2月4日晚，北京冬奧會(huì)正式拉開(kāi)帷幕。繼2008年奧運(yùn)會(huì)后，奧林匹克會(huì)旗再次在“鳥巢”升起。同時(shí)，各種新材料也粉墨登場(chǎng)，在其中扮演著不可或缺的角色。
碳纖維與冬奧火炬
作為歷屆奧運(yùn)會(huì)中備受關(guān)注的元素之一，此次冬奧火炬“飛揚(yáng)”一經(jīng)亮相就吸睛無(wú)數(shù)。火炬通常是采用傳統(tǒng)金屬材質(zhì)制成，包括夏季奧運(yùn)會(huì)火炬。但2022年的冬奧火炬的外殼卻采用重量輕的耐高溫碳纖維材料及復(fù)合材料制作而成，火炬燃燒罐也以碳纖維材質(zhì)為主，具有“輕、固、美”的特點(diǎn)。火炬外殼不僅要耐火抗高溫，而且要能在極寒天氣中使用。如何承受這“冰與火”的雙重考驗(yàn)？奧秘就在于其所使用的新型材料中。此次冬奧火炬“飛揚(yáng)”將碳纖維與高性能樹脂結(jié)合在一起做成碳纖維復(fù)合材料，質(zhì)量只有鋼的1/4左右，但是強(qiáng)度是鋼的7~9倍。通過(guò)將碳纖維絲立體三維編織，最終像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼，看不出任何接縫與孔隙，整個(gè)造型渾然一體。為了能夠?qū)⑻祭w維復(fù)材用于火炬，經(jīng)過(guò)多方協(xié)同的努力，成功解決了碳纖維復(fù)合材料在極端條件下的應(yīng)用瓶頸，實(shí)現(xiàn)了火炬外殼在高于800℃的氫氣燃燒環(huán)境中正常使用， 破解了火炬外殼在1000℃高溫制備過(guò)程中起泡、開(kāi)裂等難題。為實(shí)現(xiàn)耐高溫，火炬上半段燃燒端在1000℃以上高溫中進(jìn)行陶瓷化，有效解決了在高溫制備過(guò)程中火炬外殼起泡、開(kāi)裂等難題，達(dá)到了既能夠耐溫又能夠耐火的要求，實(shí)現(xiàn)了燃燒溫度＞800℃氫氣燃燒環(huán)境下正常使用。而且碳纖維制造的火炬既分量輕又很牢固。同時(shí)，冬季火炬?zhèn)鬟f時(shí)，傳統(tǒng)金屬材料手感不好，碳纖維可以有效解決這個(gè)問(wèn)題，避免了冰涼的觸感。
石墨烯發(fā)熱技術(shù)與保暖
為應(yīng)對(duì)冬奧會(huì)室外賽場(chǎng)低溫環(huán)境，做好工作人員及設(shè)備的防寒保暖保障工作，應(yīng)用石墨烯發(fā)熱技術(shù)研發(fā)的保暖產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)熱圍巾、手套、襪子等可為工作人員實(shí)現(xiàn)38~52℃溫度調(diào)節(jié)，滿足低溫環(huán)境下人員的保暖需求。頒獎(jiǎng)禮儀服是奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)一道靚麗的風(fēng)景線。和夏季奧運(yùn)會(huì)不同，冬奧場(chǎng)館溫度最低至可達(dá)零下30多度。在如此寒冷的環(huán)境中，如何讓頒獎(jiǎng)禮儀服裝既美觀舒適，又能保暖呢？本次冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)頒獎(jiǎng)禮儀服裝共三套方案，分別為“瑞雪祥云”、“鴻運(yùn)山水”和“唐花飛雪”，不僅外觀典雅大方，而且衣服內(nèi)膽里特意添加了一片片黑色的材料——針對(duì)本屆冬奧會(huì)研發(fā)的第二代石墨烯發(fā)熱材料。石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)非常高，在通電情況下，碳分子團(tuán)之間相互摩擦、碰撞而產(chǎn)生熱能，熱能又通過(guò)遠(yuǎn)紅外線以平面方式均勻地輻射出來(lái)，可以很好地被人體接受，產(chǎn)生一種由內(nèi)而外的溫暖除了為工作人員提供保暖外，冬奧期間對(duì)講機(jī)、云轉(zhuǎn)播包、手機(jī)和攝影機(jī)等專業(yè)設(shè)備也需要保暖。據(jù)介紹，配備石墨烯保暖的設(shè)備，可以保障其在零下20°C正常開(kāi)機(jī)使用。
