运动化学:高性能运动服和运动器械领域的纺织品化学创新 - ChemicalSafetyFacts.org
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除了步行、跑步、骑行、游泳、瑜伽、健身课程和团体运动之外,还有无穷无尽的其他锻炼选项。这些体育活动在很多时候都有特定的运动服装和器械。纺织品化学技术的进步促进了创新型织物和材料的生产,可以帮助职业和业余运动员提高运动成绩。

该视频说明了化学技术如何改进户外活动中佩戴或使用的物品。

纺织品化学有时也称为织物化学,是一个高度专业的领域,它将化学原理应用于纺织品生产当中。纺织品化学通常分为三个领域:染整化学、纤维和高分子化学,还有一个和材料科学有所交叉的新领域,涉及纺织材料的混合。 纺织品化学有助于创造出具有疏水性、吸湿排汗且除臭的创新面料。

高性能耐磨织物的化学创新 

 

  • 生物陶瓷织物是利用银或电气石等离子材料制成的生物陶瓷化合物处理织物制成的,可以帮助运动员调节体温和吸湿排汗。生物陶瓷化合物通过向皮肤散发远红外线(FIR)射线发挥作用。在《体育生物学》发表的一项研究发现,可以利用散发 FIR(能够穿透人体组织的短电磁波)的衣服帮助改善人体组织的循环、修复和再生,在运动后加速肌肉恢复并减轻疼痛。
  • 水凝胶蜘蛛丝:剑桥大学的研究人员已经开发出一种环保型工艺,可以模仿蜘蛛丝,制作出坚韧而有弹性的线。这种实验室出品的蜘蛛丝是由 98% 的水、2% 的二氧化硅和纤维素构成的水凝胶制成的。二氧化硅和纤维素通过葫芦素分子固定在一起,从水凝胶中提取出来之后,就会形成坚韧、有弹性且可生物降解的线。

    人造蜘蛛丝可以改善自行车、滑板头盔、降落伞、热气球材料等产品。人造蜘蛛丝也具有生物相容性,可用作人体内部缝线。其他正在开发的人造蜘蛛丝实例包括改造大肠杆菌和利用蜘蛛丝蛋白产奶的转基因山羊。

  • 碳纤维织物具有隔热性能,用于改善潜水服和滑雪服等服装的舒适性。这种面料同样既轻便又有高拉伸强度。碳纤维织物有潜力替代赛车和运动器材等高性能产品中的钢材。
  • 剪切增稠液:剪切增稠液受力后粘度升高。例如,在足球头盔中使用剪切增稠液,有助于减少头部受伤。在马里兰州阿伯丁的美国陆军研究实验室,研究人员一直在研究剪切增稠液,而且已经找到了一种方法,能够将这种材料加入橄榄球头盔绑带中。这种绑带有助于固定头盔,降低头部受伤的风险。

    然而,有一些在织物和材料方面的创新的确存在争议。2008 年,Speedo 推出了 LZR Pulse™ 织物,用于制作北京奥运会期间使用的泳装。这种织物由氨纶制成,成分含有聚氨酯、尼龙和弹性纤维,无毒性且非炎性。除了使用这种高性能面料之外,泳衣接缝还采用超声波焊接代替缝线,以帮助游泳运动员减少阻力。

    在 2008 年北京奥运会期间,游泳运动员们利用这种泳衣打破了 100 多项世界纪录,然而国际泳联(FINA)颁布规定,禁止游泳运动员穿着聚氨酯和氯丁橡胶泳衣参加比赛,因为此类泳衣可能会影响比赛成绩。 

运动服装和运动器材中应用的其他化学技术

 

纺织化学专家还进行了其他几项创新,开发出具有高级运动功能的产品。此类产品包括特种塑料和热固性聚合物、聚碳酸酯、聚氨酯以及纳米技术,种类繁多,不胜枚举。 

  • 聚氨酯常见于跑鞋和其他运动鞋中,可以提高鞋类弹性。聚氨酯还存在于各种常见的运动器材中,包括足球、冲浪板、旱冰鞋和保龄球。
  • 聚碳酸酯是一种坚固的抗摔塑料,常用于运动防护用品。它用于马术和自行车头盔中,可在马术和自行车比赛中保护骑手。太阳镜和护目镜中使用聚碳酸酯有助于提供光学透明度和抗摔性。泳镜中也有聚碳酸酯镜片。
  • 纳米技术是研究和利用小型物质的技术。纳米技术可以帮助高尔夫球重新分配重量以略微改变方向,提高高尔夫球的性能,从而能够到达高尔夫球手想要的位置。高尔夫球杆杆身材料的缺陷处通常会以纳米颗粒填充,而用纳米材料制成的网球拍会变得更坚硬、更轻便,可以帮助运动员更快地回球和更有力地发球。环氧树脂也有助于减轻运动器材的重量,从而减轻疲劳。
  • 氟工业技术产品可为户外行业提供独特的,高效益性能优势,例如运动服和运动器械具备疏水性、拒油性、防污去污性的透气膜和持久的耐用疏水(DWR)表面。在极为重要的应用中,氟工业技术产品可在极端天气和温度下提供救生保护,帮助保护人员安全。

织物改进和可持续性提高

 

化学品制造商还在创新产品和材料,这些创新产品和材料通过节水节能技术,在促进可持续发展方面发挥了关键作用。

科慕(Chemours)创造了疏水性纺织品表面涂层,可以提高服装质量和运动耐磨材料的耐用性。

Teflon EcoElite™ 是一种耐用的无氟织物涂层,使从事户外运动的运动员的服装和装备能够承受恶劣天气造成的磨损。Teflon EcoElite™ 与多种织物相容,并在织物和混纺织物上提供疏水性,从而在恶劣的天气条件下使运动员保持温暖干燥。织物涂层不易吸附污渍,只需以较低的水温稍稍清洗,即可去除污渍,可以减少能源消耗并减少环境足迹。

亨斯迈(Huntsman)开发的活性染料解决方案 AVITERA®SE 染料可以减少纺织品制造中的用水量。这种染料只需较少的盐即可附着在纺织品上,从而使得制造商能够以少量温度较低的水来洗去多余的染料。这样可以减少能源使用和二氧化碳排放。