材料人看冬奧會(huì)，你需要了解的滑雪板知識(shí)
2022-11-14
來(lái)源：艾邦高分子公眾號(hào)
在2022 年北京冬季奧運(yùn)會(huì)這場(chǎng)冰雪運(yùn)動(dòng)盛宴中，全世界的眾多選手突破自我，在許多冰雪活動(dòng)中挑戰(zhàn)極限，其中，中國(guó)選手谷愛(ài)凌以優(yōu)異成績(jī)創(chuàng)造歷史在自由滑雪大跳臺(tái)項(xiàng)目上奪冠！
在運(yùn)動(dòng)會(huì)上，選手的身體成果和訓(xùn)練成果很重要，同時(shí)選擇合適的體育用品也是成功的重要因素之一。以滑雪板為例，其制成材料發(fā)生了很多變化，上個(gè)世紀(jì)后半期，玻纖復(fù)合材料開(kāi)始用于滑雪板的制造。從那以后，其成為了體育用品制造商的主要原料。今天，作為材料人，我們就聊聊滑雪板的材料知識(shí)。
滑雪板一般分為高山板、越野冬季兩項(xiàng)板、跳臺(tái)板、自由式板、單板等?；﹩伟宕笾路秩N類(lèi)型（全能板、公園板、高山板），映射了單板的幾種玩法和地形（回轉(zhuǎn)、跳臺(tái)、U槽、平地花式、BOX、RAIL、高山）。雪板的基本參數(shù)有長(zhǎng)度、寬度、硬度、板型、彈性、有效邊長(zhǎng)等。雪板的技術(shù)要素有板芯、版底、板面、板刃等。在早期的滑雪運(yùn)動(dòng)中，木材是滑雪板制材的首選，因?yàn)槟静拿芏鹊?、?qiáng)度高，能做出各種各樣的形狀，而且容易操作。為了便于人們操控，起初的滑雪板又薄又長(zhǎng)，在結(jié)合部位還有一塊較厚的木材。
不過(guò)，木材的致命傷在于，易受潮變形、扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下強(qiáng)度比較低。因此，之后的滑雪板改變了傳統(tǒng)的單片木質(zhì)結(jié)構(gòu)，混合了塑料板基、鋼鐵、邊緣以及鋁合金等結(jié)構(gòu)元素，大大增加了板的強(qiáng)度、彈性和穩(wěn)定性，板身長(zhǎng)度也逐漸變短。根據(jù)國(guó)際滑雪史協(xié)會(huì)（ISHA） 的記錄，用玻纖復(fù)合材料制作的世界第一支高山滑雪板， 是由工程師Fred Langendorf和 Art Molnar發(fā)明的，誕生于加拿大蒙特利爾，以 Toni Sailer 的商標(biāo)名稱(chēng)注冊(cè)。
三年后，Bill 和 Don Kirschner 創(chuàng)立了K2運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始生產(chǎn)自己品牌的玻纖復(fù)合滑雪。1967年，Art Molnar 加入K2運(yùn)動(dòng)，開(kāi)發(fā)了帶有泡沫芯的玻纖復(fù)合滑雪板。到1968年，玻纖復(fù)合材料替換了木材和鋁成為最常用于娛樂(lè)滑雪的滑雪板材料。1970年，玻纖復(fù)合材料進(jìn)入越野滑雪領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代，滑雪行業(yè)進(jìn)行了復(fù)合材料的設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)。玻纖預(yù)浸料的使用可以提高生產(chǎn)效率，但非常昂貴。s級(jí)玻纖將e級(jí)玻纖替換為濕式層壓工藝中使用的材料。同時(shí)，在玻纖中混合少量 kevlar芳綸、碳纖維、陶瓷纖維和其他高強(qiáng)度材料，提高整體的強(qiáng)度、彈性、耐沖擊性等。Biri是現(xiàn)有最古老的北歐滑雪品牌，由挪威麥迪遜公司創(chuàng)立，1988年被K2體育公司收購(gòu)。