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化学与社会期中论文-羽毛球运动中的化学材料地球与空间科学学院地球物理系李杨羽毛球运动中的化学材料地球与空间科学学院李杨摘要：材料化学飞速发展影响着体育用品的改革与进步。各种新材料，新技术在羽毛球运动中的应用和功能。阐述了各种新型材料的功能和性质，以及与传统材料物性的对比差别和改进之处。关键词：羽毛球拍材料纳米碳纤维钛丝中管克维拉高分子材料减震橡胶服装纤维Sympatex材料新型透气材料调节材料随着科技的飞速发展，高新材料及其技术已广泛地应用的各项体育项目，它深刻地提升了体育项目的娱乐性，可观赏性，使得人们更加积极地投身体育事业，也让体育给我们的生活带来更多的乐趣。有研究表明，在当代这样一个高竞争，高压力的社会里，从事体育活动的人群都明显又一个良好的心态来面对竞争，面对压力。可见，我们的生活是离不开体育项目的，那么体育事业的发展便与我们的生活质量紧密地联系在一起。但是，体育项目本身的规则，形式或是内容是在短时间内不会发生什么大的变化的，可变的是与它相关的产业，体育器材，体育服装，用品。这些都在不同程度上促进了体育项目的发展，让体育项目更好地走入普通人的生活，给我们的生活带来更多的乐趣。化学材料的变革应该说是体育服装，器械等相关变革的源头动力，它的发展带动了整个体育事业的发展。可以肯定地说，羽毛球运动已经成为人们业余体育生活的主要项目之一，这化学材料在羽毛球运动中的发展是密不可分的。一．羽球拍的发展与高新材料羽毛球在上个世纪初兴起即刻受到人们的热烈欢迎。因为此项运动对运动员的体能，对运动场地的要求不高，而且规则简单，易学，所以深受广大人民群众的欢迎。有一幅球拍，一只球便可以进行该项运动。当然，对于这项运动，球拍是主体器械之一。最初，羽球拍都是木质的，从质量上说，过于沉重，不易于施展技术；从做工上讲也是十分粗糙。当现代科技和工艺渐渐走进羽运动，球拍的发展速度快得惊人，高新材料大量运用到羽毛球运动中的各个领域。每一次化学领域材料的拓展都很快的影响到球拍材质的发展，从木质拍，到铁合金，到镁铝合金，到碳纤维，到钛合金，到炭素纤维，再到纳米超强刚性炭素纤维。。。。。。以至于现在想要买一只球拍都不知该选择什么样的材料才好。当然这些材质的球拍都有着它自身的特点，又有优点也有缺点。当今时代，普通人群对于球拍的要求也越来越高，不在满足传统球拍的功能，伴随而来的是体育用品行业中的巨大商业价值。各商家，不断推出自己的新产品，大量运用高新科技和材料来吸引人们消费。而普通的人民大众对于一些新奇而又陌生的术语名词则是一头雾水，如纳米球拍，全钛球拍，有的商家就是利用人们的这点心理弱点来进行商业欺骗或蒙蔽。当然大部分的商家还是能较合理的介绍和宣传自己的产品。但其中的一些新型材料到底是一幅怎样的模样呢？下面就让我们来了解一些新材料的进展情况，先看一看一款羽毛球拍的介绍。\n化学与社会期中论文-羽毛球运动中的化学材料地球与空间科学学院地球物理系李杨（1）尤尼克斯（YONEX）_NS-7000纳米科技羽毛球拍钢号类型：拍杆：7位光刻钢号；拍柄：8位光刻钢号拍框材料：高强碳素纤维+纳米碳素拍杆材料：高强碳素纤维+纳米碳素性能介绍：日本YONEX公司2005年最新产品，采用YONEX最新羽拍技术--纳米技术（NanoTechnology），一如既往，引领同行！纳米碳纤维（弗拉伦材料）：其中我们首先可以注意到纳米碳素这个名词。