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下游趋势丨冬季竞技运动纺织品趋势与研发创

  • 来源:本站原创
  • 时间:2021/11/8 18:27:56
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现代竞技体育的成功,除了运动员个人的天赋、努力、训练、营养、心理等关键因素外,装备也至关重要。随着训练手段的日渐科学化,每个选手的个人潜力已经被开发到了极限,高水平的竞技运动员之间的成绩差距往往微乎其微。在此背景下,科学技术被不断融入体育运动的发展过程,越来越多的运动员希望穿着高科技比赛装备,以期在比赛中取得优势。自上世纪末以来各国均在积极推动本国的体育事业发展,科技投入也越来越大,各种新材料、新设计、新产品不断涌现;随着北京成功申办年冬奥会,适用于冬季竞技运动的高科技纺织品也逐步在国内引发研究热潮。综合调研并掌握这些国内外的研究动向有助于我们把最新的、最先进的科技成果运用到冰雪项目中,实现我国跻身世界冰雪运动强国的目标。近年来,冬季竞技运动纺织品的研发过程中不断融入了流体力学、材料学、仿生学、医学、心理学、计算机技术等领域的先进技术,这些“高科技纺织品”对于提高运动员成绩,保护运动员身体,避免运动损伤和辅助身体恢复,提高比赛的对抗强度和观赏性,起到了积极的作用。本文将从以下几个方面分别进行综述。01减阻运动过程中产生的阻力是影响运动员成绩的重要因素,运动员的速度增加两倍需要克服四倍的阻力。包括滑雪、速滑和雪橇等在内的冬季竞技项目,针对纺织品的空气动力学研究已在国外开展了多年。研究表明,织物的表面形态、接缝系扣部位和透气性均会对织物的空气动力性能有影响。Chowdhury等人证实裸露的光滑圆柱体比起粗糙的织物表面具有更大的空气阻力;Brownlie等人发现透气性不同的滑雪服引起的阻力变化为5~7%左右。顶尖运动员之间的成绩差距非常微小,所以正确的选择面料对于运动员利用装备优势而言显得尤为重要。尽管外界对于运动员在比赛中使用高科技运动装备来提高成绩的做法存在很大争论,运动员的装备也受到比赛管理机构——国际雪联(FIS)和国际滑联(ISU)的高度监管;但在规定的范围内,各国仍积极对服装进行特殊的减阻处理,希望进一步提高运动员成绩的空间(图1)。(图1:跳台滑雪、速滑和滑降三种不同速度的冬季项目比赛)早在年,体育用品公司巨头耐克(NIKE)就开始研究运动类减阻服装,耐克运动研究实验室(NSRL)的科学家与空气动力学家们通力合作,于年悉尼奥运会推出了第一代NikeSwift田径服装,随即又投入了年盐湖城冬奥会速滑队使用中。年索契冬奥会,体育用品厂商安德玛(UnderArmour)和航空军火巨头洛克希德?马丁公司联合研发了美国速滑队的赛服——Mach39。该套赛服使用了“传递模压法”(flowmolding)来在衣服表面塑造出大量细小的凸起。经过洛马公司小时的风洞测试表明,这些凸起能够有效的改变运动员身体周围的气流从而减少阻力、提升速度。另外,在Mach39赛服的背部脊柱部位还设计有用于释放身体热量的开放性网格布,而大腿和腋下的特殊织物则能够减少65%的运动摩擦,能让运动员将更多的能量用在冲刺,而不是抵消衣服摩擦。年平昌冬奥会,UnderArmour继续为美国速滑队提供比赛装备,旨在进一步提高这些已经名列前茅的运动员的竞技表现。新赛服延续了面料的凹坑纹理结构,取消了背部通风孔,经由三种不同的面料搭配,可以最优化的组合降低风阻;其中新采用的一款面料——H1面料,是UnderArmour号称有史以来生产的最具空气动力学性能的织物,为略微粗糙的尼龙氨纶质地,表面具有的凹坑纹理结构类似于高尔夫球的表面,可以干扰了气流,从而减少了快速移动时的尾流阻力。由于运动员的运动轨迹只涉及左转弯,新赛服还大胆的采用了从左腿到右肩的不对称接缝设计,以减少褶皱,降低风阻(图2)。(图2:UnderArmour速滑队赛服及H1面料部位)

将具有凹坑结构的面料运用在速度类比赛服中,以减少风阻,提高竞技表现是现在运动减阻的主流研究方向;除速滑外,跳台滑雪,高山滑雪和雪车等冬季比赛项目也有相关应用。此外,如自行车、游泳等速度类项目也是减阻纺织品的研究热点。