從1906年開(kāi)始，馬杜斯從事北歐滑雪板的設(shè)計(jì)，1974 年開(kāi)始生產(chǎn)玻纖復(fù)合滑雪。1979 年，馬杜什引進(jìn)了雙扭力箱的設(shè)計(jì)理念，制定了世界上大多數(shù)單板滑雪的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。1989年，Bucky Kashiwa 創(chuàng)立了第一個(gè)商業(yè)批量鋼制滑雪板項(xiàng)目。雖然在初期階段取得了成功，但2001年由于人工費(fèi)很高，不得不搬遷到奧地利。生產(chǎn)設(shè)備的一部分由大衛(wèi)·古德購(gòu)買(mǎi)，用于生產(chǎn)碳纖維復(fù)合滑雪。2005年，DPS公司推出了世界上第一款（也是北美唯一一款）擁有純粹用碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)的三明治結(jié)構(gòu)的滑雪板。今天，碳纖維預(yù)浸料在滑雪板中的應(yīng)用正在增加。
在上上屆奧運(yùn)會(huì)上，玻纖增強(qiáng)材料進(jìn)入了滑雪場(chǎng)，成為了滑雪板產(chǎn)業(yè)的明星材料?；┌瀹a(chǎn)業(yè)的原料，經(jīng)過(guò)許多世代的發(fā)展，現(xiàn)在的主角是玻纖強(qiáng)化材料。
K2體育公司說(shuō)，玻纖復(fù)合材料在滑雪中的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，源于滑雪運(yùn)動(dòng)員不同的運(yùn)動(dòng)需求。高山滑雪主要由重力驅(qū)動(dòng)，極端荒野滑雪作為原動(dòng)力依賴于其自身。判斷它們的差異在于對(duì)滑雪板材料有不同的要求。Wagner公司是玻纖復(fù)合材料的重要推廣者。據(jù)該公司介紹，“玻璃光纖是輕量、高強(qiáng)度、高扭轉(zhuǎn)剛性和優(yōu)異的沖擊吸收性能的單板滑雪的優(yōu)秀材料。權(quán)威滑雪者提出初學(xué)者必須認(rèn)識(shí)到對(duì)滑雪板“ 彈性”的過(guò)度追求可能會(huì)導(dǎo)致“凹凸不平”的滑行，從而減少滑雪體驗(yàn)。因此，纖維增強(qiáng)材料復(fù)合滑雪板目前是更好的選擇。
復(fù)合材料在高山滑雪板（Apline Ski）上的應(yīng)用有很多種適合高山滑雪的滑雪板，但以鋁和復(fù)合材料的混合物為主流，環(huán)氧膠粘劑主要用作粘結(jié)材料，因?yàn)檫@是通過(guò)實(shí)踐測(cè)試的最佳方案。
位于美國(guó)猶他州鹽湖城的 DPS Skis 滑雪公司現(xiàn)在是業(yè)界主要的滑雪板制作商之一。該公司采用純碳纖維預(yù)浸料的制造工藝。DPS Skis官方網(wǎng)站表示，行業(yè)其他多家企業(yè)也在使用該技術(shù)，但聲稱(chēng)在實(shí)際生產(chǎn)流程中混合了玻纖。DPS 的營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理說(shuō)，碳纖維的使用不僅有輕量化的效果，也有助于制造商更準(zhǔn)確地控制滑雪板的剛性，為運(yùn)動(dòng)員提供更好的控制體驗(yàn)。與玻纖復(fù)合滑雪相比，碳纖維的耐疲勞性優(yōu)異。此外，使用“預(yù)浸料”作為標(biāo)準(zhǔn)半成品可以最大限度地減少手動(dòng)鋪層比例誤差，并確保滑雪的所有位置的性能一致性。當(dāng)然，上述比較并不意味著玻纖復(fù)合滑雪板沒(méi)有用。設(shè)計(jì)滑雪板時(shí)，Wagner定制滑雪準(zhǔn)備了約100種替代材料。