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      世界杯運動員一身高科技裝備離不開化學工業

      發布時間:2018-07-25

        這段時間,相信很多人在下班吃完飯后,就守在了電視機前,為自己支持的球隊加油助威。在享受全世界最高水平足球賽事的同時,大家可能不知道,成就一場精彩足球比賽的,除了運動員、教練員、裁判員和球迷以外,還有化學工業的貢獻。足球本身的發展就是材料科學發展的縮影,人造草皮助推了足球運動的進一步推廣和發展,而足球運動員一身的高科技裝備,更是依賴著化學工業。


        橡膠技術

        締造完美足球


        在欣賞最高水平球賽,亦或是在自己踢球的時候,大家有沒有想過,足球是用什么材料做的?電視解說員經常會管足球叫“皮球”,它們真的是皮做的嗎?

        實際上,在足球運動剛剛發展起來的時候,材料技術就成為了其走向規范化、成為一項正式體育運動的關鍵。這是因為,一項球類運動能不能走向規范化,取決于能不能找到一種材料,使球能夠在規定時間里保持尺寸、重量和內壓的穩定,不被踢壞;同時,這種材料要保證球能夠在全球各個地方都按標準生產出來。在過去,人們是用動物的膀胱、胃等充好氣,然后包上皮革,踢來踢去。顯然,這樣的足球很容易被踢壞,不能滿足足球運動廣泛推廣的要求。

        1838年,這一困難被一個美國化學家解決,這個化學家就是大名鼎鼎的查爾斯·固特異。他發明的橡膠硫化技術,不僅成為了今天全球橡膠工業的基礎,也成就了足球運動。直至今日,所有足球的內膽仍都是橡膠制品。

        隨著競技水平的不斷提高,現代足球運動對于球的氣密性要求越來越高,常用于汽車和飛機輪胎內胎的丁基橡膠就成為了足球內膽的首選材料。不僅如此,丁基橡膠還擁有出色的防水性和耐熱性,這也使得今天的足球可以在各種場地和環境下保持穩定的形態。

        不過,足球不能只有內膽,畢竟單純的橡膠球踢起來也很不舒服。在19世紀中后期,足球制造商在橡膠內膽的外面,加上了真皮制的外層,這些足球也成為了最早的規范化足球形象,這時的足球,可以說是真正意義上的“皮球”。不過,這樣的處理也有明顯的問題:真皮容易吸水,如果在雨天踢球,足球會變得越來越重,用腳踢球和用軀干部位停球的時候還好,等到需要用頭頂球的時候,蓄水的皮球和頭發生碰撞,那滋味真心不好受。

        根據英國的一項調查,早期足球運動員飽受癡呆癥困擾,這其中就有用真皮足球的原因。然而,因為當時合成材料的發展還無法滿足足球運動的需求,真皮做的足球一直用到了20世紀70年代。

        1974年,阿迪達斯聯手當時的拜耳材料公司(也就是現在的科思創),開發出了聚氨酯足球外層材料,并用在了當年的世界杯上。這種材料使足球具有了更好的彈性,而且不吸水、不腐壞,成為足球外層材料當仁不讓的首選。到了1986年世界杯,真皮材料就徹底退出了世界杯舞臺。

        本次俄羅斯世界杯用球名為“Telstar 18”,采用的是三元乙丙橡膠(EPDM)聚合技術,原料提取自甘蔗,還有效減少了碳氫化合物排放,做到了天然無污染。


        人造草皮

        讓足球運動得以推廣


        實際上,我們在電視上看到的足球比賽,絕大多數都是在天然草皮球場上進行的。不過,這也帶來了一個問題,天然草坪球場需要專人進行定期維護,澆水、修剪、除蟲,如果一些地區太熱、太冷、太干、太濕,都無法保證天然草皮的正常維護,運營成本會大幅提高。這對于一些學校、社區和公共場所的球場來說就很不切實際了。那么,平時的足球比賽和訓練在哪里進行呢?天然草皮的維護費用這么高,怎樣讓足球運動更好地向大眾推廣呢?

