化工新材料书写雪上传奇 | 点亮北京冬奥 炫彩中国智慧

“凌”空绽放 “翊”鸣惊人

　　2月8日，北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台决赛在首钢大跳台举行，中国选手谷爱凌以两跳188.25分的好成绩，夺得了中国代表团在北京冬奥会雪上项目的首块金牌。在前一天举行的单板滑雪男子坡面障碍技巧决赛上，小将苏翊鸣以88.70分的成绩夺得银牌，获得了中国代表团冬奥会历史上的首枚单板滑雪奖牌。记者在观看比赛时发现，谷爱凌在等候裁判打分时始终在展示手中的雪板，在苏翊鸣上台领奖的时候，现场众人也纷纷与他那块创造了中国历史的雪板合影留念。

2月8日，2022北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台决赛，谷爱凌夺冠。(CFP 供图)

　　本届北京冬奥会将总共产生109枚金牌，滑雪项目7个小项就要决出66枚金牌。其中包括越野滑雪12枚金牌、高山滑雪11枚金牌、自由式滑雪13枚金牌、单板滑雪11枚金牌、冬季两项11枚金牌、跳台滑雪5枚金牌、北欧两项3枚金牌。我国奥运健儿在上述多个项目都已经具备了夺金的实力。

　　在滑雪项目中，从碳纤维制成的头盔、雪杖，到聚四氟乙烯纤维制成的滑雪服，运动员从头到脚都包裹着化工新材料。但作为运动员每次比赛之后必然着重展示的装备，雪板是滑雪装备中最关键，也是技术含量较高的装备。

　　在冬奥会上，每个雪上项目所采用的雪板完全不同，根据项目特点而定。越野滑雪的特点是“翻山越岭”。高山滑雪的赛道海拔落差大、长度长，也成为本届冬奥会注册人数最多的雪上项目。自由式滑雪和单板滑雪选手或使用单板，或使用双板，通过表演空中技巧，来比拼艺术性。冬季两项是越野滑雪和射击的结合。跳台滑雪比较特殊，它比拼运动员通过助滑坡跳下跳台的距离和姿势。北欧两项则是跳台滑雪和越野滑雪的结合。

　　虽然项目用板完全不同，但结构和材料大同小异。从结构上说，滑雪板最基本的结构是其层压板芯，上方和下方各有复合层，侧面还有边墙围绕。最上部分称为板面，最下部分称为板底，侧面则为板刃。

　　雪板各部位的材料是化工新材料的用武之地。板芯是滑雪板的中央结构，它决定了许多滑雪板的特性，是雪板大部分纵向强度和硬度的来源。在国际体育比赛普遍使用的雪板中，滑雪板厂家将各种新材料添加到木材中或用作木材的替代材料制作板芯。其中，最常见的高端板芯材料是碳纤维和凯夫拉纤维。碳纤维轻巧、结实，在压缩下工作良好。凯夫拉纤维坚固、轻便，在张力下表现良好，还是良好的阻尼器。除此之外，玻璃纤维、钛合金等也是常见的高端板芯材料。

　　竞技雪板的边墙普遍采用不同型号的ABS制成，并在其下方放置帮助吸收冲击的橡胶层，可以很好地将压力传递，使雪板具有更高的抗扭强度、更好的板刃抓地力和更强的抗冲击能力。

　　复合层是大多数滑雪板的抗扭强度的来源。这些层位于板芯的上方和下方，既保护了滑雪板的核心，又为滑雪板增加了新的强度和性能。其最常见的是玻璃纤维，但使用碳纤维、芳纶和钛的复合材料层也很多见。和板芯一样，高端雪板会使用几个不同的复合层，每个复合层由不同的材料制成，以进一步提高滑雪板的性能。板面可由许多不同的材料制成，包括尼龙、木材、玻璃纤维、塑料和复合材料。板底则由聚乙烯塑料制成，通过挤压或烧结方法加工，配合雪蜡，极大影响着滑雪板的使用性能。

2月7日，2022北京冬奥会单板滑雪男子坡面障碍技巧决赛，苏翊鸣摘银。 (CFP 供图)

　　雪板用碳纤维材料是我国本次冬奥化工科技的重要突破口。在国际上，使用碳纤维的高端器材都极大地提高了运动员的成绩。北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室副主任杨小平课题组研发出新型碳纤维复合材料。国产碳纤维实现高端应用，将使我国运动员有望用上自主生产的高端滑雪板等体育器材。

　　华侨大学制造工程研究院的姜峰教授参与研发的高性能雪板产品，正用于残疾人国家滑雪队和国家跨界跨项滑雪队等运动队训练使用，其性能达到进口雪板的平均水平，价格仅为进口相同性能雪板的1/5，且不受交货期的限制。姜峰及其研究团队对现有大量滑雪板技术的调研和技术对比后，通过对滑雪板的结构参数进行变量优化仿真，对雪板进行高速摩擦测试，并且利用正交试验法的辅助分析方法进行分析，找到最优的参数组合，为后续的滑雪板设计提供参考意见。研究团队还发现，运动员短暂腾空结束与雪面接触时，都会有一定的身体后倾，板头抬起的动作，从仿真结果来看，抬起角度为5度左右时为最优选择，可以降低滑动摩擦阻力接近20%，这给运动员滑行过程中滑雪板姿态起到指导作用。

　　另外，在高山板材料检测领域，河北省产品质量监督检验研究院研发了高山滑雪板检测系统，实现了高山滑雪板质量安全的智能化、精准化、标准化检测，打破了国外垄断，填补了国内空白。该系统包括3台检测设备。其中，高山滑雪板质量和极性转动惯量检测设备装配了水平仪和激光定位设备，采用智能化控制系统精准检测高山滑雪板处于自由状态时的极性转动惯量，充分体现高山滑雪板的材料特性和平衡特性。此外，高山滑雪板弹性特性检测设备、高山滑雪板形变载荷和断裂载荷检测设备分别装配了力敏传感器和位移传感器，可全面分析高山滑雪板在不同载荷作用下的形变数据，科学判定高山滑雪板质量，检测数据具有峰值保持功能和数据储存功能，便于对产品检测数据信息调取和追溯。