聚氨酯材料與短道速滑
短道速滑作為冬奧會(huì)上的正式項(xiàng)目，一直都備受矚目。速滑競(jìng)賽服處處體現(xiàn)著“科技含量”。為了減少空氣阻力，速滑競(jìng)賽服腳處使用了蜂窩樣式的聚氨酯材料，以求最大限度提高運(yùn)動(dòng)員成績(jī)。通過(guò)改變?cè)匣瘜W(xué)結(jié)構(gòu)和配方比例，聚氨酯可制造出具備各種性能的制品，是目前各種高分子材料中唯一一種在塑料（泡沫塑料）、橡膠（彈性體）、纖維（氨綸）、涂料、膠黏劑中均有重大應(yīng)用價(jià)值的合成材料。相比于橡膠，聚氨酯具有更好的耐磨性和抗切割撕裂性；相比金屬和塑料，聚氨酯的隔音、耐磨特性又格外突出。
玻璃纖維與滑雪頭盔
滑雪是一項(xiàng)極具觀賞性的運(yùn)動(dòng)，將速度與技巧有機(jī)結(jié)合，運(yùn)動(dòng)員要在高聳的雪山陡坡上完成快速滑降和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。運(yùn)動(dòng)員滑雪時(shí)，頭部會(huì)發(fā)出大量的熱量，需要佩戴透氣保暖的頭盔。滑雪頭盔外殼材質(zhì)主要是PC（聚碳酸酯）和ABS（工程塑料的一種）兩種，內(nèi)殼一般為高密度發(fā)泡材料，能在頭部受到撞擊后起到最佳的緩沖作用。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)的支持下，通過(guò)運(yùn)用航天技術(shù)研發(fā)出的高防護(hù)性變剛度滑雪頭盔，可大幅提升抗沖擊變形能力，為運(yùn)動(dòng)員提供更高的安全防護(hù)級(jí)別。在頭盔材料方面，科研團(tuán)隊(duì)在大量測(cè)試后使用碳纖維、玻璃纖維和彈性體三種成分合成的新材料，在維持沖擊韌度不變的情況下，能讓頭盔的剛度提高4倍、拉伸強(qiáng)度提高3倍，大幅提升了頭盔的抗沖擊吸能效率。
熱塑性彈性體與雪橇減震
對(duì)于雪上運(yùn)動(dòng)而言，在運(yùn)動(dòng)員水平相同的情況下，影響成績(jī)的因素除了裝備所用的材料，還有一個(gè)原因——震動(dòng)。震動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致雪橇底面彈離雪面，從而降低運(yùn)動(dòng)員的控制性和反應(yīng)性，限制了滑速。所以在滑雪賽事上需要通過(guò)減震技術(shù)使雪橇緊貼雪面，從而增加運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)性、控制性和速度。減震技術(shù)的核心就是通過(guò)減震器的耗能特性，來(lái)減少震動(dòng)能量的傳遞。一般來(lái)說(shuō)，減震器通常都是采用橡膠制作，因此減震效果極易受外界溫度的影響。溫度越低，橡膠越冷、越硬，減震效果也就越差。為此，帝斯曼集團(tuán)發(fā)明了一種新型減震器，采用了一款特殊的熱塑性彈性體，即結(jié)合了塑料的可塑性和橡膠的高彈性的高分子材料制作而成。其可以將雪橇的震動(dòng)系數(shù)降低40%,并且在-30~10℃的溫度變化范圍內(nèi)保持恒定。
綠色建筑材料與冬奧場(chǎng)館
在2022年北京冬奧會(huì)項(xiàng)目建設(shè)中，碲化鎘發(fā)電玻璃分別應(yīng)用于國(guó)家速滑館和張家口冬奧會(huì)場(chǎng)館BIPV建筑一體化項(xiàng)目，以及赤城奧運(yùn)走廊項(xiàng)目。碲化鎘發(fā)電玻璃不僅具有建筑材料的特性，而且能夠發(fā)電，是新型綠色環(huán)保建筑材料。在綠色辦奧的目標(biāo)下，發(fā)電玻璃的應(yīng)用既滿足了功能性要求，又兼具經(jīng)濟(jì)性和藝術(shù)性。近年來(lái)，我國(guó)綠色建筑實(shí)踐工作穩(wěn)步推進(jìn)，全社會(huì)對(duì)綠色建筑的理念、認(rèn)識(shí)和需求逐步提升。在國(guó)家對(duì)綠色建筑的大力支持和鼓勵(lì)下，全國(guó)各省市積極推動(dòng)綠色建筑建設(shè)規(guī)劃，各地均設(shè)立了綠色建筑評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)，綠色建筑材料市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)。
