体育运动与休闲用纺织品课件

1、体育运动与休闲用纺织品体育与休闲用纺织品概述体育运动与休闲器材体育场地铺设纺织品概述现代体育正朝着更快、更高、更强的方向发展，这就要求运动器材也要适应体育运动的发展，于是对运动器材提出了重量轻、强度高、弹性好、不易变形、耐用坚固等要求。由于复合材料尤其是高性能复合材料具有这样的特点，因此高性能复合材料越来越多地应用于各项体育运动中。目前，各国正积极开发在功能性、设计、价格方面均能满足比赛要求或消费者需求的新体育器材。同样，休闲娱乐器材如钓鱼竿、娱乐设施、音乐用品等，也大量利用复合材料制造，改善或提高了它们的性能。体育运动与休闲娱乐器材一、球类运动器材二、冰雪运动器材三、跳高运动器材四、射箭运动

2、器材五、水上运动器材六、户外运动器材七、休闲娱乐器材一、球类运动器材1.球棒 棒球：近年来，工程师们研制出了两种复合材料球棒，即石墨复合材料球棒和木质复合材料球棒。前者是在自动长丝缠绕机上制成的，这种机器能精确地配置好坚固的石墨纤维与玻璃纤维，用环氧树脂将这些纤维连续地黏合在一起，制造出中空球棒结构；后者是用浸渍过树脂的合成纤维和纱线作为高强度实心部分，用白蜡树作为表层材料而制成，其使用性能与传统的硬木球棒相类似，但不易折断。此外，也有采用碳纤维增强的聚碳酸酯和聚酯混料制造球棒，棒内填充了氨基甲酸乙酯，用来调节最佳击球点的位置和尺寸，使得打起球来更加灵巧、准确。一、球类运动器材 垒球：垒球脱胎

3、于棒球，棒球是男子运动，而垒球男女均可参加，两者使用的器材十分相似。垒球棒是由木制发展到铝合金制，到现在已采用增强塑料制造。目前，市场上具有两种不同结构性能的垒球棒，即以发泡聚氨酯芯材上包覆玻璃纤维复合材料球棒和碳纤维复合材料球棒。前者重量重，挥动费力；后者是在玻璃纤维增强发泡聚氨酯的芯材上覆以碳纤维复合材料层所形成的，并可在击球部位根据需要加上玻璃纤维增强层，该球棒重量轻，平衡好，击球时容易挥动，而且比木制球棒强度大、有耐久性，比铝合金制球棒弯曲大、触觉优异。一、球类运动器材 高尔夫球：高尔夫球棒由手柄、球棒杆和球棒头3部分组成，它要求具有适宜的直径、重量轻、适宜的弯曲刚性、扭曲小、弯曲强度

4、大等性能，这些性能主要由球棒杆决定。球棒可以采用胡桃木、钢、铝合金、玻璃纤维增强塑料、钛合金、铬钒轻质钢、碳纤维增强塑料等材料制造，但其性能因材料的不同而不同。其中，碳纤维增强塑料制球棒较其他材料制球棒不仅具有轻质高强、弹性好的优点，还可以做到在保证球棒总重量轻的前提下，通过调整球棒杆与球棒头重量的关系，加大球棒头的重量，从而可获得更快的击球初速度，使球的飞行距离更远。一、球类运动器材2.球拍网球拍的材质、形状、网线张力等因素直接影响着网球选手的运动成绩，尤其以网球拍的材质最为关键。当前，网球拍朝大型化、轻量化方向发展。球拍框面积的增大将导致网线张力的增加，为了保证球拍的整体重量轻以及击球时不

