打造轻便高效的运动休闲装备

为了提高效率，塑料部件将变得越来越轻。换句话说，必须在减轻重量的同时提高或保持原有的机械/物理性能。大部分市场均已呈现这一趋势，包括运动休闲领域。除了部件的小型化，另一种可行的做法是使用低密度材料。聚酰胺12（PA12）是聚酰胺家族中密度最低的聚合物，密度仅为1.01g/cm³，而且从材料方面来看是非常好的起点（图1）。如果要使聚酰胺的密度明显小于1 g/cm³，则需要添加特殊添加剂，其中包括轻质填料，例如：中空玻璃微珠或密度特别低的聚酰胺相容聚合物。填料和聚合物相结合也是可行的。

卓越的耐低温冲击性、中等刚度和低密度：Mountain Slope的滑雪板硬靴利用了改性聚酰胺的这些特性（来源：Ems-Chemie）

通过选择合适的原料，目前已开发出了具有以下性能的PA12产品：低密度，明显小于1 g/cm³、高抗冲击性，包括低温条件下、良好的弯曲疲劳强度和着色性、高耐候和抗紫外线、低吸湿性。
低密度Grilamid材料（制造商：Ems-Grivory，Domat/Ems，瑞士）和超轻标准产品Grilamid L 20A HL NZ的比较结果显示了该非增强材料的性能（表1）。

表1 最新的低密度Grilamid材料与Grilamid L20A HL NZ的对照表。上述材料均未增强（来源：Ems-Chemie）

冬季运动减负

低密度聚酰胺的应用之一是冬季运动。因为滑雪旅行和越野滑雪越来越受人欢迎，所以新的装备挑战也随之而来。一个远离山顶目的地的游客需要特别轻而又非常坚固可靠的材料才能够穿越悬崖和冰壁或爬上陡坡。同时，他/她在下滑的过程中还必须始终保持对滑雪板的全面控制。通过使用低密度Grilamid L 20A HL NZ——中等刚度，密度为0.98 g/cm³，具有出色的耐低温冲击性能，多家越野靴和专用滑雪靴制造商解决了这一难题。例如：瑞士Sta. Maria Val Müstair的Mountain Slope公司利用该材料生产了最新的滑雪板硬靴，意大利阿索洛的运动装备专家Scarpa s.p.a.也将高抗冲击的碳纤维增强Grilamid PA12组合用于Alien RS滑雪越野靴生产。易流动的聚酰胺有助于设计出更薄但具有相同刚度的靴子，而且重量也更轻。

图1 不同聚酰胺的对比显示，只有添加了添加剂才能使密度小于1g/cm3，如PA12LD所示（来源：Ems-Chemie）

最新的Grilamid L FE 11356尤其适用于冬季运动。它的弹性模量为800 MPa，在-40℃时具有20kJ/m2的高耐冲击性。与L 20A HL NZ相比，它的重量减少了9%。该材料也可与PA12 Grilamid LCL-3H相结合，用30%长碳纤维增强，从而提升性能而不影响材料的低密度特征。

其他低密度Grilamid还可用于强度和刚度要求更高的应用。它们使部件重量减少了近10%而没有明显的性能损失。除了高刚度和低密度特征，这些Grilamid产品还具有良好的滑动摩擦性能、耐候性和抗紫外线性以及超低的吸湿性。

此外，新产品Grilamid L FE 11369和Grilamid L FE 11454还可应用于无人机的结构部件，运动、潜水和健身手表的外壳以及射击运动器材的配套配件。Grilamid L FE 11454与未增强的PA12 Grilamid L 20 G密度相同，但硬度却是其7倍。

温度变化性能稳定

除了重量，运动休闲用品——尤其是滑雪靴、越野鞋和滑板还需要考虑其在变化极大的环境条件下的恒定性能，此处指温度变化在-30℃至+ 40℃之间，空气湿度范围为0-100%。专门开发的Grilamid产品完美地解决了这一问题。与Grilamid L 20A HL NZ相比，这些新材料具有更好的刚度，因此能在极大的温度变化范围内保持稳定。无论是冬季还是夏季，沙漠还是热带地区，专卖店还是山顶，它都将为运动员提供相同的体验和材料性能。因此，新材料适用于各种运动用品。这一特征将Grilamid新产品与其他材料区别了开来，如聚醚嵌段酰胺（PEBA）和热塑性聚氨酯（TPU）会随着温度的降低而变硬（图2）。

图2 与TPU和PEBA相比，新型Grilamid产品的机械性能即使在低温环境下也保持稳定，确保了冬季运动装备在寒冷的天气条件下不会变硬（来源：Ems-Chemie）

这些Grilamid产品的另一特殊性能是它们在应力释放期间具有低阻尼，因此能够提高运动员的效率并降低能量消耗，从而提升所有天气条件下的运动成绩。此外，这些产品的密度也很低。

金属替代品和自行车赛增强品

Grilamid PA12的密度很低，因此不仅适合做受压结构部件的基础材料，而且尤其适合做金属的替代品。但是，为了以最小的部件重量获得所需的强度和刚度，使用增强纤维至关重要。因此，在强度、刚度以及密度方面，增强碳纤维远优于玻璃纤维。

这种坚固的轻型材料的应用领域之一是自行车赛。自卡尔•冯•德里斯发明脚踏车已过去了两个世纪，赛车自行车已发展成为了高科技机器。除了越来越受人欢迎的电动辅助驱动，重量无论何时都是提高效率的关键。回想起来，制造脚踏车时选用上好木材不无道理，因为该材料较轻、坚硬、牢固并易于成型。这一选材原则同样适用于塑料，因为几乎没有任何其他体育的运动员会受到重力如此强烈的影响，即使是轻微倾斜也影响重大。

图3 30-40%碳纤维增强的Grilamid LCL被用于生产自行车部件，例如：踏板（左）和车座（右）。近期，甚至连车把也可用该材料制造（来源： Ems-Chemie）

如果Grilamid L PA12用30%或40%碳纤维增强，则能实现刚度、强度和密度的均衡组合。踏板、车座（图3）以及车把等自行车部件的制造商均受益于Grilamid LCL等材料的优势。

此外，电动自行车也是聚酰胺12的应用领域之一。尽管摩托车的结构部件仍然以铝材和钢材为主，但Grilamid产品也在逐渐进入这些领域。由于Grilamid LCL-3H卓越的性能和良好的注塑成型性，一家知名的摩托车制造商决定用塑料替代铝材来生产高应力行李架（图4）。这一改变不仅减轻了30%的重量，而且还提高了扭转刚度和阻力。该结构部件由三部分组成，这些部件可快速、轻松地通过螺栓固定形成非常坚固的单元。Grilamid LCL-3H的极限强度为260 MPa，远超原来的铸造铝合金的强度。

图4 Grilamid LCL比金属更轻，它被用于生产摩托车行李架（来源：Ems-Chemie）

材料开发还在继续：最新的Grilamid LCL-4H在刚度和抗蠕变性方面得到了改进。通过30%玻璃纤维增强，新材料的密度与Grilamid LV-3H相同（1.22 g/cm3），刚度提高了四倍，断裂强度增加了一倍以上。

结语

Grilamid PA12是一种坚固的轻型材料。通过最新的改进，无论是耐冲击的滑雪靴、始终坚硬的滑板、高强度的自行车踏板还是高负荷的结构部件，其性能都将完美适用于各种运动休闲活动并开发出更多条件严苛的应用领域。