綠氫與奧運(yùn)大舞臺(tái)
北京冬奧會(huì)秉承著“綠色辦奧”的理念，在火炬燃料的選擇上采用了清潔環(huán)保的氫能燃料。在火炬的研究過(guò)程中，總是會(huì)碰到各種各樣的難題。但經(jīng)過(guò)研究團(tuán)隊(duì)的不懈努力，最后成功解決了火焰顏色與穩(wěn)定性、高壓儲(chǔ)氫、氫能安全利用等多項(xiàng)技術(shù)難題。火焰安全可靠性高，可抗風(fēng)10級(jí)，可在極寒天氣中使用，減壓比高達(dá)幾百倍。在解決復(fù)雜難題的同時(shí)，兼顧了輕量化、小型化的外形匹配要求。此外，在奧林匹克森林公園、冬奧公園和首鋼園等接力的火炬全部應(yīng)用了氫燃料。其中包括奧運(yùn)史上首次機(jī)器人與機(jī)器人之間在水下的火炬?zhèn)鬟f，由水陸兩棲機(jī)器人與水下變結(jié)構(gòu)機(jī)器人在北京冬奧公園水下完成。經(jīng)過(guò)約1200名火炬手傳遞，2月4日晚，由中國(guó)石化燕山石化公司提供的氫氣，點(diǎn)燃了“鳥巢”的主火炬。中國(guó)石油提供的綠氫，則點(diǎn)燃了張家口賽區(qū)的太子城火炬臺(tái)的主火炬。在這個(gè)神奇的冬奧開(kāi)幕之夜，這位加入奧運(yùn)能源保障體系的新成員，在張家口閃亮登場(chǎng)。除太子城火炬臺(tái)外，中國(guó)石油也為水立方(冰立方)和延慶兩個(gè)賽區(qū)的火炬臺(tái)提供氫氣。氫氣作為最清潔環(huán)保的燃料，燃燒時(shí)只產(chǎn)生水，是最能夠體現(xiàn)北京冬奧會(huì)綠色、低碳、可持續(xù)原則的能源。綠氫是利用可再生能源制造的氫氣，在三種氫氣路線中可謂是最“綠色”的一種技術(shù)路線。
可降解材料大顯身手
北京冬奧會(huì)還用上了中國(guó)石化生產(chǎn)的可降解塑料袋。2021年9月，中國(guó)石化所屬北京石油向北京冬奧會(huì)延慶賽區(qū)所在地張山營(yíng)鎮(zhèn)捐贈(zèng)10萬(wàn)只可降解塑料袋，主要用于賽事場(chǎng)館服務(wù)和市民生活所需。這批可降解塑料袋是由中石化易捷北京分公司監(jiān)制，以儀征化纖生產(chǎn)的PBAT生物可降解塑料為原材料委托生產(chǎn)制作而成。相比常見(jiàn)的可降解塑料袋，該塑料袋更加耐用，還具有較好的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能，以及優(yōu)良的生物降解性，在堆肥條件下能夠完全降解為水和二氧化碳，減少塑料污染。在北京冬奧會(huì)的制服裝備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、發(fā)放等各環(huán)節(jié)，也同樣貫徹著可持續(xù)發(fā)展理念。2019年，北京冬奧組委成立了制服裝備專家委員會(huì)，依托北京服裝學(xué)院、安踏公司組建制服裝備研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，在面料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面不斷研發(fā)。2021年10月27日，在北京冬奧會(huì)開(kāi)幕倒計(jì)時(shí)100天之際，北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)制服裝備在北京正式發(fā)布。