体育休闲用纤维制品ppt课件.ppt

第十三章体育、休闲用纤维制品,1,在体育与休闲用品中使用的纤维制品材料种类很多，其发展经历了天然纤维、化学纤维与高性能纤维及其制品等几个阶段，而且各种纤维制品通常需要经过适当的后加工技术制成，主要包括涂层和层压技术。近年来，采用纺织复合材料作为体育器材的应用也越来越多。,2,纤维制品在体育休闲领域的主要作用可概括为以下几方面。(1)为提高运动成绩创造条件：目前，国内外体育界十分重视各种高新技术产品在体育训练及比赛中的应用，更注重运动性和舒适性，以使竞技水平和竞技成绩不断提高。(2)提高运动的安全性：纤维制品在体育运动与休闲娱乐活动中作为安全防护服装与器具，可有效防止各种运动伤害，它们在各种运动场合中是必不可少的。(3)促进身体健康：体育休闲用的各种专门、专业的服装都需满足穿着舒适、合体、符合人体工学及运动生理学等要求，这为人类科学锻炼、强身健体提供了保障。(4)为体育休闲活动提供各种器材及场地设施等条件。,3,第一节运动服装用纤维制品,一、运动服装用纤维制品的特点(一)运动服装对纤维制品性能的要求运动服装特指在各种体育运动及休闲运动中所穿着的服装，运动服装对纤维制品的性能有一系列特殊的要求。运动服装在外观上一般应具有色彩鲜艳、款式活泼、风格时尚等特点；在力学性能上，运动服装应满足强力大、弹性好、耐磨、尺寸稳定等要求。此外，在体育活动中所穿服装对穿着舒适性与功能性有着更高的要求，主要包括：轻质性或厚重性、隔热性、防水透气性、拒水性、吸湿性、吸汗性、速干性、防紫外线性、抗菌去臭性及拉伸特性等，应根据不同项目的要求来设计和选择不同的纤维制品。,4,(二)运动服装用纤维材料在化学纤维出现之前，人们主要用棉、麻、毛等纤维制作运动服装。20世纪中期，合成纤维开始出现，并迅速在运动服装领域得到了应用。20世纪70年代末开始，合成纤维技术不断革新和进步，超细纤维、异形纤维、高弹纤维以及各种功能化纤材料不断涌现，使合成纤维在细度、穿着舒适性等方面得到了极大改善，开始重新被大量应用到运动休闲服装领域。,5,各种高技术纤维的出现，使运动服装用纤维制品的原材料来源更为广泛，产品种类也越来越丰富多彩。如超细聚氨酯纤维(Spandex)、强力莱卡(LycraPower)等弹性纤维纯纺或与棉、粘胶纤维等混纺的织物在各种运动服装中被越来越多地使用。各种阻燃和耐磨纤维制品，如诺梅克斯纤维(Nomex，即芳纶1313)等，常用于赛车驾驶员服装，发生车祸时可起安全防护作用。以纤维制品替代皮革用作训练鞋和慢跑鞋的材料也越来越多。,6,(三)运动服装用织物的选择一般来说，要求宽松、有一定强度、不易伸长变形的运动外衣常用平纹或缎纹机织物作为面料，纤维材料主要是涤纶、锦纶长丝及涤棉、涤粘混纺纱线，必要时要进行表面涂层等整理或后加工处理。某些厚重织物，如田径服、慢跑服装面料，可采用锦纶、涤纶、腈纶及它们与醋酯纤维、棉、羊毛的混纺织物，这类织物里层可以起绒或轻度割绒，以增加暖和感或改善舒适感。,7,贴身穿着的运动服要求穿着舒适、重量轻、具有弹性、防水透气、可调节体温等，常用针织物来加工，这是由于针织物具有柔软、轻薄、弹性较好、不贴身、不易蓄留水分、快干、保养简单等优点。长丝经编织物和短纤纱纬编织物均被广泛地用于制造大运动量的运动衫，所采用的纤维材料可以是涤纶、锦纶、粘胶纤维等；各种超细纤维、高弹纤维、异形纤维等新材料也被广泛使用，以提高贴身服装的穿着舒适性。,8,二、功能性运动服装(一)防水透湿运动服防水透湿织物也称防水透气织物、可呼吸织物，其特点是具有一定压力的水或者具有一定动能的雨水、雪、露、霜等不能浸透或穿过织物，而人体散发的汗液能够以水蒸气的形式传递到外界，不会积聚或冷凝在体表和织物之间而使人感觉潮湿和闷热，从而实现了防水功能与织物热、湿舒适性的统一。