非牛顿流体材料在体育防护中的应用价值探析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｖａｌｕｅ ｏｆ Ｎｏｎ － Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ Ｆｌｕｉｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ Ｓｐｏｒｔｓ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
ＳＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇ － ｍｉｎꎬ ＣＨＥＮ Ｓｉ － ｆａｎ
( Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｐｏｒｔꎬ Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３８ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｒｔａｃｔ: Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓꎬ ｎｏｎ － Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ ｈａｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ｖｉｒｔｕｅ ｏｆ ｉｔｓ " ｓｈｅａｒ ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ" ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ������ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｂｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎｏｎ － Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｄｏｃｕｍｅｎ￣ ｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｇｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ������ Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｖｅ ｈｉｇｈｅｒ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｅｒ ｔｅｘｔｕｒｅ������ Ｔｈｅｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｔｈｌｅｔｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｓａｆｅｔｙꎬ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｏｒｎａｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｅｖｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ｓａｎｄａ������ Ｔｈｅｙ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｓｔｒｏｎｇ ａｐｐｌｉｃａ￣ ｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ������ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｎｏｎ － Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄꎻ ｍｏｔｉｏｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎻ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
第 ３８ 卷 第 ２ 期 ２０１９ 年 ４ 月
福建体育科技 Ｆｕｊｉａｎ Ｓｐｏｒｔｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ������ ３８ Ｎｏ������ ２ Ａｐｒｉｌ ２０１９
非牛顿流体材料在体育防护中的应用价值探析
商昌敏ꎬ 陈思凡
( 上海体育学院ꎬ 上海 ２００４３８)
