材料人看冬奥会，你需要了解的滑雪板知识
2022-11-14
来源：艾邦高分子公众号
在2022 年北京冬季奥运会这场冰雪运动盛宴中，全世界的众多选手突破自我，在许多冰雪活动中挑战极限，其中，中国选手谷爱凌以优异成绩创造历史在自由滑雪大跳台项目上夺冠！
在运动会上，选手的身体成果和训练成果很重要，同时选择合适的体育用品也是成功的重要因素之一。以滑雪板为例，其制成材料发生了很多变化，上个世纪后半期，玻纤复合材料开始用于滑雪板的制造。从那以后，其成为了体育用品制造商的主要原料。今天，作为材料人，我们就聊聊滑雪板的材料知识。
滑雪板一般分为高山板、越野冬季两项板、跳台板、自由式板、单板等。滑雪单板大致分三种类型（全能板、公园板、高山板），映射了单板的几种玩法和地形（回转、跳台、U槽、平地花式、BOX、RAIL、高山）。雪板的基本参数有长度、宽度、硬度、板型、弹性、有效边长等。雪板的技术要素有板芯、版底、板面、板刃等。在早期的滑雪运动中，木材是滑雪板制材的首选，因为木材密度低、强度高，能做出各种各样的形状，而且容易操作。为了便于人们操控，起初的滑雪板又薄又长，在结合部位还有一块较厚的木材。
不过，木材的致命伤在于，易受潮变形、扭转状态下强度比较低。因此，之后的滑雪板改变了传统的单片木质结构，混合了塑料板基、钢铁、边缘以及铝合金等结构元素，大大增加了板的强度、弹性和稳定性，板身长度也逐渐变短。根据国际滑雪史协会（ISHA） 的记录，用玻纤复合材料制作的世界第一支高山滑雪板， 是由工程师Fred Langendorf和 Art Molnar发明的，诞生于加拿大蒙特利尔，以 Toni Sailer 的商标名称注册。
三年后，Bill 和 Don Kirschner 创立了K2运动，开始生产自己品牌的玻纤复合滑雪。1967年，Art Molnar 加入K2运动，开发了带有泡沫芯的玻纤复合滑雪板。到1968年，玻纤复合材料替换了木材和铝成为最常用于娱乐滑雪的滑雪板材料。1970年，玻纤复合材料进入越野滑雪领域。20世纪70年代，滑雪行业进行了复合材料的设计优化和改进。玻纤预浸料的使用可以提高生产效率，但非常昂贵。s级玻纤将e级玻纤替换为湿式层压工艺中使用的材料。同时，在玻纤中混合少量 kevlar芳纶、碳纤维、陶瓷纤维和其他高强度材料，提高整体的强度、弹性、耐冲击性等。Biri是现有最古老的北欧滑雪品牌，由挪威麦迪逊公司创立，1988年被K2体育公司收购。从1906年开始，马杜斯从事北欧滑雪板的设计，1974 年开始生产玻纤复合滑雪。1979 年，马杜什引进了双扭力箱的设计理念，制定了世界上大多数单板滑雪的设计标准。1989年，Bucky Kashiwa 创立了第一个商业批量钢制滑雪板项目。虽然在初期阶段取得了成功，但2001年由于人工费很高，不得不搬迁到奥地利。生产设备的一部分由大卫·古德购买，用于生产碳纤维复合滑雪。2005年，DPS公司推出了世界上第一款（也是北美唯一一款）拥有纯粹用碳纤维预浸料生产的三明治结构的滑雪板。今天，碳纤维预浸料在滑雪板中的应用正在增加。
在上上届奥运会上，玻纤增强材料进入了滑雪场，成为了滑雪板产业的明星材料。滑雪板产业的原料，经过许多世代的发展，现在的主角是玻纤强化材料。
K2体育公司说，玻纤复合材料在滑雪中的应用和开发，源于滑雪运动员不同的运动需求。高山滑雪主要由重力驱动，极端荒野滑雪作为原动力依赖于其自身。判断它们的差异在于对滑雪板材料有不同的要求。Wagner公司是玻纤复合材料的重要推广者。据该公司介绍，“玻璃光纤是轻量、高强度、高扭转刚性和优异的冲击吸收性能的单板滑雪的优秀材料。权威滑雪者提出初学者必须认识到对滑雪板“ 弹性”的过度追求可能会导致“凹凸不平”的滑行，从而减少滑雪体验。因此，纤维增强材料复合滑雪板目前是更好的选择。
