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高分子材料与索契冬奥会的不解之缘
第22届冬季奥林匹克运动会，索契冬季奥运会（2014 The winter Olympics in Sochi）简称“索契冬奥会”，已经在2014年02月07日~02月23日在俄罗斯联邦索契市举行。索契奥运会设15个大项，98小项。这是俄罗斯历史上第一次举办冬季奥运会。第一次伴随着机遇而来的便是比赛设施的建造和比赛用雪的储存，在这些领域高分子材料这个材料界的新星扮演着重要的角色。冬奥会大多是雪上和冰上的项目，运动员比赛的服装也必须要求防水以及更高的要求，能够满足这么多要求的高分子纤维材料则是用途广泛。一 高分子材料索契应用的内容
（一）储雪材料
冬奥会赛事的主要特征是在冰上和雪地举行的冬季运动，如滑冰、滑雪等适合在冬季举行的项目。出了满足气温要低于零摄氏度，雪对于冬奥会显得格外重要。按照索契常年的平均降雪量，2014年冬奥会期间比赛地点应该会有充足的降雪，同时尽管俄罗斯一向给人冰天雪地的感觉，但举办地索契，却是俄罗斯少有的几个亚热带城市之一。这座黑海之滨的小城，向来以阳光沙滩宜人的气候著称，是俄罗斯人度假疗养的“夏都”。索契的年平均气温是15℃，即使是12月、1月和2月，平均气温也是6℃至8℃。为了避免2014年索契冬奥会期间遇上不利天气出现“雪荒”，组委会还是决定储存一些额外的雪，以保证满足国际奥委会和冬季单项协会的严格标准。
2010年温哥华冬奥会就曾因雪不够，不得不空运雪来铺赛道。这让比温哥华还“温暖”的索契怎么办。因此，在索契成功获得举办权之后，一个担忧就产生了：这里有足够的雪吗？为避免重蹈“雪荒”覆辙，索契拉开了一场“冰雪保卫战”，并制定了三管齐下的计划。计划A人工降雪、计划B储存供雪和计划C 高科技造雪机。其中储存大量的积雪必须采取，优良的保温隔热材料。芬兰供雪保证（Snow Secure）公司的CEO恩特·米库·马乐迪凯宁（Enter Mikko Martikainen）受雇于冬奥会，设计了一个应急方案以确保索契能有足够的雪，存雪系统包括把上一年710,000立方米的人造雪和自然降雪存储起来。将这些雪分成14份，通过高科技隔热毯来防止其融化，这些隔热毯由热泡沫、高反射能力的铝平板以及一层可降低湿度的透气性土工织物构成。其中热泡沫便是由聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等发泡形成。土工织物是用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成的土木工程用卷材，而合成纤维的主要原料有聚丙烯、聚酯、聚酰胺等。
（二）比赛场馆和城市基础设施建设
索契菲施特奥林匹克体育场（The Fisht Olympic Stadium）是索契冬奥会的主体育场。它设计独特，材料新颖，可以在开闭幕式和比赛中进行生动的灯光表演。体育场顶是由两个
2半壳结构组成，建造时使用了约36,000 m的泰克斯隆（Texlon）。泰克斯隆是一种透明膜材。该技术的提供商维克多-福伊特克公司（Vector Foiltec）称这种材料会形成一个气候信封（climatic envelope）。泰克斯隆气垫由多层乙烯-四氟乙烯改性共聚物（ETFE）组成，层间充入低压空气以隔热并保护其免于风的损害。泰克斯隆膜的表面可以捕获投影光线，将其用于展示图像、色彩或者播放视频。经过加工后，每层膜都可以透射、反射或者散射图片，从而使体育场的顶部可以“兼职”视频显示器。体育场使用了两层和三层气垫的结合，前者透光性较好，而后者略差。透光性较好的气垫材料允许自然光进入体育场，而透光性较差的则可以散射直射的太阳光，从而避免光线过于刺眼。而到了晚上，LED光则可以呈现一场无与伦比的视觉盛宴。
