一起來看：先進生物工程塑料改性尼龍在體育器材中的4大應用！
發布時間：2023-11-21 14:14:53 點擊數：0
作為一種新型工程材料，先進生物工程塑料已經具備了傳統材料無法比擬的優良性能、易加工性和高性價比等特征，并逐漸被應用于各種醫療、建筑、工業、體育等領域。 
研究認為，先進生物工程塑料應用與體育器材及防護用具中的性能優勢主要有：密度低、強度高、韌性強、不易腐蝕老化以及較容易加工成型等。
先進工程塑料指的是：利用生物聚合方式進行化學加工，最終得到的具有針對性特性的塑料。
先進工程塑料根據不同特性，可以分為5大類：
①天然生物塑料
此類塑料可直接通過簡單處理從自然界獲得，如甲殼素、再生纖維、膠原等；
②合成高分子生物塑料
主要為通過高分子材料化學反應所得，如硅橡膠、滌綸、尼龍、聚氨酯及其嵌段共聚物等；
③無機生物醫學塑料
主要加工材料為 C、Si 等無機物，如碳素材料、玻璃、生物活性陶瓷等；
④雜化生物塑料
指通過來自自活體的天然材料與人工合成材料之間進行雜化處理，得到新的生物工程塑料，如膠原與聚乙烯醇的交聯雜化等；
⑤復合生物材料
主指通過碳纖維或玻璃纖維與其他基體進行反映，得到新的增強型塑料如生物陶瓷等。
作為體育器材原料所具備的性能優勢
體育器材的使用，除達到一定的健身目的之外，還必須保證使用人員的健康和安全；防護用具除能夠在較大程度上避免使用人員在運動中受到物理傷害外，還應盡量保證不出現有毒有害的揮發性氣體等。
因此，綜合而言，體育器材及防護用具需要具有高度的安全性和穩定性。先進生物工程塑料作為體育器材及防護用具原材料所具備的優勢主要體現在以下幾點。
材質輕
穿戴式或需要運動人員進行人力操作的器械在運動器械及防護用具中占比極高，運動鞋服、護膝、自行車、帆船、撐桿、滑板、球拍、鞍馬等均是如此。 
人們在使用這些體育器材或防護用具時，主要的目的是借助這些器械或防護用具進行運動或幫助自己取得更好的競技成績。
因此，在運動員自身水平保持正常的情況下，通常質量越輕的器材越能夠幫助運動員獲得越好的運動效果和成績。因此，運動器材及防護用具選擇加工材料時，首先要選擇同設計造型下質量更輕的材料，避免運動員在運動過程中出現不必要的體能浪費。
作為高分子材料，生物工程塑料由于分子間距大，因而相對傳統的金屬或木材等具有更小的密度，同造型情況下，質量相對更輕。
強度、韌性高
運動器材的使用過程通常都要面對較高的使用頻率或使用強度，比如山地車速降運動、帆船運動、網球運動等。這些器械在使用過程中通常要面臨高速降落帶來的沖擊、風帆吹動中的拉伸以及不停揮動中與球的撞擊等。
因此，在實際的設計和加工過程中，必須考慮長時間使用狀態下器械的強度。然而，考慮到大多數運動都在逐漸將體育器材進行輕量化設計，有時會通過減少材料的使用而達到器械減重的效果，避免不了地降低了器械的整體使用強度和柔韌性。 
因此，體育器材及防護用具所使用的加工材料必須同時滿足低密度和高強度的雙重要求。新型生物工程材料如碳纖維材料等正好滿足了這一要求。
以碳纖維增強樹脂復合材料為例，該類型材料本身的碳纖維成分兼具高強度、高柔韌性的特點，在假如增強樹脂材料后，整體的密度得到了極大的降低。
因此，碳纖維增強樹脂復合材料已經被廣泛應用于滑板、自行車、帆船、球拍等體育器材的加工和制造。相比于傳統的金屬、木材等而言，新型碳纖維增強樹脂復合材料的應用前景更加廣泛。
易成型
對于體育器材生產廠家而言，易成型性能越強則證明該類型材料在生產和加工過程中的加工難度越低。通常情況下，金屬以及熱塑性塑料的易成型性和熱塑性能要高于一般的復合材料，復合材料的加工難度通較高。
但是，隨著材料領域相關研究的不斷突破和發展，先進生物工程塑料的難成形、難加工的問題已經得到了明顯改善。