5、变形，就必须采用重量轻、比强度、比模量高的纤维复合材料制造。碳纤维复合材料是当前最受欢迎的球拍材料，这是因为它重量轻、耐用，而且它的减震阻尼性出类拔萃。目前，芬兰研制了采用增添纳米纤维的方法制作球拍，将碳纤维放入加有二氧化硅（纳米级颗粒）的环氧树脂中进行预浸渍，制成单向碳纤维增强片材，在用片材制成球拍，从而改善了球拍的性能一、球类运动器材3.球类 橄榄球：长久以来，人们一直用猪皮制作橄榄球，但在寒冷季节里运动员很难接扑这样的橄榄球，于是制造商开始用丁基橡胶软皮制作橄榄球。尽管该球较柔软，也易接扑，但耐用性很差。后来，制造商采用纺织复合材料，即用多层聚氨酯织物制作外壳，用3层高性能聚酯纤维织物组

6、成内衬，用卡夫拉29作为缝合线，制成的橄榄球强度高，耐用性好且不易变形。一、球类运动器材 足球：典型的现代足球采用天然橡胶做内胆，外包聚氨酯，并采用多层制作以及加强衬里。2002年世界杯足球赛的指定用球“飞火流星”被誉为“历史上最精确的足球”，它采用聚氨酯合成泡沫制作。这种合成泡沫由大小相同、具有高弹性、耐用性特别好的微型单元组成，使球在受力后迅速回复 到原来的形状，球员触球后的能量会均匀地被整个球体吸收，改善了球体的减振特性，提高了足球的可控性，并使得得球体能够在特别恶劣的条件下使用。一、球类运动器材 篮球：世界著名的“斯伯丁”篮球采用专用丁基橡胶作内胆，用柔韧度优异的专用锦纶纱缠纱，用专业

7、厂家特供的皮料做表皮，制成的篮球具有弹跳柔和稳定、投篮时球体飞行和旋转稳定准确、控球手感好、球体坚固、不易变形、防滑、耐磨、吸汗等优点。目前，常用的表皮有黄牛面皮、ZK超细纤维、PU合成皮、PVC合成皮、合成橡胶等品种。二、冰雪运动器材1.溜冰鞋轮滑运动的性质决定了必须采用抗冲击强度高、刚度大的材料制作溜冰鞋。制造商开始采用抗挠曲强度、抗拉伸强度以及抗冲击强度均较大的钢材，但太重；后来采用玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料，不仅满足了抗冲击强度和刚度都很高的双重要求，而且重量减轻了50%。同时，由于减少了焊接和垫圈及其他构成部件，还使得溜冰鞋的组装工序得到简化。采用复合材料还增强了溜冰鞋的抗化学性

8、和耐磨性，还能做成不同色彩的产品。二、冰雪运动器材2.滑雪板滑雪板一般要求滑行性好、转弯机动性好、止速性强，高山速降滑雪板还必须具有弹性好、强度高、振动衰减性好，以及可全天候使用、耐磨、耐久等性能。由ABS和聚乙烯作滑雪板上下面层，用碳纤维环氧复合材料作结构层，用聚氨酯泡沫塑料作夹心层，形成滑雪板。该滑雪板重量轻，刚性大，磨损小，转弯、斜坡和越野赛中脚底用力较小，滑行和速降速度都有提高。在此基础上，为了提高弯曲强度和抗冲击强度，工程师们又成功地利用聚酰胺纤维、碳纤维及环氧树脂作材料，采用挤拉和纤维缠绕工艺，研发除了高强度、抗冲击强度大、弯曲强度大的滑雪板。二、冰雪运动器材3.冰球：早期的冰球棒

9、是由整块木头制成的，重在740-850g之间。近年来，冰球棒的材质有铝、碳纤维、玻璃纤维、钛以及凯夫拉，其木质杆刃（即击球部分，重量约510g）被粘接到球棒上，球棒弹性较大，可以弯曲，以增加击球力度。为使球棒的刚度更大、变形更小，有利于传递更高的速度，工程师们研制出了一体化成型加工的复合材料球棒，即在不同密度的泡沫塑料上面，采用碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉等铺层，再经过灌注树脂形成。该球棒由于杆柄与杆刃之间没有接缝，使得其耐用性比木质球棒提高了7倍，并具有很好的振动吸收性及快速能量释放性。三、跳高运动器材撑杆是田径运动员在撑杆跳时使用的关键器材，它起着传递力量、积蓄能量，并使运动员越过一定高度的重

