体育防护用品中聚氨酯的应用

王楠楠

摘要：文章将对聚氨酯在体育防护用品上的应用进行综合论述。聚氨酯是减震材料的一种，本文将具体介绍聚氨酯铺地材料如何应用在现代化的运动场，高回弹低压缩聚氨酯鞋底料以及一些制备方法，如聚氨酯基智能柔性弹性体、聚氨酯防护头盔、双密度聚氨酯鞋底料等。文章对生产运动衣、游泳衣等防水透湿快干透气聚氨酯面料的制备方法也进行了论述。总之，聚氨酯具有防护作用，所以体育用品可广泛应用聚氨酯。

关键词：体育防护;聚氨酯;应用

中图分类号：TQ323.9文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）07-0072-03

聚氨酯是化学结构上主链含有相同的氨基甲酸醋团的一种高分子材料，以其为主要材质的产品包含：合成革、胶黏剂、纤维、塑料泡沫、弹性体、图层材料等。对比合成树脂材料，聚氨酯为材质的产品具备很多良好的性能，如：吸震能力强、耐腐蚀等。因此，无论是日常生活用品，亦或是高尖端的领域，聚氨酯都在发挥不可替代的作用。

1 聚氨酯的应用领域

1.1聚氨酯应用于运动场地

在1960年，美国3M公司最先研发和建设了一个全聚氨酯的赛马跑道，以后的比赛中，运动会的场地都开始采用聚氨酯材质，首次正式使用由聚氨酯材质制作的跑道是第19届奥林匹克运动会，同时将其作为运动比赛的专用设施。我国在1970年也研发出聚氨酯跑道，其使用范围也在逐渐扩大，由最早竞技体育场地使用发展到所有学校的运动场乃至全民健身的场所，如图1所示。我国运动场地的建设材质以甲苯二异氰酸醋（TDI）型聚氨酯塑料为主要材料。TDI对人体有害，所以研发无害且绿色环保的二苯基甲烷二异氰酸醋（MDD型聚氨酯弹性体成为重点。因为MDI的黏度大、储存时化学稳定性较差、成本较高的因素在实际的应用中带来很多问题。让轻甲基丙烷（TMP）与MDI在70℃下共混4h后，形成聚氨酯固化剂，漆膜柔韧性好，适合低温条件下固化，既可以减少有毒气体，又能降低成本。

1.2聚氨酯材质的头盔

防护头盔的重要作用是防止头部受到伤害或者是保护头部减少因碰撞造成的伤害，其在运动领域被广泛应用，特别是在跆拳道运动中。当头部遭受到碰撞时，聚氨酯可以有效吸收碰撞力，图2所示是聚氨酯防护头盔。由衬垫层、两层硅胶垫和聚氨酯成型的外层共同组成防护头盔，衬垫层的组成材料是：梭甲基纤维素0.50-1.50phr、丙烯睛一苯乙烯共聚物9.00～11.00phr、MDI5.00～50.00phr、无胶碳纤维10.00～14.00phr、核壳丙烯酸弹性乳液15.00～20.00phr、四氢呋喃一氧化丙烯共聚醚二醇20.00～25.00phr、纳米二氧化硅5.00～10.00phr、聚四氢呋喃醚二醇33.00～43.00phr、水解稳定剂0～10.00phr、纳米银粉末0.05～2.05phr、乙二醇15.00～20.00phr。某家公司研制的一种聚氨酯防护头盔用于跆拳道，防护头盔的主要由聚氨酯一体结构。聚氨酯材料的A组包含：一氟二氯乙烷发泡剂10.00phr、扩链剂7.00phr（乙二醇3.00phr，1，4丁二醇4.00phr）、胺类催化剂1.30phr、硅烷类表面活性剂0.75phr、聚合物多元醇50.00phr、相对分子质量为5000的聚醚多元醇50.00par。B组为MDI，质量之比为0.36的B组和A组在40℃的条件下进行反应。防护头盔的具体制造工艺是：首先将模具的内部擦拭干净，然后在里面均匀的喷一层离型剂，闭合模具同时将其压紧，进而在灌注口注入聚氨酯原料使其在模具的内部发泡，在注入结束时立刻封闭灌注口，控制模具型的温度在300℃，晃动模具，再其熟化的24min后在打开模具拿出产品，然后进行修理边角和清理模具内部，这样就完成防护头盔的制作了。聚氨酯防护头盔应用十分广泛，不仅在跆拳道项目中使用，而且也应用于自行车、摩托车运动中。

1.3聚氨酯鞋底料

运动鞋需要满足消费者的体验需求和用途特殊的运动需求，当前生产的运动鞋，通常使用较大硬度的材料，进而满足其回弹要求，这样的材质其密度也较大，压缩后极易变形，若穿着时间过长，就容易造成鞋底发泡材料变形，这极大的影响了运动鞋的舒适度和外观。佛山市北朝源科技服务有限公司研发出了一种软质高回弹低压缩的发泡材料，这种材料可有效解决现有运动鞋的缺陷，特别是现存的鞋底料回弹方面和压缩性能方面的问题。密度较低的中底和密度较高的大底组成了双密度聚氨酯鞋底。密度较高、结构精细的大底直接接触地面，使得运动鞋具有良好的耐磨性和较高的强度。密度较低的中底处于大底的上层，它质地柔软，具有较高的舒适度。在夏季实际生产时，中底与大底很容易产生粘贴不牢固的现象，具体表现为中底与大底的接合处容易裂开。如何有效的解决上述问题呢？高黏绪性双密度聚氨酯鞋底的制备方法效果较好。将不同比例的聚合物多元醇、擴链剂以及聚酯多元醇等进行混合，在正常温度下，分别投入进反应釜中搅拌一小时到两小时左右，制取A1组分、A2组分。把常温条件下的聚酯多元醇放入反应釜中进行搅拌，搅拌后不断升温，升至95℃时就会脱水脱气，温度下降至50℃就加入MDI于82℃反应2h再添加碳化二亚胺改性MDI，搅拌半小时就得到了B组分。分别将这些材料注射进低压浇注机料罐中。高密度的大底由A1组分与B组所制出，模具开模后在大底的表面浇注A2组分和B组分，得出了高黏绪性双密度聚氨酯鞋底制品。类型多样的聚氨酯鞋底料，既可以满足普通人的日常运动需求又可以满足运动员在赛场的竞技要求。

2 聚氨酯材质的面料

聚氨酯材料具备防水的性能，如在服装的面料上添加可以防雨，然而普通的聚氨酯都是不透气的。美国戈尔企业最先给出防水透气的聚氨酯的概念，长期以来，防水透湿的聚氨酯一直是研发的重点。一种耐较高的水压、透湿的聚氨酯膜，其最薄的厚度是20mm，耐水压高于0.5MPa，而且透湿程度大于1000g/（m²·d）。最先制造环氧乙烯和三轻羟基环氧丙烯的共聚醚中间产物（POEO-5000），在高压条件的反应中添加催化剂单体三官能团，反应室密封并且需要用氮气将氧气排除之后，在通人环氧丙烯，控制反应的温度在45℃左右，反应的时间在24h，进而得到聚醚中间体，催化剂的使用量大概是产物质量的0.5%，再次添加环氧乙烯，温度的控制仍是45℃左右，反应时间仍是24h左右，得到（POEO-5000），在聚氨酯的反应中脱水、排氧、抽真空，添加MDI，使得温度升高至60℃，滴加POEO-5000n（POEO-5000）=3：1，控制反应温度在70～80℃，在反应2h左右后使其降低温度至常温可得聚氨酯预聚体，添加扩链剂使其发生扩链反应，产生聚氨酯胶，然后在进行涂布试验，当胶量是40g/m时，耐水压>0.5MPa，透湿度>1500g/（m²·d）。现在，有三种防水透湿透气的面料，分别是涂层织物、高密织物和曾压织物等。由高分子防水且透气的材料和布合成的就是涂层织物，其具备良好的防水透湿性能，但其手感差、防风效果不佳、水洗性能不好以及很难被自然降解等缺点。防水透气的聚氨酯面料兼具透气性和防水性两大优势，此面料使用的聚氨酯基材层，其两面有面胶涂层和底胶涂层。聚氨酯基材层的制作方法：在反应容器中加入聚醚型聚氨酯，使得其预热到70℃，然后添加聚醚型聚氨酯、木质纤维素、含氢硅油、膨胀珍珠岩、凹凸棒土、纳米二氧化钦、硅烷偶联剂、消泡剂、乙醇等，搅拌混合，升温至106℃，在经过保温45min后运送到织布机中就可得聚氨酯基材层。底胶涂层的制作：在反应容器中添加聚醚型聚氨酯，升至66℃，后添加钦白粉、竹炭纤维、脂肪醇聚氧乙烯醚N1N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂等，升至95℃，保温25min，就生成底胶涂层。面胶涂层的制取：在反应容器中加入聚醚型聚氨酯，使其预热到70℃，依次加入钦白粉、DMF溶剂、紫外光吸收剂、十二烷基磺酸钠等，将温度升高到105℃，搅拌均匀并保温30min左右，就制备出面胶涂层。在120℃的聚氨酯基材层上涂覆底胶涂层，在145℃时加热然后凝固5min左右后得复合组。在130℃的聚氨酯基材层的另一面涂覆面胶涂层，加热170℃后凝固10min左右得聚氨酯面料。由此制备的面料其透湿度为153g（m²·d），透气率为0.52cm³/（cm²·s）。例如速干透气弹力的泳衣，其面料是由内弹性材料层、外弹性材料层和中间层组成。外弹性层的材质是聚碳酸型聚氨酯膜，中间层材质是织物面料，内弹性层的材质是聚对苯二甲酸乙二醋与氨纶相结合的面料。这种面料可将湿气、水份等及时传送到织物的表面上，而且在水中运动可也可降低阻力，弹力十足，可是穿着的人保持最好的状态。

3 结语

聚氨酯的用途非常广泛，它既可以作为减震材料应用到体育用品中，也可大量用于制造跑道、鞋底、地坪及头盔等。聚氨酯纤维面料所制成的游泳衣和运动衣具有迅速干燥和降低摩擦力的特殊功效。总之，聚氨酯材料的应用有助于运动员成绩的提高，因此，聚氨酯材料在体育防护用品中有着巨大的发展前景。