LED 是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线进行焊接，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，拥有优良的抗震性能。波尔肖冰宫索契冬奥会最具标志性的场馆，顶部有一个圆顶盖外形类似水滴的大冰宫。作为冰球运动的主要比赛场所，设计基于冷冻下降的现象。作为奥运会全球合作伙伴之一的陶氏化学公司（Dow Chemical Company）为一些基础设施提供了技术支持，这之中就包括了大冰宫。陶氏是化工领域的全球领军企业，同时也是著名的创新企业，它为大冰宫提供了改建场馆及城市基础设施的可持续解决方案，国际奥委会（International Olympic Committee, IOC）主席托马斯·巴赫（Thomas Bach）说道，“作为奥运会官方化学公司，陶氏将继续支持国际奥委会的可持续长期战略，并发挥重要作用。”波尔肖冰宫(The Bolshoy Ice Dome)利用DOWCAL™载冷液打造并维护高性能的冰面，为世界最优秀的冰球运动员提供最佳场地，助其为奥林匹克荣誉而战。另外，还有众多陶氏化学解决方案被应用在波尔肖冰宫各个部分，包括WALOCEL™产品（用来改善场馆地面的混凝土混合材料）、工业涂料（增强持久性，并为金属结构零部件提供抗腐蚀保护）、工程塑料MC尼龙、ENDURANCE™系列半导体及绝缘材料（保证电缆的可靠性和超长使用寿命）、和SPECFLEX™聚氨酯产品（提高贵宾坐席的美观度、舒适度和持久度）。
（三）运动员的服饰装备
索契冬奥会，中国体育代表团独具中华文化的领奖服“冠军龙服”吸引了世界的目光。“冠军龙服”是传统与时尚的完美结晶，“创新之大，设计之精，运用之巧，处处都是亮点，充分体现了安踏设计团队对中国文化、现代时尚和体育精神的独特见解。“冠军龙服”工艺采用了中国传统的织锦技术，将九龙壁九条不同形态的龙形象印刻在领奖服上；后背china字样延续伦敦奥运会银边立体设计并根据汉字宋体描绘，更显中国特色。国际奥委会委员、冬奥会冠军杨扬在受访时点评，冠军龙服本身简洁，用大部分的白色配以国旗红，整体显得很大气，符合冬季奥运会特点。“冠军龙服”面料采用再生纤维材质，同时领奖服还具备防水性能，领奖服的面料反面使用了亲水无孔PU涂层膜，再施以层压技术，在面料上形成完整的膜层。该膜层具有良好的防水透湿功能，使领奖服的面料具有阻止雨水、雪水从外渗透到面料内部的能力。同时又具备把人体散发的汗液以水蒸气的形式透过面料向外散发。从而使人体与服装之间的微小气候得到调节，为穿着者保持干爽和温暖
踏设计的中国队冬奥领奖鞋也应用先进科技。领奖鞋整体采用织唛鞋面，应用线形支撑结构，在保暖柔软的同时保证有效的支撑，打造舒适穿着感受；鞋身结合电雕工艺，将龙鳞元素刻画在鞋面上；而在鞋舌的设计上则融入了由九龙壁元素衍生而来的龙纹标志，增强鞋子文化感。另一方面，将全新大底科技“能量环”融入其中，其灵感来源于汽车底盘的缓震设计。双层结构的能量环科技，具备了高保护、高反弹、易弯折、轻质等特点，同时起到柔性回弹与稳定支撑的功效，确保整个能量的循环守恒；以形变产生回弹，实现高效反弹，产生的回弹力直接传达到脚部；易弯折大底，提供良好的穿着感受；镂空穿透、则减轻了重量，提升舒适度。领奖鞋的质量轻、弹性好正是是因为鞋底采用了Phylon材料（由EVA二次发泡制成），而Phylon最大优点便是轻便、弹性好，外观细，软度佳，硬度、密度、拉力、撕裂、延伸率佳。
索契冬奥会上，火炬手、领奖运动员和俄罗斯运动员所穿的运动服色彩绚烂，引人注目。这些运动服是由昆山华阳复合材料科技有限公司提供的高端功能性面料制作而成，这款面料名为高分子防水透湿薄膜，是华阳公司目前主打的自主研发产品，主要用于户外运动市场。用水喷淋该薄膜做成的冬奥会运动服布料，布料滴水不沾。再在水压下测试其透气性，布料上不停地冒出气泡，却一滴水也不漏，且该薄膜面料还可以承受1万帕以上的水压，相当于10米深水的压强，对面料不会造成任何损坏。防水透湿膜是一种新型的高分子防水材料。它以聚氨基甲酸酯（TPU）为主要材料，导入亲水基。薄膜表面无微孔，故可以透气拒水。