10、大作用。撑杆的重量直接影响着运动员的持杆助跑速度，减轻重量将有助于获得更好的助跑速度，跳出更好的成绩。撑杆的弹性和长度，更是运动员能力发挥的关键，也决定着成绩的好坏。因此，撑杆既要轻、结实、又要具有较大的弯曲强度与反弹能力。碳纤维复合材料撑杆取代了玻璃纤维撑杆，撑杆更轻（比玻璃纤维撑杆轻10%以上）、弯曲强度更高、反弹力更大、疲劳寿命更长。四、射箭运动器材射箭运动器材主要包括弓和箭。当年成吉思汗的军队所用的弓是用动物胶黏合木片制成的，这种弓尺寸小、弹性大，而且没有扭曲变形，因而射击准确。今天，体育比赛用的弓、箭都用碳纤维复合材料制成，这种弓箭不仅重量轻，而且具有较高的弯曲强度与弯曲模量，可承受

11、运动员施加的最大弯曲应力，使得射击的准确性和距离都得到了很大的提高四、射箭运动器材1.弓先进的复合材料弓是用玻璃纤维环氧复合材料作内层、碳纤维环氧复合材料作外层制成的。纤维铺设方向对弓的质量影响很大，内层玻璃纤维顺弓面方向30角交替铺放。最外层用碳纤维沿弓面方向铺层充分发挥碳纤维的强度和刚度。2.箭在射箭运动中，总是希望放弦后的全部能量都转换到箭的运动中。通常箭的重量越大、刚度越小，其耗能量越大，命中率越低。一般箭杆由复合材料制造，箭尾和箭翼用塑料制造，箭头为金属。箭杆是由0.2mm厚的薄壁铝合金管和3层碳纤维复合材料构成，外表面涂一层高温固化的环氧胶，该箭杆质量轻、直。五、水上运动器材1.冲

12、浪板几十年来，人们一直使用由泡沫和玻璃纤维制成的冲浪板乘风破浪。现在新开发了一种冲浪板，其内部为空心结构，外壳采用石墨纤维、凯夫拉合成材料和薄铝蜂窝材料制成。为了让冲浪板内的空气膨胀和压缩过程达到最佳状态，尾端设有一个小的通风口，使得空气出得去、水流不进来。该冲浪板的结构更坚固、速度更快，重量与其他冲浪板相比也减少了30%。此外，也有些冲浪板采用坚硬轻质的聚丙烯内核和石墨棒增加冲浪板强度。五、水上运动器材2.划艇、赛艇我国生产的划艇主要用玻璃纤维/不饱和聚酯树脂复合材料制造，船体结构中用少量木材做骨架。为提高划艇的刚度、强度，减轻重量，现多使用芳纶纤维增强复合材料制造，其艇体耐冲击性特别好，用

13、凯夫拉-49增强艇体比用玻璃纤维增强艇轻30%。划艇桨、浆杆一般用木材或玻璃纤维制成，近年来多用碳纤维增强塑料制作，使得浆杆更轻便、坚固、耐用且易于维修。国内浙江富阳地区几家制造厂水平最高，他们研制生产了特种纤维蜂窝结构赛艇系列产品，即采用碳纤维、芳纶纤维织物和诺梅克斯蜂窝芯经碳纤维、芳纶纤维混杂复合而成，具有强度和刚性高、韧性好、重量轻、抗冲击、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀和寿命长等优点。五、水上运动器材3.帆船、帆板帆船和帆板的前进是依靠船帆把风的动能转变为帆船的动能而实现的，因此必须使用质轻、尺寸稳定性好、模量高、吸水性差、耐气候性优良的材料制作船帆。最早用棉帆布制作，目前主要采用合成纤维如聚