所有由 Wagner 制造的滑雪板，都以超高彈性模量聚乙烯為基礎(chǔ)，以木材為核心，由玻纖復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料或其混合物加固。Wagner 公司采用濕式層壓工藝，樹(shù)脂通過(guò)加熱、固化、氣壓壓制形成。復(fù)合材料在極限荒野滑雪（Backcountry Ski）和登山滑雪（Alpine Touring）上的應(yīng)用在上坡和垂直攀登時(shí)，輕量化的碳纖維復(fù)合滑雪板可以大幅減少運(yùn)動(dòng)員的能耗。Grande認(rèn)為，在過(guò)去的35年里，碳纖維復(fù)合材料因滑雪而備受歡迎。這是因?yàn)槿藗兊呐d趣不再局限于傳統(tǒng)的滑雪地，越來(lái)越多的愛(ài)好者將目光投向人跡罕至的荒山野嶺。
“那么，控制滑雪板重量的方法是什么？人們自然會(huì)想到輕質(zhì)高強(qiáng)的碳纖維材料。”Grande 解釋說(shuō)。同時(shí)登山和滑雪作為新的運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始進(jìn)入人們的視野（徒步登山，然后下山）。新西蘭 C6 Skis 滑雪公司生產(chǎn)的滑雪是專(zhuān)門(mén)為極端荒野滑雪和登山滑雪設(shè)計(jì)的。C6公司采用高壓釜硬化碳纖維預(yù)浸料工藝（ACCP）。一般來(lái)說(shuō)，碳纖維復(fù)合滑雪板的制造采用的是將碳纖維布浸在樹(shù)脂中，擠壓加熱，使之硬化的濕式層壓工藝。但是，在 C6 公司創(chuàng)始人 Craig Stirling 的眼中，這個(gè)方法會(huì)產(chǎn)生額外的重量。通過(guò)復(fù)合材料的應(yīng)用，可以在保持材料剛性的前提下，有效減少重量。雖然許多滑雪者都是碳纖維預(yù)浸料的支持者，但需要認(rèn)識(shí)到，過(guò)度追求滑雪板的“彈性”過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致旅行過(guò)程中的“ 顛簸”， 從而減少體育體驗(yàn)。同時(shí)，碳纖維很難處理，由此制成的滑雪板形狀也很難控制。由于處于冷卻狀態(tài)，碳纖維和樹(shù)脂的結(jié)合不是很緊密。所有這些缺陷最終都會(huì)影響滑雪板的生產(chǎn)進(jìn)度。近年來(lái)，為了得到更好的運(yùn)動(dòng)性能，應(yīng)用了在電場(chǎng)下變形時(shí)有可能產(chǎn)生電荷的壓電纖維復(fù)合材料。通過(guò)壓電纖維復(fù)合材料和芯片技術(shù)的結(jié)合，滑雪板可以擁有智能化的管理系統(tǒng)。目前由于制造技術(shù)等原因，一些復(fù)合材料滑雪板造價(jià)比較高，賣(mài)價(jià)也比較高，但在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著技術(shù)的成熟，低溫強(qiáng)韌性可回收再利用復(fù)合材料將成為滑雪用具制造的主要材料。總而言之， 碳纖維復(fù)合材料在找到有效的低成本碳纖維制造方法之前，很難在體育行業(yè)取得巨大的成果。這與在其他應(yīng)用中遇到的情況非常相似。但是由于登山和滑雪的人氣、體育的新形式以及更多追求高質(zhì)量滑雪板的人們的傾向，以及中國(guó)3億人參加冰雪運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃，碳纖維復(fù)合材料有望引導(dǎo)體育行業(yè)更快的發(fā)展。除了滑雪板，玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料還用于滑雪車(chē)、滑雪鞋、滑雪桿、滑雪服、滑雪頭盔等。
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