索契冬奥会上冠军是每个运动员的追求，第22届冬奥会的每块金牌由俄罗斯奥组委花费三公斤纯金来打造而成。除含金量外，索契冬奥会奖牌加入了聚碳酸酯。，Lexan牌碳酸聚酯等体积竞争仅为其质量的一半;与丙烯酸材料相比，这一材料的抗冲击力性较其高出30倍。此外，Lexan牌碳酸聚酯具有极强的透明性，这进一步确保了奖牌在历经多年之后已经能够靓丽光鲜。
二 使用在索契冬奥会的高分子材料的介绍
聚氨酯（Polyurethane，缩写PU）全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可含有醚、酯、脲、缩二脲 ,脲基甲酸酯等基团。聚氨酯材料，用途非常广，可以代替橡胶，塑料，尼龙等。聚氨酯泡沫塑料应用广泛：软泡沫塑料主要用于家具及交通工具各种垫材、隔音材料等；硬泡沫塑料主要用于家用电器隔热层、屋墙面保温防水喷涂泡沫、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等,索契冬奥会采用；半硬泡沫塑料用于汽车仪表板、方向盘等。PU用于皮革生产则称为PU革，耐磨、耐用、质量稳定。聚氨酯涂层剂是当今发展的主要种类，主要为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplastic polyurethanes 简写TPU)，TPU涂层剂按组成分类有：聚酯系聚氨酯；聚醚系聚氨酯；芳香族异氰酸酯系聚氨酯；脂肪族异氰酸酯系聚氨酯。按使用上采用的介质分为溶剂类和水系类。它的优势在于：涂层柔软并有弹性；涂层强度好，可用于很薄的涂层；涂层多孔，具有透湿和通气性能。正是它存在透湿通气的又是，冬奥会上才会采取用PU涂层修饰过的面料做运动员的衣服；
聚苯板全称聚苯乙烯泡沫板，又名泡沫板或EPS板，是由含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒，经加热预发后在模具中加热成型的具有微细闭孔结构的白色固体，由发泡制得导热系数较低可与用来做保温材料；
酚醛泡沫材料常简称为酚醛泡沫，是以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂、及其它助剂等多种物质，经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料，素有“保温材料之王”的美称，是新一代保温防火隔音材料。它具有轻质、防火、遇明火不燃烧、无烟、无毒、无滴落，使用温度围广（-196～+200℃），低温环境下不收缩、不脆化的特点。由于酚醛泡沫闭孔率高，则导热系数低（可低于0.030w/mk），隔热性能好，并具有一定的抗水性和水蒸气渗透性，是较好的保温节能材料，更是暖通制冷工程理想的绝热材料。由于酚醛具有苯环结构，所以尺寸稳定，变化率
聚丙烯（polypropylene,简写PP），是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。当PP用于合成纤维中文名称之为丙纶。它是由丙烯作原料经聚合、熔体纺丝制得的纤维。丙纶的品种有长丝（包括未变形长丝和膨体变形长丝）、短纤维、鬃丝、膜裂纤维、中空纤维、异形纤维、各种复合纤维和无纺织布等。源于丙纶密度低质轻、拉伸强度高、不吸湿、保暖性能好、强度高价格仅是锦纶的三分之一被广泛的用于生产和生活；
