塑料復合材料在體育娛樂設施器材中的應用及性能測試

高 棟

(咸陽職業技術學院,陜西 咸陽 712000)

隨著我國國民經濟的不斷提升，人們越來越注重自身健康問題，大多數人會選擇在空閑時間，通過體育健身的方式提高身體素質。這在一定程度上促進體育健身器材行業的發展。傳統體育娛樂設施器材主要采用普碳鋼作為主要制作材料，該材料遇水極易出現腐蝕現象，伴隨外界環境的不斷變化，可降低體育娛樂設施器材的使用壽命。本研究采用塑料復合材料作為體育娛樂設施器材的原材料，這可提升其的使用壽命。

1 體育娛樂設施器材的選材原則

1.1 嚴格控制材料的質量

為充分發揮塑料復合材料在體育娛樂設施中的應用效果，應提升塑料復合材料的基本性能。使用者在使用體育娛樂設施的過程中，主要利用人力使各種設施實現運行，因此，體育娛樂設施的質量越輕，使用者消耗的體力越少，在使用體育娛樂設施時發揮的水平越高。體育娛樂設施中包括使用機械力量實現運動的器材，該類型的器材對質量也有要求，質量越輕，越有利于設施后期維修工作的順利開展[1-2]。

1.2 保證材料的韌性和強度

若體育娛樂設施選用的制作材料具有較強的剛度及韌性，在一定程度上可降低制作材料的消耗量，有利于最大限度地提升體育娛樂設施的使用性能及壽命。傳統體育娛樂設施主要采用金屬材料作為核心原材料，可使設施具有較好的力學性能；使用塑料復合材料作為體育娛樂設施的原材料，可使設施具有更高的比模量及比強度。

1.3 耐老化性能較好

大多數體育娛樂設施均在戶外進行使用，隨著外界環境的不斷變化，可降低體育娛樂設施的使用壽命及基本性能，應用者的安全無法得到保證。為了最大限度地提升體育娛樂設施的使用壽命及美觀程度，可采用塑料復合材料制作體育娛樂相關設施。比如運動跑道、滑板等易受外界環境影響的設施。通過塑料復合材料的使用，可提升體育設施的耐老化性能[3-4]。

1.4 成型加工性能加好

為保證體育娛樂設施的基本性能，應選用成型加工性能較好的材料完成體育娛樂設施的制作。塑料復合材料的成型較為容易，可提升體育娛樂設施的使用壽命及美觀程度。隨著成型技術的不斷發展，可采用壓制成型、熱壓罐成型等方式完成體育娛樂設施的制作。

2 塑料復合材料的性能測試

為驗證塑料復合材料的基本性能，本研究選擇與實際應用環境相匹配的材料完成性能測試。為保證體育娛樂設施應用效果的最優化，將維持體育娛樂設施的安全性作為測試的目的，并滿足該設計對節能環保的要求[5-6]。

2.1 力學性能測試

為使塑料復合材料的應用效果達到體育娛樂設施的要求，對塑料復合材料進行性能測試，以此保證體育娛樂設施的安全性。本研究對塑料復合材料進行性能測試時，選取不飽和聚酯樹脂和碳纖維增強樹脂基復合材料作為主要研究對象，從多個方面對二者進行分析。

2.1.1測試環境準備

為保證測試結果的精準性及規范性，選用2種材質的試驗樣本作為研究對象，2個樣本的尺寸均為250 mm×20 mm×5 mm。為避免試驗過程中存在的偶然性，將試驗次數控制在3次；3次試驗結果的平均值即為力學性能測試的對應數據[7-8]。

2.1.2測試實際操作

人力資本（edut）：人力資本一般運用人力資本存量來衡量。于燕運用每萬人普通高校畢業生數量來衡量人力資本存量[10]135。本文采用每萬人畢業大學生數量來衡量人力資本存量。

塑料復合材料的操作過程：首先借助電子萬能試驗機對塑料復合材料的拉伸強度進行測試，在計算機中將拉伸速度設置為5 mm/min；其次，利用微型測力傳感器等設備精準記錄塑料復合材料的拉伸數據，最后對所得數據進行匯總。

塑料復合材料拉伸強度測試結果如表1所示。

為提升體育娛樂設施的安全性能，應綜合考慮塑料復合材料的彈性模量。通過對塑料復合材料的彈性模量進行測試，有利于保證試驗結果的準確性。不飽和聚酯樹脂3次彈性模量測試結果依次分別為2.55、2.51、2.56 GPa；碳纖維增強樹脂基復合材料3次彈性模量測試結果依次分別為5.13、5.19、5.07 GPa。

塑料復合材料在實際拉伸過程中，應不斷對材料每次拉伸的變化情況進行精準記錄，使記錄的數據形成動態數據，直至研究對象被拉斷為止。當研究對象被拉斷時的數據即為斷裂伸長率參數，不飽和聚酯樹脂3次斷裂伸長率測試結果依次分別為3.14%、3.22%、3.19%；碳纖維增強樹脂基復合材料3次斷裂伸長率測試結果依次分別為2.44%、2.37%、2.40%[9-10]。