14、酯、聚酰胺、高性能聚乙烯纤维等，以及碳纤维、凯夫拉纤维材料和叠层复合材料制作。也有一些帆船、帆板使用轻质的复合材料硬质船帆，这种硬质翼帆由多层碳纤结构和环氧树脂层压成型，能给帆船或帆板提供更大的动力。六、户外运动器具1.帐篷帐篷具有防风雨、防寒暑、防蛀虫的功能，不同类型的帐篷会选用不同特点的织物。旅游用帐篷要求具有轻便，容易携带、防水透气等特点，常选用轻薄型防水透气织物，如聚酰胺、聚酯长丝的涂层或层压织物。（军用型帐篷）帐篷的里料（内帐材料）通常采用透气性好的棉布、聚酰胺绸、网眼布以及低密度织物等，其中聚酰胺绸使用性能要优于棉布。帐篷底要求防水、防潮、防尘，通常选用PE、PVC或PU涂层的牛津

15、布做底料，PU涂层的牛津布在坚固性、耐寒性、防水性方面都较好。六、户外运动器具2.睡袋户外运动用的睡袋要求具有轻便、保暖、透气、舒适等特点。羽绒睡袋是人们常用的睡袋之一，其外层使用质地紧密、经过耐久性拒水整理的低特纱织物，以减少绒毛的泄露和增强防风性；内部衬里织物常使用重量较轻的锦纶，一般比外层织物更轻一些。另外，基于PTFE微孔膜层压织物的防水透湿及保暖特性，美国已将Gore-tex复合织物用于睡袋，采用了双层结构，外层为锦纶织物，里层为Gore-tex膜。这种睡袋使用时没有缺氧以及一氧化碳中毒的危险。六、户外运动器具3.自行车车架和车轮是自行车的主要组成部分，它们决定着自行车的重量、强度、

16、速度和弹性等性能。山地自行车和赛车必须使用挠曲性良好的车架，才能吸收各种振动。高性能复合材料具有较高的耐挠曲强度和耐疲劳强度，能延长自行车的使用寿命。目前，美国、法国研制的赛车车架都是采用整体结构，所用材料都是以碳纤维和石墨为基础的复合材料。车轮的设计一直把减少风的摩擦阻力作为其首要问题。当前则采用碳纤维复合材料制作了蝶式车轮-一个像铁饼样的圆盘，更有效地减小了风阻力，可让选手骑出更快的速度，而且其赛车重量只有9kg，比一般赛车轻的多。六、户外运动器具4.攀登墙攀登墙是由攀登面板和支架组成。攀登面板应该具有必需的强度和刚度，英国开发了复合材料面板，采用手工铺层法将玻璃纤维和环氧树脂制成有手、脚

17、轮廓特征的蒙皮，然后在其内灌入聚氨酯泡沫塑料加工形成。这种面板轻质、刚性好，当运动员攀登时，不会因体重踩蹬而挠曲。七、休闲娱乐器材1.钓鱼竿钓鱼竿趋向于轻、薄、细、长，其选用的材料要求具备优异的弯曲强度和弯曲模量。早期采用玻璃纤维增强塑料制作，其弯曲，弯曲回复性能好，抗振性好，但易发生断裂；后来采用碳纤维增强塑料制作，与玻璃纤维增强塑料钓鱼竿相比，碳纤维增强塑料钓鱼竿要轻得多，撒竿时消耗能量少，使得撒竿距离远20%左右。碳纤维增强塑料钓鱼竿长而好，刚性大，钓鱼竿在弯曲之后能迅速复原，使其传递诱饵的感觉较为灵敏。七、休闲娱乐器材2.儿童娱乐设施在娱乐设施中，复合材料已大量用于游乐车，游乐船、水上

18、滑梯、速滑车、碰碰车、儿童滑梯等产品。这些产品充分发挥了玻璃钢重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐冲撞、色泽鲜艳、产品美观及制造方便等特点。儿童玩具和器材，如气垫床、充气活动房、大型充气动物模型与玩具、玩偶以及大型、小型折叠式游泳池等可采用涂层和层压织物制作。3.游泳池可拆装游泳池通常利用经压延法进行聚氯乙烯涂层处理的高强聚酯纤维丝衬纬-编链经编织物制成，依靠一稳定的支撑，可安装于公园、花园空地上。七、休闲娱乐器材4.音乐用品 乐器：一直以来，小提琴、吉他等弦乐器的琴身都是木制的，木材易遭受周围环境温湿度的影响而导致翘曲、变形，使弦的张紧度、弦和档子间的距离改变，影响乐器的音质。目前，用碳纤维复合材