聚酯纤维(polyester fibre)由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维的统称，中国的商品名为涤纶。是当前合成纤维的第一大品种。具体品种有：聚对苯二甲酸乙二酯纤维，聚对苯二甲酸丁二酯纤维，聚对苯二甲酸丙二酯纤维，聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯纤维，聚-2,6-萘二酸乙二酯纤维，以及多种改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维(如:CDP，ECDP，EDDP)等。涤纶具有许多优良的纺织性能和服用性能，用途广泛，可以纯纺织造，也可与棉、毛、丝、麻等天然纤维和其他化学纤维混纺交织，制成花色繁多、坚牢挺刮、易洗易干、免烫和洗可穿性能良好的仿毛、仿棉、仿丝、仿麻织物。涤纶织物适用于男女衬衫、外衣、儿童衣着、室内装饰织物和地毯等。由于涤纶具有良好的弹性和蓬松性，也可用作絮棉。在工业上高强度涤纶可用作轮胎帘子线、运输带、消防水管、缆绳、渔网等，也可用作电绝缘材料、耐酸过滤布和造纸毛毯等。用涤纶制作无纺织布可用于室内装饰物、地毯底布、医药工业用布、絮绒、衬里等。
聚酰胺(PA，俗称尼龙)是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，其最突出的优点是耐磨性高于其他所有纤维，比棉花耐磨性高10倍，比羊毛高20倍，在混纺织物中稍加入一些聚酰胺纤维，可大大提高其耐磨性；当拉伸至3-6%时，弹性回复率可达100%；能经受上万次折挠而不断裂。聚酰胺纤维的强度比棉花高1-2倍、比羊毛高4-5倍，是粘胶纤维的3倍。例如中国冰壶队用来刷冰的毛刷的毛便是尼龙制成的。PA除了可以做成纤维外也可以作为工程塑料，MC尼龙便是其中之一。它是在常压下，将熔融的原料己内酰胺单体C6H11NO用碱性的物质作催化剂，与活化剂等助剂一起制成待聚单体，直接注入预热到一定温度的模具中，使物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成坚韧的固体胚件，再经过有关工艺处理，得到预定的制品，具有重量轻、强度高、自润滑、耐磨、防腐，绝缘等多种独特性能是应用广泛的工程塑料，几乎遍布所有的工业领域；
泰克斯隆（Texlon）材料是由四氟乙烯(CF2=CF2)与乙烯（CH2=CH2）发生聚合反应得到的乙烯-四氟乙烯共聚物高分子材料，ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，是一种质轻透明的膜材。2008年北京奥运会国家体育馆及国家游泳中心等场馆中便采用这种膜材料。ETFE作为结晶性高聚物，熔点为256~280℃。燃烧时可自熄。其抗剪切机械强度高，耐低温冲击性能是现有氟塑料中最好的，从室温到-80℃都能够有较高的冲击强度，化学性能稳定，电绝缘性和耐辐照性能好。ETFE膜使用寿命在30年左右且不用日常保养、便于修复、可循环利用等特显越来愈多的用在大型的建筑中；
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。由于环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点它可以用作制备LED灯等电子器件。环氧树脂也因为耐腐蚀、附着能力强、耐热绝缘环保的特点而被用于涂料，如美国陶氏Polyox水溶性树脂便是非离子型聚氧乙烯聚合物。
高分子材料的在索契冬奥会中应用并不是只有这些能容，在这个高分子材料遍布我们日常生产和生活的世纪，诸多性能更优良的高分子材料在被不断的研发出来和传统的高分子材料共同为我们的生活服务。同时高分子材料的应用并不是单独孤立的，如衣服的制作过程中并不采取一种面料，而是多种面料混合使用，指其中包含衣服制作中应用的锦纶、氨纶、涤纶等加入其他具有特殊功能的高分子材料，最终制的运动场上那些鲜彩亮丽的衣服。这些改性的高分子的适用性，使用性能都有了极大的提高。索契冬奥会是成功的，但它的成功离不开高分子材料，高分子材料也将在今后的盛会中发挥至关重要的作用。
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