于宏偉，孫 皓，張雨萱，王曉萱，王雪琪，張 蕊

(1. 石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035；2. 石家莊學(xué)院 體育學(xué)院，河北 石家莊 050035)

對于專業(yè)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員來說，合適的網(wǎng)球線尤為重要[1]，但專業(yè)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員一般比較關(guān)注網(wǎng)球線穿線方式及網(wǎng)球拍弦磅數(shù)[2-4]，而對網(wǎng)球線的化學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)注較少。不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)球線能提供不同的擊球效果。通常來說，較細(xì)的網(wǎng)球線擊球感較好，而較粗的網(wǎng)球線耐用性較好。根據(jù)結(jié)構(gòu)的差異，網(wǎng)球線可以分為天然牛(羊)腸線、人造羊腸線、克維拉線、聚酯線、尼龍線等。市場上的網(wǎng)球線魚龍混雜，如何科學(xué)分類并選擇不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)球線問題長期困擾著專業(yè)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員。一維中紅外(MIR)光譜及二階導(dǎo)數(shù)中紅外光譜被廣泛應(yīng)用于化學(xué)纖維結(jié)構(gòu)的研究中[5-7]，但由于其譜圖分辨能力不強(qiáng)，相關(guān)鑒別研究少見報(bào)道。二維中紅外(2D-MIR)光譜的分辨能力要優(yōu)于傳統(tǒng)的一維 MIR 光譜和二階導(dǎo)數(shù) MIR 光譜，并能提供更加豐富的光譜信息[8-10]。因此，課題組采用三級MIR光譜(包括一維 MIR 光譜、二階導(dǎo)數(shù) MIR 光譜和 2D-MIR 光譜)開展了網(wǎng)球線的結(jié)構(gòu)及分類研究，以期為專業(yè)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選擇網(wǎng)球線提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

1號網(wǎng)球線(Wilson NXT 17)，2號網(wǎng)球線(Luxilon Alu Power 125 Rough)，3號網(wǎng)球線(Babolat RPM Blast17G 1.25)，4號網(wǎng)球線(Yonex poly tour pro 1.30)，5號網(wǎng)球線(Taan TT8600 1.20)和6號網(wǎng)球線(Babolat Synthetic Gut 1.30)。上述6種網(wǎng)球線均由石家莊學(xué)院體育學(xué)院提供。

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrum 100 型紅外光譜儀，美國 PE 公司；Golden Gate型單次內(nèi)反射 ATR-FTMIR附件，英國Specac公司。

1.3 方法

1.3.1紅外光譜儀操作條件

室溫下以空氣為背景，每次對網(wǎng)球線樣品進(jìn)行8次掃描累加，測定頻率為4 000～600 cm-1。

1.3.2數(shù)據(jù)獲得及處理

網(wǎng)球線一維MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5軟件獲??；網(wǎng)球線二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5軟件獲?。痪W(wǎng)球線2D-MIR光譜數(shù)據(jù)采用TD Versin 4.2軟件獲?。粓D形處理采用Origin 8.0軟件。

2 分析與討論

2.1 網(wǎng)球線結(jié)構(gòu)

2.1.1網(wǎng)球線一維MIR光譜

采用一維MIR光譜對1～6號網(wǎng)球線進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究，結(jié)果見圖1。由圖1可知，1號和5號網(wǎng)球線的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相同(以下定義為“第一類網(wǎng)球線”)，2號、3號、4號和6號網(wǎng)球線的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相同(以下定義為“第二類網(wǎng)球線”)。

圖1 網(wǎng)球線一維MIR光譜(303 K)Fig.1 One-dimensional MIR spectrum of tennis string (303 K)

歸納出全部網(wǎng)球線的一維MIR光譜數(shù)據(jù)，見表1。

表1 網(wǎng)球線的一維MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K)Tab.1 Data of one-dimensional MIR spectrum of tennis string (303 K)

2.1.2網(wǎng)球線二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜

采用二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜對1～6號網(wǎng)球線進(jìn)行了分類研究，結(jié)果見圖2。由圖2可知，1號和5號網(wǎng)球線的主要化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相同(第一類網(wǎng)球線)，2號、3號、4號和6號網(wǎng)球線的主要化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相同(第二類網(wǎng)球線)。

圖2 網(wǎng)球線二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜(303 K)Fig.2 Second derivative MIR spectrum of tennis string(303 K)

歸納出全部網(wǎng)球線樣品的二階導(dǎo)數(shù) MIR 光譜數(shù)據(jù)，見表 2。

表2 網(wǎng)球線二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K)Tab.2 Data of second derivative MIR spectrum of tennis string (303 K)

研究1號網(wǎng)球線的一維MIR光譜和二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜，可以確定其主要化學(xué)結(jié)構(gòu)為聚己二酰己二胺(Nylon-66)[11]。研究2號網(wǎng)球線的一維MIR光譜及二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜，可以確定其主要化學(xué)結(jié)構(gòu)為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)[12]。

2.2 網(wǎng)球線分類

2.2.1第一類網(wǎng)球線的 2D-MIR 光譜

在1 700～1 500 cm-1處開展了第一類網(wǎng)球線(1號網(wǎng)球線和5號網(wǎng)球線)的 2D-MIR 光譜研究，見圖3。相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表3。

圖3 第一類網(wǎng)球線的2D-MIR光譜Fig.3 2D-MIR spectrum of the first kind tennis strings

表3 第一類網(wǎng)球線的2D-MIR光譜數(shù)據(jù)Tab.3 Data of 2D-MIR spectrum of the first kind tennis strings

由表3 可知，1號網(wǎng)球線和5號網(wǎng)球線盡管化學(xué)組成(Nylon-66)相同，但二者的2D-MIR光譜存在一定差異。

2.2.2第二類網(wǎng)球線的2D-MIR光譜

在 900～700 cm-1處開展了第二類網(wǎng)球線(2號、3號、4號和6號網(wǎng)球線)的2D-MIR光譜研究，見圖4。相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表4。

圖4 第二類網(wǎng)球線的2D-MIR光譜Fig.4 2D-MIR spectrum of the second kind tennis strings

表4 第二類網(wǎng)球線的2D-MIR光譜數(shù)據(jù)Tab.4 Data of 2D-MIR spectrum of the second kind tennis strings

由表4可知，第二類網(wǎng)球線盡管化學(xué)組成(PET)相同，但相關(guān)2D-MIR光譜存在一定差異。研究發(fā)現(xiàn)，對于同一結(jié)構(gòu)(Nylon-66 或 PET)的網(wǎng)球線，2D-MIR 光譜可以較為容易地對其進(jìn)行區(qū)分。這主要是因?yàn)椴煌瑥S家在使用同一材料生產(chǎn)網(wǎng)球線時(shí)，為保持網(wǎng)球線良好的力學(xué)性能，會(huì)在原料中加入一些輔料，例如增塑劑、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗靜電劑等，因而網(wǎng)球線主要官能團(tuán)對應(yīng)紅外吸收峰在一定物理因素(例如熱)的擾動(dòng)下，其敏感程度及變化順序均存在一定差異。

3 結(jié)語

本研究得出市場上常見網(wǎng)球線的主要化學(xué)結(jié)構(gòu)分別為聚己二酰己二胺和聚對苯二甲酸乙二醇酯，并進(jìn)一步開展了網(wǎng)球線的分類研究。研究結(jié)論拓展了三級MIR光譜在重要體育器材(網(wǎng)球線)結(jié)構(gòu)及分類領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，具有重要的價(jià)值。