02压缩压缩衣最初应用于医学领域,主要用于治疗淋巴水肿等疾病,后来随着梯度压缩概念的提出与研究发展,逐步扩展到了体育方向。压缩衣的工作原理是通过梯度压缩加快血液循环提高肌群活力、减少乳酸堆积,对于关键运动肌群起到包裹和支撑的作用,降低肌肉的震动,因此可以在一定程度上节省消耗体能,保持运动能力,使得运动更加持久。研究还发现中度紧身束缚不仅可以在运动中缓解疲劳,对运动性肌疲劳有一定作用,且在运动后还有辅助肌肉快速恢复的功能。此外,压缩装备还有锁住汗水、帮助稳定体温、保持干爽等作用。由于冬季运动的环境复杂,比起单纯压缩衣的商业品牌如Skins、2XU、CW-X、Compressport等,宣称融合了仿生学科技的瑞士品牌X-Bionic则更具科技感,也更加被运动员所青睐,该品牌多年来服务了全球三十多个国家队伍,一直是瑞士滑雪队的赞助商(图3)。(图3:身着X-Bionic滑雪内衣的瑞士滑雪队和X-Bionic滑雪内衣产品图)当速干概念在运动服装领域流行了几十年后,研究却发现人体在运动时,有97%的能量用来维持体温保持在37℃体温,而只有3%的能量用于肌肉。于是人们将目光放在如何运用外力将体温维持在37℃,从而能让更多的能量用来提升运动表现。X-Bionic的设计理念便源于此,在间歇式紧身压缩(X-IMPACT)的基础上结合了三维球面恒温控制技术(3D-BionicSphere),其母公司X-Technology在全球注册了近项专利,力求通过服装装备实现体温调节释放人体能量储备。该款仿生压缩衣产品为融合了十几种针法的立体针织结构,其织造工艺非常具有代表性。X-Bionic的核心设计之一——3D-BionicSphere,在胸前、后背和腋下最易出汗的位置为立体编织的“U型管槽”结构。在运动过程中,当体温升高,人体出汗时,汗液被吸收并锁进“U型管槽”中,在穿越“U型管槽”的过程中汗液会带走多余热量,并在外层表面蒸发,为皮肤表面降温,同时一些水分变冷凝结,会重新被皮肤吸收。而在寒冷的条件下,“U型管槽”内的空气又形成了保暖空气层,阻止身体热量丧失(图4)。(图4:X-Bionic的3D-BionicSphere原理)X-Bionic的另一项核心设计——X-IMPACT,不同于其他品牌的压缩衣具有良好的压缩效果时却妨碍了血液循环,以其独创的间歇式压缩设计,通过纱线的松紧组合,拉开压缩间距,稳固肌肉的同时可以通过毛细血管改善了血液循环。年,X-Bionic升级了原有的3D-BionicSphere设计,全新的ThermoSyphon(热能虹吸智能控温技术)虽然仍旧沿用了三维立体针织结构(图5),但孔洞系统更加弯曲复杂以扩展蒸发表面,且提升了组织结构的稳定性以满足运动拉伸,并额外内置特殊Y形结构,加快冷热转化效率。就性能而言,新版设计提升了95%热量传输性能、30%额外蒸发面积、66%湿气传输率。(图5:全新的ThermoSyphon三维立体针织结构)压缩衣的发展历史较短,压缩机理还有待进一步完善。目前研发力量也主要掌握在欧美日少数几家品牌中,国内尚未建立独立的研发体系,开发自有品牌。此外,如:X-Bionic、UYN等具有复杂的一体成型立体结构的压缩衣需要先进的织造工艺水平,同样限制了我国压缩紧身装备的开发。03防护冬季运动项目中,由于装备、场地和天气的极端性和不确定性,运动员的损伤概率增加,以年平昌冬奥会为例,运动员受伤率达到12.6%。个人防护设备在职业运动中越来越重要,为了保证运动员的安全,FIS和ISU在相关规定中都会明确要求运动员佩戴护具(高山滑雪项目的运动员必须佩戴背部护甲)或者穿着具有具有防护功能的赛服(短道速滑的赛服必须具备防切割功能,图6)。因此,服装装备除了要帮助运动员提高竞技成绩的同时,还应能在训练比赛中保护运动员的身体安全,相应的所使用的纺织品应具备坚韧耐磨、防切防割,甚至是抗冲击的性能。(图6:短道速滑项目装备说明)短道速滑是我国冬季运动中的优势项目,在赛服的研发上也颇具优势。年的平昌冬奥会上,由安踏集团为中国短道队提供的赛服“雷霆之星”首次亮相。这款赛服采用超高分子量聚乙烯(Dyneema)超强纤维为主体材料,其比强度是钢的15倍,且密度低,复合氨纶弹性丝,以四面弹织造技术得到的面料结构密实,轻质有弹性,防切割性能达到ENLevel4,优于ISU标准要求。相较以往的赛服,新赛服由于面料的革新可以使用单层面料制作,突破传统的双层结构的设计理念,减轻比赛服自重性,比传统赛服重量轻30%,减少运动员体能消耗,且全身使用新型防切割材料也大大地提高运动员的安全性。年帝人公司(TeijinFrontier)发布了一款新型抗撕裂的面料(图7),准备投入年的户外运动市场。帝人宣称该款面料以细旦高强度聚酯纤维PASMO为原料,采用了全新的纱线排列和编织密度,所得面料外观平整,表面均匀,质地柔软,耐磨性和抗撕裂性高,非常适合运动和户外服装。(图7:帝人抗撕裂面料)护具作为冬季运动的重要装备大多与纺织品相结合使用。随着传统的海绵材料逐渐被淘汰,类似D3O、Poron的新材料不断涌现,抗冲击纺织品也在不断的创新发展——三维间隔织物,其质轻柔软,具备较好的支撑性能,有一定的抗冲击能力。美国道康宁(DowCorning)公司开发过一种“DEFLEXION”减震材料,其中的S系列为有机硅掺杂聚酯类间隔织物(图8),具有高度灵活的开放式透气结构,TP系列为。平时表现为织物,柔软易弯折;但当受到在撞击时,有机硅分子会在撞击点聚集在,使织物坚硬,并起着护甲的作用。(图8:道康宁“DEFLEXION”S系列间隔织物)间隔织物还经常被选用与抗冲击材料复合使用制造护具,以增加护具的透气性和舒适性(图9)。