        相信大家都已經想到答案了。沒錯,這個時候,人造草皮就顯現出了它的用武之地。所謂人造草皮,是將仿草葉狀的合成纖維,植入機織的基布上,背面涂上起固定作用的涂層。

        人造草皮由基礎層、緩沖層和草皮層組成?;A層是由夯實土層、碎石層和瀝青或混凝土層組成?;A層之上是一層緩沖層,通常為橡膠或泡沫塑料組成。橡膠彈性適中,厚度3~5毫米。泡沫塑料成本較低,但是彈性差,因此厚度需要達到5~10毫米。緩沖層要牢固地粘貼在基礎層上,一般用白乳膠或萬能膠粘貼。人造草皮的表層即為草皮層,根據表面形狀分為絨毛草皮、圓環形卷曲狀尼龍絲草皮、葉狀聚丙烯纖維草皮、尼龍絲編制的透水草皮等,主要使用的材料是聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺等,也必須用乳膠粘在橡膠或泡沫塑料上。

        相對于天然草皮,人造草皮性能相近,且耐候性強、適用范圍廣、養護成本極低,非常適合那些不適合種植天然草皮的地區和場所使用,也有利于大眾健身。因為人造草皮的這種特點,國際足聯也十分愿意推廣人造草皮。在冬季漫長的冰島和在高原氣候的不丹,當地均建立了鋪設人造草皮的球場,這也幫助冰島和不丹等國足球實力迅速提高。2015年的女足世界杯,成為第一個使用人造草皮的國際賽事。我們身邊的球場,絕大多數使用的都是人造草皮。


       不過,人造草皮也有很多缺點,還無法替代天然草皮。首先,天然草皮有顯著的降溫作用,而人造草皮沒有,夏季比賽時,人造草皮球場會非常熱;其次,人造草皮的“草種”比天然草皮更硬,這加劇了運動員皮膚被劃傷的危險。此外,足球在天然草皮上的彈性更小、滾動速度更快,更利于球員控球。因此,一些足球運動員也成為人造草皮的反對者。


        合成材料

        助力球員更好發揮


        根據國際足聯的規定,足球運動員的裝備由球衣、短褲、球襪、球鞋和護腿板組成,如果是守門員,還需要佩戴手套。而這些裝備的制作基本都離不開高技術含量的化工產品。

        就拿球衣和球褲來說,現代的球服要求能夠最大限度地幫助球員散熱、排汗,而運動時時常出現的拼搶和拉拽又要求球衣有很好的彈性。這樣一來,傳統的天然面料就無法勝任。當合成樹脂行業發展起來以后,球衣面料迅速拋棄了羊毛和棉,轉而使用滌綸和尼龍。今天,高檔球衣的面料使用的是萊卡,這是一種聚氨酯纖維(氨綸)。這種材料擁有極好的彈性,不易吸水,且能與其他面料混紡,成為了運動員球衣的首選面料。

        2018世界杯賽事期間,球員的運動衣有60%左右都是由礦泉水瓶再利用加工而成。這種塑料抽取環保紗制作的環保球衣,不僅輕便透氣,更是能快速排汗。

        再來看看足球鞋,它由3部分組成,即鞋面、鞋底和鞋釘。一直以來,袋鼠皮都是頂級球鞋鞋面材料的首選。而隨著近年來合成材料行業的發展,滌綸、錦綸的超細纖維復合材料正在成為鞋面材料的新寵。目前,頂級合成材料已經可以克服天然皮革吸水、不耐磨的缺點,還能繼承天然皮革的所有優點,且更耐用、原料成本更低。


       鞋底材料則主要為熱塑性聚氨酯(TPU),具有堅韌、耐磨和造價低的特性,非常符合足球鞋高強度對抗的要求。如果覺得TPU材料重,更輕但對抗性能稍差的尼龍也是不錯的選擇。

        鞋釘材料則比較講究了,根據使用場地和氣候的不同,鞋釘材料也有不同的選擇。對于通常在天然草皮踢球的職業運動員來說,鋼釘和橡膠長釘是最常見的。

        我們再來看看守門員手套,它可不是普通的針織品,手套的技術核心所在就是掌面材料,一般是利用天然橡膠和特定的合成橡膠組合起來的,其厚度為3~4毫米,要求具有很強的黏性和摩擦系數,可以幫助守門員更好抓住飛過來的皮球。在這些材料發展起來以前,守門員其實很少戴手套。如果我們在世界杯上看到“黃油手”,請記住,這一定是守門員的錯。

        護腿板起著保護運動員小腿的作用,其材料也是所有裝備中技術含量最高的。目前,護腿板主要由玻璃纖維、發泡橡膠、聚氨酯、塑料和金屬這5種材料制作而成。玻璃纖維重量輕且結構牢固,是最好的護腿板材料。近來,隨著高性能纖維復合材料的發展,碳纖維和鈦纖維的復合材料也成為了頂級護腿板的制造材料,在為運動員提供足夠保護的同時,還不會給運動員帶來負擔,不影響球員的跑動。


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