自从上个世纪人们开始对纳米尺度物质性质进研究，大量纳米科技走进我们的生活，使我们的生活有了很大改观，从医药到能源、通信、交通、电子、军事、家居……渗透到各个领域之中，现在，纳米科技开始在体育行业初露锋芒。纳米技术成功地运用到高强炭素纤维材料中，使得用此材料制造出的球拍性能上得到了大大的改进，YONEX将直径0.7纳米（nm）的纳米级材料“弗拉纶”粒子渗透到碳原子的间隙之间，对所有碳纤维组织在分子键的基准上进行补强，使球拍抗冲击强度提高30%，耐用度提高10%，拍杆部分重量减轻15%，反弹性能提高5%。其中的“弗拉纶”是YONEX的一种新技术材料，它由60个碳原子结合成足球状粒子，直径仅为0.7纳米。应用纳米技术创造的“弗拉纶”粒子诞生出新一代碳素材料。纳米工艺能控制到分子水平，并增强分子之间的结合力。这种材料可以发挥出比以往球拍更惊人的强度。球拍的强度以及轻量化有了飞跃性的提高。碳纤维增强树脂复合材料具有密度小，耐高温，耐磨损，导热，热膨胀系数小等一系列优异性能。运用到球拍的制造生产中的确是很好地材料。而纳米材料本身具有超强，高硬，高韧性，将其与纤维融为一体后纤维也将具有这些特性。这样这种炭素纤维+纳米碳素材料具有质轻，轻度高的优良性能。相比于以往的炭钢，钛合金等都有了很大的改进。（图一纳米二氧化硅碳纤维球拍）下面是一碳纤维和传统金属材料特性的对比表。从表中数据可以对比看出碳纤维密度小，耐高温，热膨胀系数小，机械强度大等优点。表1炭素纤维和金属材料的性质炭素纤维炭钢铝合金钛合金密度(g/cm3)1．67．82．84．5拉伸强度（Mpa）17601370470960热导率507．61886．2热膨胀-0.71223---------杨氏模量（Gpa）12520675108\n化学与社会期中论文-羽毛球运动中的化学材料地球与空间科学学院地球物理系李杨钛丝中管：这种材料是人们在发现钛合金之后，研发出的一种新型材料。从表一我们注意到钛合金的密度相对较大，但具有适中的拉伸强度，于是人们想出办法对其物理形态进行改变，催生了“钛丝中管”这种新型材料。（图二钛丝中管）将传统的钛合金中间进行抽丝处理，使得拟补了这种材料密度大上的缺点，并保留了钛合金的机械强度，可以使羽毛球拍的性能有很大的提升空间。还有一些材料本来在其他领域开发出来的，一些厂家将这些具有优良机械性能的材料也引入到羽毛球拍的制造技术之中，如一种叫做克维拉的高分子材料成为近期羽毛球拍材料的宠儿，价格上也相应地高出了许多。克维拉高分子材料：近几年，一种叫做克维拉（Kevlar）的高分子材料也运用到了球拍的设计当中。它最早被应用在防弹衣上，具有很好的力学性质。这种高分子材料的化学本质是聚芳香酰胺。这种有机高分子的单元结构为（-COC6H4-CONH-C6H4NH-对苯二甲酸对氨基苯胺），由于分子中含有很多个苯环，使得分子之间的作用力增强，所以宏观上表现出良好的物理力学性质：柔软性高，强度大。用克维拉纤维编织的材料具有超强的减震效果。可以使得羽毛球拍在击球瞬间具有很高的强度。（图三克维拉材料球拍和克维拉高分子材料的基本单位）减震橡胶：为了提高球拍击球瞬间的减震效果，人们开始利用橡胶的物理特性来改善球拍的减震效果。评价橡胶减震效果的能力，我们通常用损耗因子来衡量。损耗因子越大，橡胶的阻尼和生热越显著，减震效果越明显。橡胶是一种有机高分子材料，它的损耗因子的大小不仅与橡胶本身的结构有关，而且与温度和频率有关。在常温下，天然橡胶(NR)和顺丁橡胶(BR)的损耗因子较小，丁苯橡胶(SBR聚苯乙烯-丁二烯),氯丁橡胶(CR聚(2-氯-丁二烯))、乙丙橡胶(EPR),聚氨酯橡胶(PU)和硅橡胶的损耗因子居中，丁基橡胶(IIR)和丁腈橡胶(NBR丙烯氰-丁二烯共聚)的损耗因子最大。