(图9:DainesegiletWave1BackProtector,其中白色区域为三维间隔织)

04可穿戴可穿戴技术始于20世纪60年代的美国,由美国麻省理工学院(MIT)媒体实验室提出,是一种出于对于人体健康的干预和改善的创新技术。随着体育运动的兴起,可穿戴技术积极融入其中,成为现代运动服功能性研究的一个热点方向,通过与服装相连的传感器,比如:心率带、智能跑鞋等,可以直接测量人体的包括心率、血压、体温和呼吸等一些重要参数。随着纺织品导电印刷技术的提升和电子计算机技术的革新,电器元件体积越来越小,功能更为完善,可穿戴技术开始被运用到竞技体育中。年,芬兰奥卢大学发明了第一台无线心率遥测仪,科研人员第一次利用可穿戴技术来监控运动训练过程,该设备为运动强度的评定提供了一种新方法,同时也开启了训练监控方法的变革。技术发展持续至今,无独有偶。年三星荷兰分公司研发了一款名为SmartSuit的智能训练服(图10),并赞助了两名荷兰短道速滑运动员SjinkieKnegt和SuzanneSchulting进行监测训练,目标是帮助他们夺得平昌冬奥会金牌。这款智能训练服始于年3月,由三星研发人员、运动员、教练员和人体运动学家共同创造,在8月开发出第一套原型后随即投入使用。研发团队认为,滑行中最重要的参数是运动员的位置,包括瞬间的姿态、高度、速度等,为了精准且时时监测,三星开发了一款配备5个传感器的训练服,这些传感器可以将人体动力学数据和位置以数据、图标和视频的方式向GalaxyS8和TabS3传输,即便运动员的滑行时速达到50km/h依旧信号稳定。该训练服穿着感受与普通训练服无异,但教练可以一目了然的掌握运动员的训练状态,并时时发送信息以令其调整位置。除此之外,这款智能训练服还能够追踪运动员的身体各项指标,以改善健康状况。(图10:SumsangSmartSuit)类似的,来自芬兰冬季运动可穿戴设备商家SKIIOT提供了脚踝穿戴的滑雪分析仪(图11)。产品带有七个传感器,与运动和网络应用程序相结合,用户可以在整个赛道上获得可靠的雪温测量值,以及有关滑雪性能,周围条件和技术的任何观察结果。该品牌与长距离越野滑雪的领先团队之一RagdeEiendom团队合作。(图11:SKIIOT脚踝穿戴的滑雪分析仪)高科技纺织品对冬季竞技运动意义非凡,目前的研究热点多集中于提高运动表现、协助肌肉运动、减震防护等方向,基于运动生物力学、仿生学和计算机科学的新材料、新技术、新产品层出不穷。未来的发展方向在单纯纺织品的基础上必然走向多元化,适用于竞技运动的高科技纺织品必将兼具舒适性、功能化和智能化多方位于一体,从训练比赛到休息恢复,全面预防运动损伤,提升运动员竞技水平。

整理自北京服装学院张鸣雯、张天娇、胡紫婷、廖青、刘莉《冬季竞技运动纺织品趋势与研发创新》一文,收录于《中国纤维流行趋势报告/》

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本文编辑:佚名
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