塑料复合材料在体育娱乐设施器材中的应用及性能测试

高 栋

(咸阳职业技术学院,陕西 咸阳 712000)

随着我国国民经济的不断提升，人们越来越注重自身健康问题，大多数人会选择在空闲时间，通过体育健身的方式提高身体素质。这在一定程度上促进体育健身器材行业的发展。传统体育娱乐设施器材主要采用普碳钢作为主要制作材料，该材料遇水极易出现腐蚀现象，伴随外界环境的不断变化，可降低体育娱乐设施器材的使用寿命。本研究采用塑料复合材料作为体育娱乐设施器材的原材料，这可提升其的使用寿命。

1 体育娱乐设施器材的选材原则

1.1 严格控制材料的质量

为充分发挥塑料复合材料在体育娱乐设施中的应用效果，应提升塑料复合材料的基本性能。使用者在使用体育娱乐设施的过程中，主要利用人力使各种设施实现运行，因此，体育娱乐设施的质量越轻，使用者消耗的体力越少，在使用体育娱乐设施时发挥的水平越高。体育娱乐设施中包括使用机械力量实现运动的器材，该类型的器材对质量也有要求，质量越轻，越有利于设施后期维修工作的顺利开展[1-2]。

1.2 保证材料的韧性和强度

若体育娱乐设施选用的制作材料具有较强的刚度及韧性，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体育娱乐设施的使用性能及寿命。传统体育娱乐设施主要采用金属材料作为核心原材料，可使设施具有较好的力学性能；使用塑料复合材料作为体育娱乐设施的原材料，可使设施具有更高的比模量及比强度。

1.3 耐老化性能较好

大多数体育娱乐设施均在户外进行使用，随着外界环境的不断变化，可降低体育娱乐设施的使用寿命及基本性能，应用者的安全无法得到保证。为了最大限度地提升体育娱乐设施的使用寿命及美观程度，可采用塑料复合材料制作体育娱乐相关设施。比如运动跑道、滑板等易受外界环境影响的设施。通过塑料复合材料的使用，可提升体育设施的耐老化性能[3-4]。

1.4 成型加工性能加好

为保证体育娱乐设施的基本性能，应选用成型加工性能较好的材料完成体育娱乐设施的制作。塑料复合材料的成型较为容易，可提升体育娱乐设施的使用寿命及美观程度。随着成型技术的不断发展，可采用压制成型、热压罐成型等方式完成体育娱乐设施的制作。

2 塑料复合材料的性能测试

为验证塑料复合材料的基本性能，本研究选择与实际应用环境相匹配的材料完成性能测试。为保证体育娱乐设施应用效果的最优化，将维持体育娱乐设施的安全性作为测试的目的，并满足该设计对节能环保的要求[5-6]。

2.1 力学性能测试

为使塑料复合材料的应用效果达到体育娱乐设施的要求，对塑料复合材料进行性能测试，以此保证体育娱乐设施的安全性。本研究对塑料复合材料进行性能测试时，选取不饱和聚酯树脂和碳纤维增强树脂基复合材料作为主要研究对象，从多个方面对二者进行分析。

2.1.1测试环境准备

为保证测试结果的精准性及规范性，选用2种材质的试验样本作为研究对象，2个样本的尺寸均为250 mm×20 mm×5 mm。为避免试验过程中存在的偶然性，将试验次数控制在3次；3次试验结果的平均值即为力学性能测试的对应数据[7-8]。

2.1.2测试实际操作

人力资本（edut）：人力资本一般运用人力资本存量来衡量。于燕运用每万人普通高校毕业生数量来衡量人力资本存量[10]135。本文采用每万人毕业大学生数量来衡量人力资本存量。

塑料复合材料的操作过程：首先借助电子万能试验机对塑料复合材料的拉伸强度进行测试，在计算机中将拉伸速度设置为5 mm/min；其次，利用微型测力传感器等设备精准记录塑料复合材料的拉伸数据，最后对所得数据进行汇总。

塑料复合材料拉伸强度测试结果如表1所示。

为提升体育娱乐设施的安全性能，应综合考虑塑料复合材料的弹性模量。通过对塑料复合材料的弹性模量进行测试，有利于保证试验结果的准确性。不饱和聚酯树脂3次弹性模量测试结果依次分别为2.55、2.51、2.56 GPa；碳纤维增强树脂基复合材料3次弹性模量测试结果依次分别为5.13、5.19、5.07 GPa。

塑料复合材料在实际拉伸过程中，应不断对材料每次拉伸的变化情况进行精准记录，使记录的数据形成动态数据，直至研究对象被拉断为止。当研究对象被拉断时的数据即为断裂伸长率参数，不饱和聚酯树脂3次断裂伸长率测试结果依次分别为3.14%、3.22%、3.19%；碳纤维增强树脂基复合材料3次断裂伸长率测试结果依次分别为2.44%、2.37%、2.40%[9-10]。