摘要: 近年来非牛顿流体凭借其 “剪切增稠” 的特性在运动防护领域逐渐扩展ꎬ 为了进一步揭示该材料 在体育防护领域的应用价值ꎬ 运用文献资料法、 逻辑分析法等方法ꎬ 梳理了当前非牛顿流体材料在防护 领域的相关研究以及体育领域对该材料的应用现状ꎮ 研究认为: 与传统材料相比ꎬ 新型防护材料安全性 更高、 质地更轻便ꎬ 不仅能在保证运动员安全的前提下提高机动性ꎬ 而且还能在诸如散打类竞技项目中 提高比赛的观赏性ꎬ 在体育领域具有极强的应用价值和广阔的前景ꎮ 关键字: 非牛顿流体ꎻ 运动防护ꎻ 新材料 文章编号: １００４ － ８７９０ (２０１９) ０２ － ００４０ － ０３ 中图分类号: Ｇ８１８������ ４ 文献标识码: Ａ
１ 前言
非牛顿流体材料在体育领域最成功的一次应用ꎬ 莫过 于 ２００６ 年都灵冬季奥运会上北美部分国家的滑雪选手对 “ ｄ３ｏ 材料” 制作的滑雪服的使用了ꎬ 该滑雪服因能兼顾抗 高冲击能力和轻便性的特点而受到各界的广泛关注ꎬ 体育 领域对这种具有 “ 剪切增稠” 特性新材料的应用研究也逐 渐兴起ꎮ 其原理为: 材料在未受到外界压力时ꎬ 其内部各 分子间的运动相对开放ꎬ 分子间呈现为弱连接ꎬ 且材料内 部的分子可以自由运动ꎬ 此时会表现出相对柔软、 弯曲、 易变形的外在特点ꎻ 相对的ꎬ 当非牛顿流体材料因外界压 力而发生急剧形变时ꎬ 会使原本松散的分子之间因外力变 化而集中起来 (剪切增稠)ꎬ 各分子之间的连接力也会因此 而增强ꎬ 此时该材料的外部表现就会 “化柔为刚”ꎬ 且冲击 力越大ꎬ 分子间的连接力就越强ꎬ 因而使材料具有保护功 能ꎬ 体现出极强的防护价值ꎮ
第二类是新型剪切增稠流体材料与在人体防护中的开
作者简介: 商昌敏 (１９９６ － ) ꎬ 男ꎬ 山东聊城人ꎬ 硕士研究生ꎬ 研究方向: 武术理论与方法ꎮ
第２ 期
非牛顿流体材料在体育防护中的应用wenku.baidu.com值探析
４１
发应用的研究ꎬ 如 ２０１０ 年ꎬ 曹海琳和晏义伍申请国内专利 之后ꎬ 公开了一种软体防刺防弹材料ꎬ 其主要是由三层纤 维材料制作: 剪切增稠液体复合纤维编织层、 防弹织物层 以及热塑性树脂复合纤维层ꎬ 三成材料互相覆盖叠加ꎬ 集 合了三种材料的优点ꎬ 在具有良好的抗弹性的同时结合纤 维树脂复合面可以限制纤维束的移动ꎬ 凭借其特性可以快 速吸收外界能量的冲击ꎮ
２ 非牛顿流体用于防护材料的研究梳理
非牛顿流体最早凭借其诸多特性被广泛应用于工业领 域ꎬ 如流体减阻特性提升了石油管道输送效率、 射流胀大 特性用于口模设计、 无管虹吸等等ꎮ 目前国内对非牛顿流 体材料 “剪切增稠” 的特性应用于防护领域的研究大致可 分为三类:
第一类是通过对剪切增稠流体 ( ＳＦＴ) 与其他纤维织物 进行复合ꎬ 构建新的复合材料ꎬ 以在保持材料柔软度的前提 下提升材料的防护性能ꎬ 如赵金华 «剪切增稠流体的制备及 其在软体防刺材料中的应用研究»ꎬ 以无水乙醇稀释制备的 材料和用静止浸渍法制备 Ｋｅｖｌａｒ － ＳＴＦ 复合材料ꎬ 并进行了 一系列防锥防刺的实验ꎮ 其结果表明: Ｋｅｖｌａｒ － ＳＴＦ 复合试 样的防锥性能显著优于相同面密度下的纯 Ｋｅｖｌａｒ 材料ꎬ 并由 此制备了一种防护性和灵活性兼备的新型防刺材料ꎮ
ＳＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇ － ｍｉｎꎬ ＣＨＥＮ Ｓｉ － ｆａｎ
( Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｐｏｒｔꎬ Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３８ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｒｔａｃｔ: Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓꎬ ｎｏｎ － Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ ｈａｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ｖｉｒｔｕｅ ｏｆ ｉｔｓ " ｓｈｅａｒ ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ" ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ������ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｂｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎｏｎ － Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｄｏｃｕｍｅｎ￣ ｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｇｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ������ Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｖｅ ｈｉｇｈｅｒ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｅｒ ｔｅｘｔｕｒｅ������ Ｔｈｅｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｔｈｌｅｔｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｓａｆｅｔｙꎬ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｏｒｎａｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｅｖｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ｓａｎｄａ������ Ｔｈｅｙ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｓｔｒｏｎｇ ａｐｐｌｉｃａ￣ ｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｐｏｒｔｓ������ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｎｏｎ － Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄꎻ ｍｏｔｉｏｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎻ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
第 ３８ 卷 第 ２ 期 ２０１９ 年 ４ 月
福建体育科技 Ｆｕｊｉａｎ Ｓｐｏｒｔｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ������ ３８ Ｎｏ������ ２ Ａｐｒｉｌ ２０１９
非牛顿流体材料在体育防护中的应用价值探析
商昌敏ꎬ 陈思凡
( 上海体育学院ꎬ 上海 ２００４３８)
摘要: 近年来非牛顿流体凭借其 “剪切增稠” 的特性在运动防护领域逐渐扩展ꎬ 为了进一步揭示该材料 在体育防护领域的应用价值ꎬ 运用文献资料法、 逻辑分析法等方法ꎬ 梳理了当前非牛顿流体材料在防护 领域的相关研究以及体育领域对该材料的应用现状ꎮ 研究认为: 与传统材料相比ꎬ 新型防护材料安全性 更高、 质地更轻便ꎬ 不仅能在保证运动员安全的前提下提高机动性ꎬ 而且还能在诸如散打类竞技项目中 提高比赛的观赏性ꎬ 在体育领域具有极强的应用价值和广阔的前景ꎮ 关键字: 非牛顿流体ꎻ 运动防护ꎻ 新材料 文章编号: １００４ － ８７９０ (２０１９) ０２ － ００４０ － ０３ 中图分类号: Ｇ８１８������ ４ 文献标识码: Ａ
１ 前言
非牛顿流体材料在体育领域最成功的一次应用ꎬ 莫过 于 ２００６ 年都灵冬季奥运会上北美部分国家的滑雪选手对 “ ｄ３ｏ 材料” 制作的滑雪服的使用了ꎬ 该滑雪服因能兼顾抗 高冲击能力和轻便性的特点而受到各界的广泛关注ꎬ 体育 领域对这种具有 “ 剪切增稠” 特性新材料的应用研究也逐 渐兴起ꎮ 其原理为: 材料在未受到外界压力时ꎬ 其内部各 分子间的运动相对开放ꎬ 分子间呈现为弱连接ꎬ 且材料内 部的分子可以自由运动ꎬ 此时会表现出相对柔软、 弯曲、 易变形的外在特点ꎻ 相对的ꎬ 当非牛顿流体材料因外界压 力而发生急剧形变时ꎬ 会使原本松散的分子之间因外力变 化而集中起来 (剪切增稠)ꎬ 各分子之间的连接力也会因此 而增强ꎬ 此时该材料的外部表现就会 “化柔为刚”ꎬ 且冲击 力越大ꎬ 分子间的连接力就越强ꎬ 因而使材料具有保护功 能ꎬ 体现出极强的防护价值ꎮ
第二类是新型剪切增稠流体材料与在人体防护中的开
作者简介: 商昌敏 (１９９６ － ) ꎬ 男ꎬ 山东聊城人ꎬ 硕士研究生ꎬ 研究方向: 武术理论与方法ꎮ
第２ 期
非牛顿流体材料在体育防护中的应用wenku.baidu.com值探析
４１
发应用的研究ꎬ 如 ２０１０ 年ꎬ 曹海琳和晏义伍申请国内专利 之后ꎬ 公开了一种软体防刺防弹材料ꎬ 其主要是由三层纤 维材料制作: 剪切增稠液体复合纤维编织层、 防弹织物层 以及热塑性树脂复合纤维层ꎬ 三成材料互相覆盖叠加ꎬ 集 合了三种材料的优点ꎬ 在具有良好的抗弹性的同时结合纤 维树脂复合面可以限制纤维束的移动ꎬ 凭借其特性可以快 速吸收外界能量的冲击ꎮ
２ 非牛顿流体用于防护材料的研究梳理
非牛顿流体最早凭借其诸多特性被广泛应用于工业领 域ꎬ 如流体减阻特性提升了石油管道输送效率、 射流胀大 特性用于口模设计、 无管虹吸等等ꎮ 目前国内对非牛顿流 体材料 “剪切增稠” 的特性应用于防护领域的研究大致可 分为三类:
第一类是通过对剪切增稠流体 ( ＳＦＴ) 与其他纤维织物 进行复合ꎬ 构建新的复合材料ꎬ 以在保持材料柔软度的前提 下提升材料的防护性能ꎬ 如赵金华 «剪切增稠流体的制备及 其在软体防刺材料中的应用研究»ꎬ 以无水乙醇稀释制备的 材料和用静止浸渍法制备 Ｋｅｖｌａｒ － ＳＴＦ 复合材料ꎬ 并进行了 一系列防锥防刺的实验ꎮ 其结果表明: Ｋｅｖｌａｒ － ＳＴＦ 复合试 样的防锥性能显著优于相同面密度下的纯 Ｋｅｖｌａｒ 材料ꎬ 并由 此制备了一种防护性和灵活性兼备的新型防刺材料ꎮ