐腐蚀性的碳纤维复合材料能有效抵御海水、盐雾等环境因素的消极影响。因此，高性能复合材料桅杆有着广阔的市场应用前景。
结语
随着我国精神文明建设的进一步深入和国民经济的稳步提升，越来越多的社会群体和群众希望通过体育锻炼达到强身健体和文化娱乐的目的。 
因此，从20世纪末开始，我国的体育事业和运动产业获得了飞速发展，当前我国体育行业的年产值和总价值均已位居世界首位。同时，我国的体育设施制造工业已经逐渐占据全球超过60%的市场份额，已经逐渐成为推动我国经济增长和经济体制改革的重要环节。
国家的体育产业发展情况，是衡量该国人民生活水平的重要依据之一，我国的体育产业及体育设施生产行业已经逐渐成为全球体育产业中最为重要的环节之一，先进的生物工程塑料与体育器材加工领域的结合，无疑对于我国体育事业发展具有极强的推动作用。
但是，从产业占国民生产总值的角度分析，我国的体育产业与发达国家相比比例仍然较低，表明我国的体育产业发展主要依赖我国巨大的人口红利，实际发展水平与西方发达国家相比仍有较大差距，现阶段发展潜力巨大。