,9,防水透湿织物的防水透湿基本原理是通过设法使织物中的微孔或空隙尺寸介于水滴分子与水蒸气分子直径之问来实现的。一般来说，当织物中的微孔直径控制在0.0004300m之间时，都可达到防水透气的目的。一些新型的智能防水透湿织物还具有随着温度、湿度的变化自动调节微孔尺寸的能力，从而提高了产品的使用性能。防水透湿织物按加工方法的不同一般分为三种：高密防水透湿织物、涂层防水透湿织物、薄膜层压防水透湿织物。,10,高密防水透湿织物是指采用低特棉纱或超细合成纤维长丝织成高密机织物，使织物的纱线间隙小到不允许水滴通过，从而达到防水透湿的目的。高密防水透湿织物的优点是具有优良的透湿性、悬垂性及手感，缺点是防水性相对较差。织物涂层也是制造防水透湿织物的常用方法。直接涂层、转移涂层、泡沫涂层或凝固涂层等方法与工艺都可采用，其基本原理是通过涂层剂使织物表面孔隙封闭或减小到一定程度，从而达到防水效果，织物透湿性则通过涂层上经特殊方法形成的微孔结构或涂层剂中的亲水基团的作用来实现。,11,层压防水透湿织物是将具有防水透湿功能的微孔薄膜或亲水性无孔薄膜采用特殊的黏合剂与普通织物通过层压工艺复合在一起形成的。层压防水透湿织物具有手感好、悬垂性好、耐磨及柔韧性好、重量轻、强度高等优点；在工艺上选材范围广、设计灵活、污染少，是目前防水透湿织物市场中占有率最高的产品。,12,(二)吸汗及快干运动服吸汗与快干，即织物必须首先具有良好的吸湿性，能够最大限度地吸取皮肤表面的汗液；其次，要不断地将汗液从服装里层向外层传递，并及时使其散发出去，不能滞留在织物内。在织物设计的过程中，也可以通过纤维材料的选择、纤维形状规格的设计、不同织物组织的相互配合等方法，开发具有“单向导湿”能力的织物，从而达到服装吸汗快干的目的。,13,(三)保温及调温运动服田径运动服、冬季运动服等质量较重的织物常用聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维及它们与醋酯纤维、棉、羊毛的混纺织物，这些织物里层可以起绒或轻度割绒，以达到保暖与穿着舒适的目的。用温度记忆聚合物包覆纤维的新型面料，例如，锦纶或涤纶被包覆于厚度仅为510m的聚合物内，天气炎热时纤维会自动张开而让汗水排出，天气寒冷时纤维则会紧闭而产生保温作用。,14,(四)变色与反光运动服生产变色织物主要有变色纤维技术、变色染色技术和变色印花技术三种方法。其中，变色纤维技术有明显的优点，所生产的织物手感好、耐洗涤性好、变色效果持久。变色纤维是指可以随外界环境条件(如温度、光、压力等)的变化而显示不同色泽的纤维，属于特种功能纤维，主要有热敏变色、光敏变色、压敏变色、电致变色、湿敏变色等不同种类。利用反射材料或异型截面纤维可以制作具有很高反射率的反光防护服装，以利于穿着者夜间活动的安全。,15,三、竞技性运动服装(一)田径运动服由杜邦公司注册的，领先体育品牌的强力莱卡(LYCRAPower)服装，即能在一定程度上提高运动员的比赛成绩。这种服装一方面使运动员穿着松紧适度，保暖机体，增加腿部力量；另一方面，使肌体受到一定压力，减少引起疲劳的肌体颤动，保存体力，提高运动效率。这种服装也用于训练和比赛受伤后的机能恢复，消除体力、耐力和能力等类型的疲劳。,16,(二)冬季运动服在冬季室外运动场合，不断有各种新型纤维制品被开发出来，以替代传统的天然或合成纤维。如传统的棉风雪衣已经被防水透气的高性能聚酰胺长丝制作的风雪衣所取代，其方法是将聚酰胺长丝织物与防水透气微孔膜进行点状层压，用其制作各种冬季运动服。日本一家运动衣公司制造出一种高档滑雪服，该服装的织物含有碳化锆粒子，碳化锆粒子能吸收太阳能，然后把它转化成热能，同时，这种滑雪服所用的织物还可根据温度的变化而改变织物的孔隙率。