利用冲击试验机对研究对象的冲击强度进行测试，不饱和聚酯树脂3次冲击强度测试结果依次分别为16.55、15.88、17.11 kJ/m2；碳纤维增强树脂基复合材料3次冲击强度测试结果依次为41.56、40.51、41.46 kJ/m2。

综上所述，碳纤维增强树脂基复合材料的力学性能更优，将该材料应用于体育娱乐设施的制作时，可考虑向该材料中添加适当的助剂，以此满足体育娱乐设施对材料的要求，并保证体育娱乐设施的安全性能[11-12]。

2.2 耐腐蚀性能测试

为充分发挥塑料复合材料的优势，并降低体育娱乐设施在后期维护的成本，应不断提升塑料复合材料的抗腐蚀效果，使该材料在实际应用中发挥自身优势，满足体育娱乐设施的应用要求。

本研究对塑料复合材料的耐腐蚀性能进行测试时，为保证试验结果的准确性，选取塑料复合材料的“浸泡时间”作为核心变量，将塑料复合材料的浸泡时间控制在1个月；在材料浸泡过程中，不断对塑料复合材料的变化情况进行精准记录。浸泡的溶液由氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾以及氯化钠共同组成，其质量依次分别为237 g、1.8 g、8.4 g、70 mL。将4种材料置于2 000 mL的去离子水中，对该溶液进行搅拌，待其完全溶解后，将该溶液分为质量相等的2份溶液，并向2份溶液中分别加入不饱和聚酯树脂和碳纤维增强树脂基复合材料，观察二者的变化情况并记录；塑料复合材料耐腐蚀性能的测试结果如表2所示[13-14]。

表2 塑料复合材料耐腐蚀性能的测试结果Tab.2 Test results of corrosion resistanceof plastic composites

综上所述，不饱和聚酯树脂的耐腐蚀性能更优。虽然该材料在实际应用过程中存在不同程度的破坏现象，但是该材料的耐腐蚀性能明显优于碳纤维增强树脂基复合材料。在该材料的实际应用过程中，可利用添涂耐腐蚀镀层的方式，并结合机械构造实现体育娱乐设施使用寿命的延长。

3 塑料复合材料在体育娱乐设施器材中的应用

3.1 在运动场中的应用

当前体育运动跑道中，塑胶类跑道凭借自身较为突出的减震性能以及防滑性能，被广泛应用于体育领域中。塑胶类体育运动跑道主要由弹力层、塑胶层、过渡层、混凝土、防潮层以及砂石垫层共同组成。其中弹力层的主要原材料为聚丙烯酸酯，塑胶层的原材料为乙酸乙烯脂共聚物。对跑道的面层进行制作时，通常采用乙烯和乙酸乙烯聚合后乳液(E/VAC乳液)或者丙烯酸乳液进行固化。E/VAC乳液的性能较差，在实际应用过程中，逐渐被丙烯酸乳液代替。聚氨酯材料凭借自身毒害性较小，环保性较高等优势被广泛应用于跑道的制作。塑胶类体育运动跑道的结构组成如图1所示[16-18]。

图1 塑胶类体育运动跑道的结构组成Fig.1 Structural composition of a plastic sports track

3.2 在滑板中的应用

滑板主要由支架、轴承等零件共同组成。传统滑板选用橡胶、黏土以及金属作为主要原材料完成制作。当前滑板主要采用聚氨酯材料作为核心材料完成制作，由于马路路面上端存在凹凸不平现象，滑板前行的稳定性无法得到保障。通过对聚氨酯的密度进行控制，可支持多种类型且不同硬度的轮子，有利于滑板更好的适应马路路面。众多聚氨酯制成的轮子中，硬度为85A的轮子具有良好的抓地性，可将其应用于粗糙的路面。对滑板的版面进行制作时，可采用实木、塑料复合材料作为主要材料，塑料复合材料具有良好的强度及刚度，可通过降低自身质量的方式，使用者可不受冲击载荷的影响。塑料复合材料制滑板板体构成如图2所示。

图2 塑料复合材料制滑板板体Fig.2 Skateboard made of plastic composite material

对滑板板体进行制作时，在板体的各层次之间采用环氧灌浆材料完成板体的粘合，该材料具有良好的渗透性，通过该材料可强化滑板板体制作原材料的完整性。为最大限度地提升滑板板体的力学性能，将环氧树脂基体作为主材料，竹木、碳纤维等材料作为滑板制作的增强材料，可全面提升滑板的强度及硬度[19-20]。

4 结语

本研究主要对塑料复合材料在体育娱乐设施中的应用效果进行研究，体育娱乐设施的质量越轻，使用者消耗的体力越少，在使用体育娱乐设施时发挥的水平越高。通过对塑料复合材料性能进行测试可知，该材料具有良好的拉伸强度、耐腐蚀等性能。大多数体育娱乐设施均在户外进行使用，随着外界环境的不断变化，可降低体育娱乐设施的使用寿命及基本性能，应用者的安全无法得到保证。将塑料复合材料应用于体育设施的制作中，可提升体育娱乐设施的使用寿命及美观程度。