网球材料研发进展
发布时间: 2010-01-13 | 作者: | 访问次数: 926

 

        网球孕育于中世纪的法国,据说当时法国一些年轻的僧侣为改善单调无聊的生活,在修道院内开辟了一块活动场地进行体育活动。他们在两人之间横拉一条绳子,用一个用布缝制的,里面塞以毛发的球,双方隔绳用手托过来托过去,这就是最初的网球。1873年.英国有个叫温菲尔特的乡绅把这古老的游戏搬到室外。19世纪中叶,欧洲人掌握了橡胶技术之后,才做出了能弹跳的球。球的质量,当时公认是用埃及坦尼斯镇所产的布包起来为最佳,所以后来就一直把网球称之为“TENNIS”。
        网球运动是最机智灵活又迅猛强悍的运动。美国选手罗迪克发球速度达每小时246.2公里。运动员在100多平米的地界闪展腾挪,全身640块肌肉几乎都要被调动,一场下来平均要跑6000米,在不允许教练场外指导的情况下独立决策1000多次。快如闪电,力如重炮,旋转落点变化无穷,这正是网球的魅力之所在。而球拍、场地与球之间错综复杂的力学关系则是该运动至今争议不断的话题。网球受到冲击力后会产生弹性形变,当压瘪的球恢复原有形状时,就将贮藏的弹性势能释放出来,推动球从地面一跃而起。网球和地面的碰撞一般不是“正撞”而是“斜撞”,惯性力的作用使球在碰撞前后水平速度损失很小,反弹力则使球获得垂直的速度分量。球的旋转和地面摩擦产生的力矩也会影响弹跳的角度。回弹之后网球大约损失40%的动能,变成无用的热和声。以上就是网球如何在地面弹跳的机理。对于网球,要获得如此迅速的运动效果,除了球拍,地面和运动员,它本身的材料又是怎样的呢?本文就网球材料的发展情况进行解要介绍。
        现今网球分为两种类型,加压和不加压网球。它的制造过程通常是先用压缩模塑工艺加工出两个橡胶半球,然后将两个半球粘合成一个球体,最后用毛毡缝合,包覆球的表面层,贴上标签并进行压合,致此完成整个网球的生产。加压网球通过在内核充入空气或其他气体,压力高于环境压力。无压网球其内核更厚更硬。加压网球具有更好的回弹性(飞行性能)和击打感觉以及更好的击打舒适性(更小的振动对人体的关节作用力小),人们更偏向于它。但是由于内外压差的存在,加压网球的气压会不断降低,因此其性能随时间也会逐渐下降,回弹性和击打感觉会变差,最后不能满足使用。而无压网球虽然性能不随时间变化,但是击打变形后恢复慢,击打感觉软,而且球飞行速度慢。
        无压和加压网球的内核通常是由含添加剂的硫化橡胶组成,因此橡胶配方是影响其性能的关键因素。日本专利JP 63 215 746介绍,网球胶料性能达到以下指标(邵尔A型硬度>76度,200%定伸应力9.3~9.7 MPa,拉伸强度13.8~14.4 MPa,拉断伸长率320%~340%,回弹值>70%)时,网球成品性能可以达到国际网联标准要求。可以看出网球胶料具有高硬度,高定伸应力和高弹性的特点,国内青岛科技大学的周丽玲课题组选用天然橡胶和适量反式1,4聚异戊二烯或高苯乙烯并用,在适当的加工工艺条件下研发出了满足国际网协标准要求的高性能加压网球。US4022469采用在天然橡胶或合成橡胶中加入15-50%比表面积大于5m2/g的酚醛或蜜胺树脂颗粒,得到了能够长时间保持良好回弹性和变形恢复性能的加压网球。网球优良的弹性除了与橡胶核的胶料有关,还归因于内部充有一定量的气体,因此网球的保气性成为影响其性能的重要因素。保气性不仅与网球的气密性有关,更与两个半球的粘合密切相关。周丽玲等对网球的粘合体系也进行了优化设计,开发出来一种基于天然橡胶的硫化型胶粘剂。同样,为了改善气密性,双芯牌网球采用了丁基纳米复合材料涂覆在网球核的表面。在喷涂丁基纳米复合材料时会产生气体阻隔层,该阻隔层可减慢空气渗透通过橡胶球核壳。这种技术可在用橡胶制成的球核壳上填补纳米尺寸大小的孔洞,使橡胶球核壳变得极为致密,球内气压下降就会变得极为缓慢,从而达到延长网球使用寿命的目的。WO2008000590 (A1)介绍了一种新型网球,它是由聚氨酯弹性体泡沫材料组成的内核,外贴一层纤维材料。具体制备过程是将含芳环的二异氰酸酯和多元醇以及发泡剂加入到球形的模腔中,然后模压,形成密度为0.25-0.8kg/cm3的球形的聚氨酯泡沫材料,然后在其外包一层纤维材料制成。这种新型网球由泡沫弹性体组成,不存在内外压差的问题,因此具有加压网球的良好性能,而且能和无压网球一样性能保持很长时间。在无压网球的发展过程中,为了增大无压网球的回弹性和击打感觉,人们也作了大量的改进,US 5209471, US 5460367 ,US 5225258报道了具有良好回弹性和击打舒适度的无压网球。同样US 6030304介绍了由橡胶和烯烃共聚弹性体组成的原料构成的内核,可以赋予无压网球更好的回弹性和击打感觉。
        网球表面绒毛也绝非装饰,它的“蓬松性” 增大了空气阻力有助于网球减速,“粗糙度”则有利于增强网球的旋转效应。US 6677257,US 5830092介绍了网球表面纤维材料组成,编织方式等对改进网球性能的影响。为了改善表面纤维与网球的粘合效果,US 5413333研发了一种彩色的网球表面缝合用胶粘剂。网球表面的纤维不仅提供给网球良好的性能,同时对于比赛中球的可见度也起着非常重要的作用。专利US 6508732报道了一种含磷光物质的表面纤维组成的绒毛,由这种材料制成的网球,可以在低亮光条件和阴雨天使用。
        可见,高新材料在网球中的应用越来越广泛,一方面它改善了球的性能和品质,另一方面有利的推动了网球运动的发展。

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