,17,(三)水上运动服日本研制出一种新型水上运动用织物，该织物由三层材料层压而成，两层是聚酯长丝制作的特里科经编织物，中问夹了一层超薄、柔软的聚氨基甲酸酯薄膜，同时，织物表面呈凸条状。该织物可用于制作轻型水上运动服，供水上运动者与深海捕鱼者穿着，织物表面沿行进方向设计的凸条状沟槽可以使水在服装与皮肤之问快速流动，聚酯长丝中含有碳粒子，使织物能吸收阳光，将太阳能转化为热能，穿着者会感到非常温暖。,18,目前，泳装设计正向着降低阻力的方向发展，以实现将百米游泳记录缩短0.01s的目标。近年来，一些国家开发出了低摩擦阻力的材料，如采用超细聚酰胺纤维的高密针织物，并经拒水整理，使水的摩擦阻力进一步降低。同时，在泳装的结构设计上设法降低体形阻力，如在身体的凹凸部位设计凸条与沟槽，以产生导流作用，减少涡流的影响。,19,第二节体育器材与休闲娱乐用纤维制品,一、体育器材用纤维制品(一)球棒几十年来，球棒的主要原材料是白橡木，其具有抗冲击强度高、强度重量比值大等优点。树脂基复合材料亦是制作球棒的理想材料，兼有传统木质球棒的外观、手感与击球声，同时具有金属球棒的耐用性。目前开发出的复合材料球棒主要有两类：碳纤维复合材料球棒和木质复合材料球棒。,20,(二)网球拍在选材方面，网球拍的发展趋势是大型化、轻量化，大型化是指球拍的拍框架面积大，弦线的张力也增加(比普通拍框大2045)，这就要求拍框具有很高的强度和模量，以保证球拍击球时不变形。因此，传统的木质材料已经被淘汰，复合材料已经被广泛用于网球拍材料。日本于1974年率先推出了玻璃纤维复合材料网球拍。此后，随着复合材料技术的发展，生产厂家开始大量采用碳纤维、硼纤维、凯夫拉(Kevlar)纤维、陶瓷纤维以及玻璃纤维等增强的树脂基复合材料设计与制作网球拍。,21,复合材料具有重量轻、强度高、刚性好等优点，如碳纤维复合材料球拍比铝制球拍的强度高5倍，比传统的木质球拍强度高30倍左右。同时，复合材料还能减轻球拍颤动，尤其是碳纤维复合材料网球拍的减振与吸能的叠加效果可有效地阻止击球时的振动，从而提高网球与网线的接触时问，使网球的初速度变大，减振吸能特性还可赋予运动员舒适感。目前，网球拍中使用最多的增强纤维是碳纤维和石墨纤维，它们与其他高性能纤维(如芳纶、硼纤维等)混合使用，可制成质量优异的网球拍。,22,(三)橄榄球传统的橄榄球采用猪皮制作，在寒冷季节存在球不易被抓住的问题。后来人们采用丁基橡胶制作出了比较柔软的橄榄球，球员在寒冷季节比赛时接扑球变得较为容易，但这种橡胶橄榄球的耐用性、耐久性不及皮制橄榄球。于是，橄榄球设计者大胆采用了柔性纺织品复合材料作橄榄球，使橄榄球制造发生了革命性的变化。现在的橄榄球由多层聚氨酯叠合制作球体，强度高且耐用性好，不像一般丁基橡胶那样容易变形，其内衬由特殊设计的三层高性能聚酯短纤维织物组成，橄榄球缝合线采用Kevlar29，这种球目前已成为国际橄榄球联赛的首选产品。,23,(四)高尔夫球杆、曲棍球杆碳纤维复合材料可用于制作性能优异的高尔夫球杆，并可通过调整碳纤维的排布方向和使用量来改进球杆的动力学性能。1972年，美国制成了碳纤维复合材料的高尔夫球杆，采用碳纤维布预浸带卷绕成型工艺加工。球杆采用碳纤维材料复合材料后，其挠曲性能获得显著改善，不同的碳纤维配比，可以制成性能不同的高尔夫球杆，以满足业余与职业高尔夫球员的不同需求。一些高档的球杆采用高模量的硼纤维和碳纤维材料混合制成，其比模量较传统的钢制球杆要高7倍。比模量是弹性模量和重量的相对比值，材质的模量高，强度大，可使球杆做得更轻、更结实。,24,(五)雪橇、滑雪板、滑冰鞋采用凯夫拉纤维织物增强树脂复合材料制作雪橇，既坚固又轻。