橡胶材料的加入，使得球拍的耐磨度，抗冲击性更好，同时也增长了使用寿命。名称化学本质性质应用天然橡胶NR聚异戊二烯弹性好耐油差轮胎丁苯橡胶SBR聚苯乙烯-丁二烯抗湿滑滚动阻力小合成橡胶轮胎制鞋等氯丁橡胶CR聚(2-氯-丁二烯)耐油好耐候好耐光轮胎减震橡胶传送带耐热耐腐蚀耐寒性差丁腈橡胶NBR丙烯氰-丁二烯共聚耐油好耐老化耐磨油管内壁抗静电制品表2几种橡胶性质与应用领域的对比\n化学与社会期中论文-羽毛球运动中的化学材料地球与空间科学学院地球物理系李杨（图四球拍上氯丁橡胶(CR线孔）二．羽毛球运动中的服装与化学材料服装的发展有着更久远的历史，而且用于服装上的材料更是千差万别。但对于体育运动中穿着的服饰，我们对其有着更高的要求。舒适，轻量，防静电，防紫外线，吸汗速干。。。。。。这些都对材料的选择起到了指引的作用。随着新材料的一代代问世，体育服装的材质功能也随之进行着大跨步式的发展。现在的体育服装材料有以下几个类别：涤纶，丙纶，芳纶，尼龙等等。这些都是有机高分子材料，分子由许多单元结构聚合而成。其中以涤纶最为常见，它具有很多良好的性质。涤纶：涤纶的学名为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（PET），简称为聚酯纤维。其有机单体为(-COOC6H4COOCH2CH2-)对羟基苯甲酸和2-羟基丙酸。于1953年才开始工业化生产，涤纶以短纤维为主，主要用来与棉、毛、粘胶、麻以及其他化纤混纺制造各种衣用纺织品。涤纶纵面平直光滑，截面为圆形其耐酸不耐碱。因涤纶大分子中的酯基在碱液中要发生水解强伸性和弹性：其强度高、伸长大、弹性回复性能好。按加工的不同，涤纶有高强低伸、低强高伸等类型。但由于聚酯分子链的紧密敛集，结晶度和取向度高，极性较小，缺乏亲水性，导致涤纶纤维吸湿性差，易产生静电，沾污，穿着闷热，不透气，手感差以及染色较难等。丙纶：丙纶的学名为聚丙烯，有机单体为-CH=CHCH2-.丙纶也具有很多优点，如强度高，弹性好，抗静电性好，吸湿率低等价格廉，不过它也存在一些缺点如：色泽单调,染色性差,耐热性差,易老化,不耐光。名称化学本质导热系数密度g/cm3强度g/d涤纶-COOC6H4COOCH2CH2-7．31.384.7-6.5丙纶-CH=CHCH2-60.94.5-7.5尼龙聚酰胺类————————4.5-7.5芳纶聚间苯二甲酰间苯二胺————1.372.8-5.4腈纶81.172.5-5.0表三各种纤维物理性质的比较在选择了编织材料的同时，现在有很多厂商运用了许多纳米编织技术，使得涤纶材料的运动服装的透气性有了显著提高。新兴的一些材料：YONEX公司首先尝试了在服装材料里添加了“木糖醇”（Xylitol也叫戊五醇，是一种五碳糖醇它的分子式为C5H12O5）使得服装性能显著提高。木糖醇以白桦和玉米为原料，它具有和水分接触便能吸收其热量的独特性能，可使体表温度降低3度左右。再加上，将碳纤维编织技术加入到羽毛球衫的制作当中，使得产品在运动过程中更加舒适。目前，国外还利用一种天气状况极易聚合物包覆尼纶或涤纶的新兴面料：天气炎热时，纤维会自动张开，让汗水排出；天气寒冷时，纤维会自动关闭，产生保暖作用。制造这种新\n化学与社会期中论文-羽毛球运动中的化学材料地球与空间科学学院地球物理系李杨型面料的秘诀在于那层天气状况记忆聚合物(暂为保密物质)，其聚合物分为晶体和非晶体两部分，当温度降至25摄氏度以下，分子会收缩，分子间的距离缩短，从而起到保暖作用。