新型抗机械冲击的运动防护服的研制
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作者:张广鹏
摘要：由于传统运动防护服没有采用胶原质树脂作为研制原料，因此抗机械冲击力低。为此，进行新型抗机械冲击的运动防护服的研制。利用胶原质树脂的膨胀特性，受到机械冲击时，材料立即从柔软变成坚硬;等到冲击作用力完全消失后，材料再由坚硬变成柔软。实验结果：研制运动防护服的抗机械冲击力更高，可以达到预期的防护效果。
关键词：新型;抗机械冲击;运动防护服;研制
中图分类号：TQ321
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）07-0139-03
众所周知，运动员在长时间高压训练以及参加比赛过程中，很容易在高速运动时受到意外机械冲击，一旦受伤，对运动员的职业生涯甚至一生都将产生不可逆的消极影响”。抗机械冲击的运动防护服对于热爱体育运动，尤其是从事体育运动的职业运动员来讲，是保护其自身安全的有效方式。最早开始研究抗机械冲击运动防护服的起源于20世纪80年代，将可吸收振动的材料通过特殊设计融合在运动服的纺织品中，通过吸收机械冲击所引起的冲击力，降低由于机械冲击对运动员带来的受伤风险系数。新型抗机械冲击的运动防护服在传统运动防护服的基础上，对防护与舒适这两项重要指标提出了更高的要求，致力于在充分考虑透气性以及柔性的前提条件下，有效抵抗机械冲击，保证其安全性能。本文结合DowCorning公司采用专利技术新研制的具备防冲击以及舒适双重效应的抗机械冲击运动防护服，提出新型抗机械冲击的运动防护服的研制，为运动员提供最佳保护。
1新型抗机械冲击的运动防护服的研制
1.1采用胶原质树脂
由于运动防护服在面对机械冲击时，会产生瞬间热量，导致温度急速上升，而胶原质树脂分子的主链结构是-0-Si-0-，硅氧键很稳定，不容易断开，所以表现出来就是胶原质树脂很稳定，耐高温。胶原质改性环氧树脂是在环氧树脂主体当中通过缩合反应引入低分子量的聚硅氧烷，目的是改善环氧树脂的电气、耐热等性能。胶原质树脂是在有机硅树脂主体通过缩合反应引入环氧基团，目的是提高胶原质树脂的强度、耐热、耐老化性能。胶原质树脂从单一结构聚合物向多元聚合物发展，形成功能更为复杂的共聚物，如：二元共聚（或复合）、三元共聚（或杂合），甚至四元或五元共聚。二元共聚包括：丙烯酸一醇酸树脂，丙烯酸-环氧树脂，丙烯酸-聚氨酯树脂，丙烯酸-含硅树脂，丙烯酸-含氟树脂等;三元共聚包括：丙烯酸-环氧-聚氨酯，丙烯酸-环氧-含硅，丙烯酸-环氧-含氟等;四元共聚包括：丙烯酸-环氧-聚氨酯-含硅（含氟）树脂。多元共聚形成的胶原质树脂体系，单体组分通过聚合形成共聚（接枝、嵌断）化合物，甚至含有一定各自单体均聚物，体系非常复杂复合体系。通过改变合成树脂配方以及加工工艺，形成协同效应，取长补短，得到性能最佳的抗机械冲击材料，可以满足抗机械冲击运动防护服的研制要求。本文研制的新型抗机械冲击的运动防护服采用胶原质树脂，由于胶原质树脂自身具备的膨胀特性，能够在受到机械冲击的情况下，立即从柔软的材料变成坚硬的固体;在机械冲击作用力消失的情况下，再由坚硬的固体变成柔软的材料。这样一来，就能够保证新型抗机械冲击的运動防护服在具备防护效果的同时，提高平时使用的舒适度[2]。
1.2引进积极防护系统
在本文研制的新型抗机械冲击的运动防护服中，引进积极防护系统最大的目的在于提高运动防护服的舒适性。通过积极防护系统在织物表面与机械冲击相遇面间隔纱上的膨胀胶原质树脂，在接受冲击力变坚硬后，再将冲击力传递给与之相邻的间隔纱上的膨胀胶原质树脂，将冲击力展开处理，提高防护等级。积极防护系统织物受力膨胀的横截面，如图1所示。