美国研究人员设计的复合材料雪橇由6层凯夫拉纤维织物与室温固化的环氧树脂层压制成，这种雪橇能经受连续发生的冲击与凹凸不平的冰地的摩擦。20世纪80年代，应用碳纤维及玻璃纤维等复合材料，制造出了各种各样性能优异的滑雪板。单排滑轮溜冰鞋对材料性能要求较高，需要一种兼有冲击强度高、刚度大的材料，复合材料正好迎合了这种需求。,25,(六)自行车车架是自行车的骨架，它在很大程度上决定了自行车的造型和使用性能。20世纪80年代中期，意大利、法国、英国、美国利用其在复合材料和工程塑料方面的技术优势，相继成功开发了用碳纤维管和铝合金接头黏结成车架的碳纤维自行车，与普通自行车相比，其质量轻、强度和刚度较高，因此一经制成便被用作专门的比赛用车。到了20世纪90年代，国外厂商将黏结型和整体型进行了“混合”，用碳纤维管和多通接头作“底”，外层再缠绕碳纤维，使多通接头埋在里面，外表看起来似整体成型，并能确保自行车的强度。,26,二、休闲娱乐用品(一)户外运动用品户外运动中大量使用的帐篷、睡袋、背包、登山鞋等产品都离不开纤维制品。帐篷的优劣，除设计因素外，材料的选用也是至关重要的，一般来说，帐篷材料包括面料、里料、底料、撑杆等。旅游帐篷的特点与要求是轻便、易携带，且防水透气，因此必须采用轻薄型织物作为面料，同时考虑到帐篷面料的尺寸稳定性、断裂强力及其他特殊后整理要求，通常以采用聚酰胺长丝和聚酯长丝平纹织物为主。,27,帐篷的里料(内帐材料)通常采用透气性良好的纤维制品，一般使用网眼布、聚酰胺府绸以及低密度织物等。旅游帐篷的后整理要求较高，工艺较为复杂。一般帐篷面料要进行拒水和涂层整理，防水涂层一般常用PVC或PU材料。对于高档帐篷，还应根据使用场合的要求进行其他特种后整理，如防紫外线、拒水、拒油、阻燃、防霉抗菌、防虫、防静电及硅油等特殊处理。撑杆是帐篷的骨架，玻璃纤维增强环氧树脂或不饱和聚酯树脂复合材料可使帐篷撑竿的重量大大减轻，回弹力得到极大改善。睡袋也是野营和郊游常用的纺织品，一般用微细合成纤维材料做成，聚酯纤维和聚酰胺纤维用得较多。,28,(二)热气球、降落伞及滑翔1热气球热气球对所用织物的防破裂性能要求较高，通常采用克重为3060g/m2的高性能聚酰胺机织物制成，并需做专门的防裂设计，防裂结构使织物裂开时裂口不会延伸扩大，较好的方法是在聚酰胺织物上涂覆一层聚氨基甲酸酯，以消除孔隙。典型的热气球大约由100块织物经缝合或黏结而成，总面积为15006000m2。,29,2降落伞降落伞织物的基本要求是：轻薄柔软、强度高、弹性好、良好的抗环境能力和透气性能。其中最具代表性的是由聚丙烯腈纤维或沥青纤维经高温碳化而获得的碳纤维(CF)。降落伞用的纺织材料经历了由天然纤维到合成纤维的变化。20世纪40年代之前，基本上是以真丝、长绒棉和优质麻为主。40年代后期，天然纤维陆续被化学纤维取代，50年代后，聚酰胺纤维在降落伞领域里占据了重要地位。近年来，许多新型纤维材料在降落伞上得到了应用，如芳纶(凯夫拉纤维)、高模量聚乙烯纤维。,30,3滑翔伞用作滑翔伞的材料一般具备下列特点：(1)伞衣挺括：与普通降落伞伞衣织物要求柔软的特点不同，高性能滑翔伞伞衣要求硬挺，因其是在地面起飞的，伞衣硬挺有助于立即充气保持伞形，从而获得良好的起飞性能。(2)伞衣不变形：伞衣在外力作用下应尽可能不变形，以便于使滑翔伞起飞充气，在飞行过程中能获得最佳的翼型，从而具有最大升力，使操纵、控制方便。为满足上述要求，伞衣宜采用高强聚酯织物，并经涂层整理。,31,(三)航海用品纺织材料因其具有各种功能和时尚效应而被用于航海用具上，主要产品有船盖、桅杆、风帆用材、船篷及船用遮盖物等。