19、料代替云杉制作提琴、六弦琴的声板和颈身，效果很好。它不仅能有效地重现云杉木板声振动时产生的各向挠曲变形，而且由于阻尼系数超过云杉木，使得在高频时发出的音调比木制品更为纯正。另外，由于它不像云杉那样吸水，故音质再现性好，音调也更加优美动听。七、休闲娱乐器材 音响器材：由于纤维复合材料具有比模量高、耐疲劳等特性，使得它在音响器材方面也得到了广泛的应用，如扬声器的振膜。振膜是扬声器的重要组成原件，过去多用木质纸浆制造，但比模量低，易吸潮变形，从而引起失真；用天然纤维或合成纤维的复合材料尤其是碳纤维复合材料制造的振膜，能获得高保真的音响效果。由于碳纤维的导电性，既可消除静电和交流声的干扰，也具有屏蔽电

20、磁干扰波的作用。另外，碳纤维复合材料还可以制作磁头套，以及录音机和摄像机的活动齿轮、滑轮和轴承等。八、体育场地铺设纺织品体育场地铺设纺织品是运动场地现代化的重要标志，主要包括体育场地表材料和场地覆盖材料两方面。地表材料主要包括人造草皮、跑道及地板等方面，要求使用的材料具有耐久性、耐磨性、不易损伤、抗沾污，易清洁等性能；场地覆盖材料主要采用传统的涂层、层压织物以及膜结构材料。（一）体育场地表材料1.人造草皮目前，人造草皮已广泛地应用于足球、篮球、曲棍球、橄榄球、高尔夫球、等运动场地。与天然草皮相比，它具有以下优点：能满足全天候、高强度的运动需求；防腐、防晒、环保、对人体无伤害；密布而又隐秘的渗水

21、孔，使雨后积水的程度大大小于天然草皮；平整、无凹凸等。最初的人造草皮表面是天然草皮的直接模仿，即地毯型绒头织物草皮；后来又研制了毡状人工地表织物草皮。草皮的常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈纤维等。（一）体育场地表材料2.人工培植的天然草皮人工培植的天然草皮是指采用非织造布培植的草皮，即在两层非织造布中间均匀播撒草子和肥料，经低密度针刺后卷绕成卷形成。这不仅简化了由草子自然生长的天然草皮的培植过程，还可以回收天然纤维废布和服装厂边角料，把它们粉碎后用水溶性黏合剂合成非织造布，价格低廉。（一）体育场地表材料3.运动场地加固材料天然草皮常用合成纤维网状物进行加固，加固的方法有两种：一

22、是把草皮铲起，安放好合成纤维网后再铺上；二是直接安放网状物，然后在上面铺上植草。这些网状物坚牢、柔韧而抗腐烂，同时又具有透孔的结构，允许草根在网内和透过网层生长。使用网状物可以使地面稳定，阻止草在体育运动中被连根拔起，实际上也就改善了草的自然生长和草皮的恢复完好。同时，由于网状物增进了土壤的孔隙结构，从而改善了场地的排水性能。这种网状物可以采用锦纶单丝熔融固结而成的单丝缠结结构，强力高而稀疏透孔。（一）体育场地表材料4.田径跑道塑胶跑道发挥作用的主要部分是铺在水泥基地上那层不超过13mm厚的、薄薄的聚氨酯合成覆盖物，它具有弹性好、耐磨、防滑、色彩美观、场地清洁、易维护、不受气候影响等特点，这种场地平坦均匀，可吸收振动，使运动员弹跳自如，并可防跌伤以减少运动创伤。纳米跑道是在聚