通过图1可知，织物间隔纱的载体一般采用菱形构造，通过引进积极防护系统对织物间隔纱进行细微化设计，使其能够最大程度上增强抗机械冲击性能。相同的织物在不同条件下受机械冲击所产生的抗机械冲击效果也必然有所差异，为确保本文研制的抗机械冲击运动防护服无论是在高温、潮湿还是浸湿状态下，都能够保证其防护效果不受影响，针对相同的织物在不同条件下受机械冲击所产生的抗机械冲击效果进行分析，得出的不同条件下织物的防冲击效果具体信息，如表1所示。
通过表1可知，引进积极防护系统研制的运动防护服在保证防护性能与舒适度的同时，还具备织物易护理的功能。
1.3发生辉光放电反应
考虑到胶原质树脂是一类非常独特的硅氧烷，是由四官能度硅氧烷缩聚链节（Q）与单官能度硅氧烷链节（M）构成的有机硅树脂，其摩尔质量一般1000～8000，分子结构中M链节与Q链节的量之比及结构决定树的性质和应用范围。因此，能够通过相较静态的低压气体GD，显示辉光的气体放电现象，该独特反应具有出色的灵敏度和较低的多原子干扰，稳定性绝佳。
1.4完成抗机械冲击运动防护服研制
根据上述要求研制的抗机械冲击运动防护服，，上衣采用尼龙荧光黄网布+黑色网布结合胶原质树脂，透气性耐磨性好叫。整件上衣采用3M反光晶格条，全方位反光，增加可视性。抗机械冲击运动防护服上衣采用CE认证护具，护肩*2、护肘*2、护背*1，在运动过程中起到良好的缓冲作用，防止摔伤。腋下透气网布设计，提高透气性，夏季运动通风透气，更好的解决闷热感。抗机械冲击运动防护服裤子采用耐磨四面弹力尼龙面料结合胶原质树脂，透气舒适，弹性良好，耐磨耐穿。膝盖采用可拆卸CE认证的安全护具，具有良好的吸震和防撞击功能，有效保护关节部位安全，保障运动员受到机械冲击的安全性。与此同时，在腰头两侧魔术贴调节带，内侧防滑松紧带设计，起调节腰围的作用，提高穿着合体性。腰头有3个皮带袢，可通过树脂四合扣打开，用于挂载装备腰带。膝盖破骨立体凸出设计，符合人体膝盖运动弯曲，提高灵活性及舒适性。研制的抗机械冲击运动防护服整体立体裁剪，美观大方，穿着舒适，走线精致，不断线。
2实验 2.1实验准备
本次实验结合欧洲针对新型抗机械冲击的运动防护服制定的最低标准SN1578-2：2000以及SN1578-3：2007，对本文研制的运动防护服以及传统运动防护服在防护性能方面进行比较。SN1578具体的测试标准，如表2所示。
结合表2信息，分别使用传统运动防护服以及本文研制运动防护服进行对比实验，设置传统运动防护服作为实验对照组。实验主要内容为测试两款运动防护服的抗机械冲击力，从而评定防护效果更好的运动防护服。以2s为时间节点，进行2次实验，并针对测得的抗机械冲击力，记录实验结果。
2.2实验结果分析与结论
根据上述设计的实验步骤，采集2组实验数据，将两款运动防护服下的抗机械冲击力进行对比，抗机械冲击力对比结果，如下图2所示。
通过图2可得出如下的结论：本文研制的运动防护服抗机械冲击力最高可达24019N，实验对照组为15675N，虽然两款运动防护服均能满足SN1578-2：2000以及SN1578-3：2007标准，但本文研制的运动防护服抗机械冲击力明显更高，可以达到预期的防护效果。通过实验结果证明，所研制的运动防护服其各项功能均可以满足研制总体要求，可以进行现实推广。
3结语
开发了一种新型的运动防护服装，它采用了胶原树脂，由于它本身具有的膨胀特性，使它能够在受到机械冲击时，立即从软材料变为硬固体;在机械冲击力消失时，又由硬固体变为软材料。主动引入保护系统，将织物的三维结构注入胶原树脂中，利用对灌注的程度来控制织物的透气性。为验证研制运动防护服的有效性，设计实验，实验结果能够研制的运动防护服抗机械冲击力明显更高。
参考文献
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