纺织品用于航海、帆船的历史较长，这类织物的性能要求是低伸长、高强度、较好的抗气候性、耐孝化性、耐化学性及优良的防水性能，常用织物有：1机织聚酯织物低伸长、拉伸弹性小，常用高强度、高初始模量的聚酯纱线制成的平纹织物。,32,2机织聚酰胺织物质轻、孔隙率小，有较好的抗断裂、抗撕裂强度，常用平纹织物，并可通过涂层方法控制孔隙率。3与取向聚酯膜黏合的层压织物4碳纤维与多层复合材料成本较高，应用较少。,33,(四)其他休闲娱乐用品1渔竿根据渔竿的使用特性，要求渔竿用材料必须具有优异的弯曲强度和弯曲模量，其发展方向是轻质、细长。20世纪70年代，国外就开发了玻璃纤维增强复合材料制成的渔竿，后来又采用性能更优的碳纤维复合材料制作渔竿，其特点是长度长、质量轻。英国国际编织线公司还开发了一种复合材料渔线，渔线的内芯采用高强度、高韧性的聚乙烯纤维股线制成，外表包裹了一层编织材料外壳。编织外壳可大大消除渔线的一些缺点，如阻止渔线合股纱的分离，减少其浮力，使渔线更好地下沉等。,34,2射箭用具碳纤维复合材料可用来制造弓臂、稳定器和瞄准器。碳纤维复合材料制作的弓臂不仅质量轻，而且具有较高的弯曲强度与弯曲模量，可承受运动员施加的最大弯曲应力。,35,3游艇、赛艇高性能纤维复合材料可用来制作各种形式的人力车、人力船及游艇、赛艇的船体等，它们的性能明显优于传统材料，既坚固又轻便，并有利于提高运动员的比赛成绩。因此它们在这类运动器材中得到了广泛的应用与发展。我国浙江富阳特种纤维应用研究所采用芳香族聚酰胺纤维、碳纤维和芳香族聚酰胺纤维蜂窝夹心材料等先进复合材料，研制与生产出的皮划艇和赛艇已被国家队用于参加26届奥运会。,36,第三节体育场地用纤维制品,产业用纤维制品在体育场地中的应用主要包括天然草坪培植材料、人工草坪材料、场地篷盖材料等。一、天然草坪培植材料由草籽自然生长的草坪称为天然草坪。当前，人们广泛采用非织造布作为培植天然草坪的基质材料，从而大大简化了天然草坪的培植过程，省去了传统方法培植草坪的种种麻烦，同时还可以回收天然纤维废布和服装厂的大量边角料，即把它们粉碎后用水溶性黏合剂黏合成非织造布，价格极其低廉。,37,此外，合成纤维网还可用来加固天然草坪下面的土质。一般有两种实施方法：一是将天然草皮卷起来，再把纤维网置于其下；二是将纤维网埋在土壤中，再将草籽播种在土壤上。纤维网可经受挠曲，不腐烂、孔隙多，草根可在纤维网问伸展，并穿越纤维网成长。纤维网能稳定和加固土壤，可阻止在体育运动过程中草根被连根拔出，减少草坪的损伤，也可改善天然草坪的生长条件，即使有些损伤也容易回复。,38,二、人工草坪、人工地坪由纤维制品制成的人工运动场草坪的成本可以显著降低，同时，人工草坪还具有均匀整齐、可全天候使用、性能稳定、不易损坏等优点。目前，人们已研制成两大类取代天然草坪的纺织材料产品：一类是地毯型绒头草坪织物，称为人工草坪；另一类是仿毡结构的纺织地坪材料，称为人工地坪。,39,上面是花式绒头纤维织成的密实垫，下面是连接绒头纤维的基布。绒头纤维由耐磨性很好的锦纶66经针织方法植于有韧性、结实的基布材料上，绒头纤维呈卷曲状，可提高回弹性、增加草坪密度，使草坪更加均匀，保持球类的回跳一致性。基布一般用高强聚酯纤维帘子线制成，并铺于泡沫垫上，使其具有缓冲作用，对运动员的硬着陆有安全保护作用。,40,人工地坪织物是由紧密的非织造布表层和连接基布组成。从上到下依次为毛毡表层(非织造布表层或纤维绒头)、连接基布、垫子或减震层(纤维或类似橡胶层)和有排水装置的坚固地基。表层的毛毡通常是由高密针刺的合成纤维非织造布制成，如聚丙烯纤维等。表层毛毡经过热熔黏合法与聚丙烯基布固结在一起以防脱落。在有些应用中，采用针刺法将聚丙烯腈纤维高密度刺入聚丙烯纤维的基布织物中来制作人工地坪材料。,41,目前广泛用于人工草坪结构的材料主要是聚丙