尼纶和涤纶纤维被包覆于厚度仅5-10微米的聚合物内，用此面料制成的运动服装，能迅速吸收汗水和帮助汗水蒸发，不会黏着皮肤，运动员的体温可以得到很好的自动调节。另外，用一种晶体可塑性特别好的新型纤维材料，经过特殊处理，就能随温度变化而有效的储存或释放能量。当环境温度升高时，晶体会吸收能量；当温度降低时，则会把能量释放出来。形成了一种自动调节的机制，可在一定范围内自动调节温度，不过这个范围也是有限的。Sympatex膜：这是一种来自德国的高新材料，它是一种亲水的均匀．无孔、平滑的合成膜，无色，稍不透明．基本上可以复合到任何纺织物和皮革上。Sympatex材料由于其独特的内部分子结构，它能防水，但又能让水汽通过。具有其它材料所不具备的防水、防风与透气性能。它由70％的聚酯和30％的聚醚共同组成。聚醚纤维为亲水性纤维，聚酯纤维为疏水性纤维。三层复合的Sympatex材料可用于运动衫的制造中，具有优良的透气性质。三．球鞋中的奥秘对于羽毛球运动，一双具有良好性质的球鞋也是很重要的，有很多厂家也在这方面上作出了很多的成果。运动鞋中的高分子材料主要一些几种：聚氨酯或热塑聚氨酯，氯丁橡胶，乙烯-乙酸乙烯酯。从这则宣传广告中我们便会注意到一些名词，比如PU,三明治布网等。其中PU代表的就是聚氨酯。聚氨酯(PU)是由多元醇和多异氰酸酯反应制得的一类主链上带有重复一NHCOO一集团的聚合物总称。这种有机有机高分子材料主要应用在鞋底的制作上。可以增强球鞋的减震效果，并且使更加舒适，耐磨。鞋的外底使用耐磨橡胶，一般以氯丁橡胶（聚(2-氯-丁二烯)）为主，提高了球鞋的防滑减震功能。下面是聚氨酯（PU）高分子材料的基本结构和氢化氯丁橡胶的物性表。\n化学与社会期中论文-羽毛球运动中的化学材料地球与空间科学学院地球物理系李杨表四氢化氯丁橡胶的物性表氢化氯丁橡胶具有了更好的物理力学性质拉伸强度硬度都有提高。提升了减震,抗氧化的能力。结束语：羽毛球运动仅仅是体育世界的一部分，更是我们生活中小小的一部个掠影，其中竟然包含了这么多化学科技在其中，可见化学与分子工程这个学科是这么深刻地促进着我们的生活质量，加快着社会的发展。短短的几十年里，化学高分子材料和新兴材料不断涌现，可以说在一定程度上改变了我们的生活方式，娱乐方式等等。记得有人说过，化学永远是最magic的学科，它总会给你惊喜，给你的生活带来意想不到的变化，我想这是对的，从羽毛球运动这样很小的领域，我们就看到了各种高新材料无处不在，那么对于我们的社会来说，化学与分子工程科学应该可以称得上是社会发展的最有力的生力军之一了。参考文献：1．史鸿鑫等，《化学功能材料概论》，北京：化学工业出版社20062．贺福王茂章等《碳纤维及其复合材料》，北京：科学出版社19953．张玉龙，《纳米复合材料手册》北京：中国石化出版社20054．赵艳秋等，《化学与现代社会》大连：大连理工大学出版社20065．周孝信等，《有机高分子材料科学》北京：科学出版社20066．李法华等，《功能性橡胶材料及制品》北京：化学工业出版社20037．邢其毅，《基础有机化学》第三版北京：高等教育出版社2005后记：作为非化学专业的学生写关于化学的论文确实有一定的难度，很多东西需要先学习后论述，但其中的乐趣只有自己最清楚。这是一个学习和运用的过程。在研究了一些体育用品中的新材料，对这各领域的一些化学知识有了大体的了解同时，一方面增长了化学知识和对化学体系的了解，另一方面更增加了我对羽毛球运动的了解和喜爱。感谢卞江老师在这个过程中的指导与支持！