利用沖擊試驗機對研究對象的沖擊強度進行測試，不飽和聚酯樹脂3次沖擊強度測試結果依次分別為16.55、15.88、17.11 kJ/m2；碳纖維增強樹脂基復合材料3次沖擊強度測試結果依次為41.56、40.51、41.46 kJ/m2。

綜上所述，碳纖維增強樹脂基復合材料的力學性能更優，將該材料應用于體育娛樂設施的制作時，可考慮向該材料中添加適當的助劑，以此滿足體育娛樂設施對材料的要求，并保證體育娛樂設施的安全性能[11-12]。

2.2 耐腐蝕性能測試

為充分發揮塑料復合材料的優勢，并降低體育娛樂設施在后期維護的成本，應不斷提升塑料復合材料的抗腐蝕效果，使該材料在實際應用中發揮自身優勢，滿足體育娛樂設施的應用要求。

本研究對塑料復合材料的耐腐蝕性能進行測試時，為保證試驗結果的準確性，選取塑料復合材料的“浸泡時間”作為核心變量，將塑料復合材料的浸泡時間控制在1個月；在材料浸泡過程中，不斷對塑料復合材料的變化情況進行精準記錄。浸泡的溶液由氫氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀以及氯化鈉共同組成，其質量依次分別為237 g、1.8 g、8.4 g、70 mL。將4種材料置于2 000 mL的去離子水中，對該溶液進行攪拌，待其完全溶解后，將該溶液分為質量相等的2份溶液，并向2份溶液中分別加入不飽和聚酯樹脂和碳纖維增強樹脂基復合材料，觀察二者的變化情況并記錄；塑料復合材料耐腐蝕性能的測試結果如表2所示[13-14]。

表2 塑料復合材料耐腐蝕性能的測試結果Tab.2 Test results of corrosion resistanceof plastic composites

綜上所述，不飽和聚酯樹脂的耐腐蝕性能更優。雖然該材料在實際應用過程中存在不同程度的破壞現象，但是該材料的耐腐蝕性能明顯優于碳纖維增強樹脂基復合材料。在該材料的實際應用過程中，可利用添涂耐腐蝕鍍層的方式，并結合機械構造實現體育娛樂設施使用壽命的延長。

3 塑料復合材料在體育娛樂設施器材中的應用

3.1 在運動場中的應用

當前體育運動跑道中，塑膠類跑道憑借自身較為突出的減震性能以及防滑性能，被廣泛應用于體育領域中。塑膠類體育運動跑道主要由彈力層、塑膠層、過渡層、混凝土、防潮層以及砂石墊層共同組成。其中彈力層的主要原材料為聚丙烯酸酯，塑膠層的原材料為乙酸乙烯脂共聚物。對跑道的面層進行制作時，通常采用乙烯和乙酸乙烯聚合后乳液(E/VAC乳液)或者丙烯酸乳液進行固化。E/VAC乳液的性能較差，在實際應用過程中，逐漸被丙烯酸乳液代替。聚氨酯材料憑借自身毒害性較小，環保性較高等優勢被廣泛應用于跑道的制作。塑膠類體育運動跑道的結構組成如圖1所示[16-18]。

圖1 塑膠類體育運動跑道的結構組成Fig.1 Structural composition of a plastic sports track

3.2 在滑板中的應用

滑板主要由支架、軸承等零件共同組成。傳統滑板選用橡膠、黏土以及金屬作為主要原材料完成制作。當前滑板主要采用聚氨酯材料作為核心材料完成制作，由于馬路路面上端存在凹凸不平現象，滑板前行的穩定性無法得到保障。通過對聚氨酯的密度進行控制，可支持多種類型且不同硬度的輪子，有利于滑板更好的適應馬路路面。眾多聚氨酯制成的輪子中，硬度為85A的輪子具有良好的抓地性，可將其應用于粗糙的路面。對滑板的版面進行制作時，可采用實木、塑料復合材料作為主要材料，塑料復合材料具有良好的強度及剛度，可通過降低自身質量的方式，使用者可不受沖擊載荷的影響。塑料復合材料制滑板板體構成如圖2所示。

圖2 塑料復合材料制滑板板體Fig.2 Skateboard made of plastic composite material

對滑板板體進行制作時，在板體的各層次之間采用環氧灌漿材料完成板體的粘合，該材料具有良好的滲透性，通過該材料可強化滑板板體制作原材料的完整性。為最大限度地提升滑板板體的力學性能，將環氧樹脂基體作為主材料，竹木、碳纖維等材料作為滑板制作的增強材料，可全面提升滑板的強度及硬度[19-20]。

4 結語

本研究主要對塑料復合材料在體育娛樂設施中的應用效果進行研究，體育娛樂設施的質量越輕，使用者消耗的體力越少，在使用體育娛樂設施時發揮的水平越高。通過對塑料復合材料性能進行測試可知，該材料具有良好的拉伸強度、耐腐蝕等性能。大多數體育娛樂設施均在戶外進行使用，隨著外界環境的不斷變化，可降低體育娛樂設施的使用壽命及基本性能，應用者的安全無法得到保證。將塑料復合材料應用于體育設施的制作中，可提升體育娛樂設施的使用壽命及美觀程度。