同時，加工工藝的不斷改進已經能夠保證生物工程塑料在較低的成本要求下加工成市場需要的產品。
目前全球范圍內較為先進的復合材料成型技術有：熱壓罐成型、真空袋成型、纏繞成型、軟模成型和樹脂傳遞模塑成型等。
先進生物工程塑料在體育器材中的實際應用
先進生物工程塑料在體育器材及防護用具中的主要應用有以下4種類型。
高端競賽或運動型自行車 
高端競賽或運動型自行車的車架、車把以及踏板、車圈等部位均能夠通過使用先進生物工程塑料代替傳統金屬材料，從而獲得更加輕便的質量、更加舒適的騎行姿勢以及更加高的強度。
自行車各部位對應使用的先進生物工程塑料主要有：坐墊—尼龍、手柄—玻璃纖維增強聚對苯二甲酸乙二醇酯、車輪—碳纖維增強復合材料、車架—熱塑性碳纖維符合材料等。
可穿戴設備 
體育領域的可穿戴設備主要指各類型的防護用具，如頭盔、運動鞋服、防護裝備等。防護用具的主要要求有強度高、韌度高等。此外，還要求同等設計構造或使用條件下更加輕的質量等。
因此，相關領域已經開發出若干種能夠同時滿足可穿戴設備多種性能要求的生物工程塑料材料，如通過特殊的拉擠工藝對纖維復合材料進行加工后得到的長纖維改性復合材料，該類型材料比原有的纖維復合材料耐變形性更強，同時比原有的復合材料具備了更低的密度以及更 強的強度特性，使用長纖維改性復合材料加工而成的各類型防護用具在擁有更高的防護強度和柔韌度的同時，獲得了更輕的質量，降低了運動員進行運動時的負擔，具備更強的使用前景。
球類運動相關器材 
球類運動主要分為球及擊打設備兩部分。
其中，球品如籃球、足球等多使用 PU 或尼龍、橡膠等材料作為外科，以碳纖維增強材料作為中心結構；高爾夫球等則利用聚氨酯泡沫整體填充加工制成；球拍如網球拍、羽毛球拍則通常選擇使用碳纖維增強樹脂復合材料為主要的球拍結構加工材料，目前高端運動領域及競賽領域的羽毛球拍、網球拍等已經基本全部被碳纖維增強樹脂復合材料占領。
帆船運動 
傳統的金屬桅桿質量大、穩定性差且不耐海水腐蝕；木質桅桿強度低、不耐拉且吸水后質量提升速度過快。因而，傳統的桅桿逐漸被碳纖維符合材料代替。
使用碳纖維復合材料加工而成的桅桿擁有相同體積下鋁合金桅桿低于 2/3 的質量，在質量降低的情況下，能夠幫助船身整體進行重心調整，減少壓艙物，從而幫助船體整體“瘦身”，使運動員能夠更好地掌握帆船平衡。
采用層層交叉纏繞工藝制成的碳纖維復合材料桅桿大大提升了強度，增強了帆船的穩定性，使其航行更加的快速和安全。
從應力角度考慮，具有高強、高模的碳纖維復合材料在沿桅桿縱向上可提供足夠的剛度來抵抗彎曲變形；從使用環境上考慮，具有良好的耐腐蝕性的碳纖維復合材料能有效抵御海水、鹽霧等環境因素的消極影響。因此，高性能復合材料桅桿有著廣闊的市場應用前景。
結語
隨著我國精神文明建設的進一步深入和國民經濟的穩步提升，越來越多的社會群體和群眾希望通過體育鍛煉達到強身健體和文化娛樂的目的。 
因此，從20世紀末開始，我國的體育事業和運動產業獲得了飛速發展，當前我國體育行業的年產值和總價值均已位居世界首位。同時，我國的體育設施制造工業已經逐漸占據全球超過60%的市場份額，已經逐漸成為推動我國經濟增長和經濟體制改革的重要環節。
國家的體育產業發展情況，是衡量該國人民生活水平的重要依據之一，我國的體育產業及體育設施生產行業已經逐漸成為全球體育產業中最為重要的環節之一，先進的生物工程塑料與體育器材加工領域的結合，無疑對于我國體育事業發展具有極強的推動作用。
但是，從產業占國民生產總值的角度分析，我國的體育產業與發達國家相比比例仍然較低，表明我國的體育產業發展主要依賴我國巨大的人口紅利，實際發展水平與西方發達國家相比仍有較大差距，現階段發展潛力巨大。