复合材料在高山滑雪板（Apline Ski）上的应用有很多种适合高山滑雪的滑雪板，但以铝和复合材料的混合物为主流，环氧胶粘剂主要用作粘结材料，因为这是通过实践测试的最佳方案。
位于美国犹他州盐湖城的 DPS Skis 滑雪公司现在是业界主要的滑雪板制作商之一。该公司采用纯碳纤维预浸料的制造工艺。DPS Skis官方网站表示，行业其他多家企业也在使用该技术，但声称在实际生产流程中混合了玻纤。DPS 的营销经理说，碳纤维的使用不仅有轻量化的效果，也有助于制造商更准确地控制滑雪板的刚性，为运动员提供更好的控制体验。与玻纤复合滑雪相比，碳纤维的耐疲劳性优异。此外，使用“预浸料”作为标准半成品可以最大限度地减少手动铺层比例误差，并确保滑雪的所有位置的性能一致性。当然，上述比较并不意味着玻纤复合滑雪板没有用。设计滑雪板时，Wagner定制滑雪准备了约100种替代材料。所有由 Wagner 制造的滑雪板，都以超高弹性模量聚乙烯为基础，以木材为核心，由玻纤复合材料、碳纤维复合材料或其混合物加固。Wagner 公司采用湿式层压工艺，树脂通过加热、固化、气压压制形成。复合材料在极限荒野滑雪（Backcountry Ski）和登山滑雪（Alpine Touring）上的应用在上坡和垂直攀登时，轻量化的碳纤维复合滑雪板可以大幅减少运动员的能耗。Grande认为，在过去的35年里，碳纤维复合材料因滑雪而备受欢迎。这是因为人们的兴趣不再局限于传统的滑雪地，越来越多的爱好者将目光投向人迹罕至的荒山野岭。
“那么，控制滑雪板重量的方法是什么？人们自然会想到轻质高强的碳纤维材料。”Grande 解释说。同时登山和滑雪作为新的运动，开始进入人们的视野（徒步登山，然后下山）。新西兰 C6 Skis 滑雪公司生产的滑雪是专门为极端荒野滑雪和登山滑雪设计的。C6公司采用高压釜硬化碳纤维预浸料工艺（ACCP）。一般来说，碳纤维复合滑雪板的制造采用的是将碳纤维布浸在树脂中，挤压加热，使之硬化的湿式层压工艺。但是，在 C6 公司创始人 Craig Stirling 的眼中，这个方法会产生额外的重量。通过复合材料的应用，可以在保持材料刚性的前提下，有效减少重量。虽然许多滑雪者都是碳纤维预浸料的支持者，但需要认识到，过度追求滑雪板的“弹性”过大可能会导致旅行过程中的“ 颠簸”， 从而减少体育体验。同时，碳纤维很难处理，由此制成的滑雪板形状也很难控制。由于处于冷却状态，碳纤维和树脂的结合不是很紧密。所有这些缺陷最终都会影响滑雪板的生产进度。近年来，为了得到更好的运动性能，应用了在电场下变形时有可能产生电荷的压电纤维复合材料。通过压电纤维复合材料和芯片技术的结合，滑雪板可以拥有智能化的管理系统。目前由于制造技术等原因，一些复合材料滑雪板造价比较高，卖价也比较高，但在不远的将来，随着技术的成熟，低温强韧性可回收再利用复合材料将成为滑雪用具制造的主要材料。总而言之， 碳纤维复合材料在找到有效的低成本碳纤维制造方法之前，很难在体育行业取得巨大的成果。这与在其他应用中遇到的情况非常相似。但是由于登山和滑雪的人气、体育的新形式以及更多追求高质量滑雪板的人们的倾向，以及中国3亿人参加冰雪运动的规划，碳纤维复合材料有望引导体育行业更快的发展。除了滑雪板，玻纤增强复合材料还用于滑雪车、滑雪鞋、滑雪杆、滑雪服、滑雪头盔等。
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