冬奧制服裝備供北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)工作人員、技術(shù)官員及志愿者穿著使用，包含服裝、鞋品、配件三類。其中，裝備收納包所使用的紗線，是回收利用廢舊塑料制品生產(chǎn)的環(huán)保紗線；包裝袋采用生物可降解材料制成，180天降解率可達(dá)90%以上。可降解材料還應(yīng)用到了為北京冬奧會(huì)量身定制的北京冬奧列車上。北京冬奧列車于1月6日正式在京張高鐵上線運(yùn)行，部分列車使用新型奧運(yùn)版復(fù)興號(hào)智能動(dòng)車組。奧運(yùn)版復(fù)興號(hào)的內(nèi)裝全部采用了環(huán)保可降解材料，可降解率能夠達(dá)到50%以上，可回收率達(dá)到了75%以上。此外，奧運(yùn)版復(fù)興號(hào)全車采用輕量化設(shè)計(jì)，與上一代車型相比，整列車的重量減輕了20噸左右，綜合能耗也降低10%以上。
道路材料為冬奧保駕護(hù)航
2022年冬奧會(huì)共分為北京、延慶、張家口三大賽區(qū)，相關(guān)道路設(shè)施有機(jī)串聯(lián)，保障各項(xiàng)賽事有序進(jìn)行。化工材料也為道路安全保駕護(hù)航，包括延崇高速防冰雪路面所用防冰雪有機(jī)材料，延崇高速和冬奧公園里鋪設(shè)的瀝青材料，奧運(yùn)專用道中的地面標(biāo)識(shí)等道路用化工材料。在競(jìng)賽場(chǎng)館、非競(jìng)賽場(chǎng)館和冬奧村等相關(guān)設(shè)施之間，設(shè)置了供服務(wù)冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)機(jī)動(dòng)車使用的專用車道即奧運(yùn)專用道。其中，北京延慶賽區(qū)的奧運(yùn)專用道及交通指引標(biāo)識(shí)，部分施工材料采用亮線(河北)新材料科技有限公司研制的預(yù)成型標(biāo)線膠帶產(chǎn)品。這種預(yù)成型標(biāo)線膠帶由特殊配方的合成橡膠、色料和添加劑構(gòu)成，是預(yù)制成型的標(biāo)線膠帶產(chǎn)品。它在瀝青和水泥路面的反光性能測(cè)試效果較好，在下雨天、光線不足的夜晚及其他各類特殊天氣情況下都能保證標(biāo)線的高性能反光。再配合獨(dú)特的膠粘系統(tǒng)，標(biāo)線膠帶產(chǎn)品在使用時(shí)不需要加熱或溶解，施工現(xiàn)場(chǎng)也不產(chǎn)生污染氣體、廢水和揚(yáng)塵；清除時(shí)能成卷回收，不對(duì)環(huán)境造成二次污染，解決了現(xiàn)有標(biāo)線存在的環(huán)保問(wèn)題和特殊路況下的交通安全問(wèn)題。該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)-15℃的環(huán)境溫度，以及車流量較大的國(guó)道使用測(cè)試后，能夠完全滿足冬奧會(huì)規(guī)定的施工及使用條件。
此外，在河北省張家口市連接比賽場(chǎng)館和太子城奧運(yùn)村的SL74公路上，采用了河南能源化工集團(tuán)義煤豫蜀夜視利公司生產(chǎn)的北京冬奧會(huì)專用通道地面反光標(biāo)識(shí)。該公司利用鑲嵌工藝配高粘膠的生產(chǎn)技術(shù)，以白底加黃、綠、藍(lán)、紅、黑五種顏色，將奧運(yùn)五環(huán)清晰靚麗地展示出來(lái)。作為北京冬奧會(huì)重要交通保障工程之一，延崇高速采用了中石化供應(yīng)的“東海牌”瀝青。相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，“東海牌”瀝青具有質(zhì)量?jī)?yōu)、品種多、技術(shù)強(qiáng)、服務(wù)佳等特點(diǎn)。該公司針對(duì)極寒沙漠、炎熱多雨、高海拔等極端氣候特點(diǎn)，優(yōu)化資源和工藝，提出應(yīng)用不同氣候解決方案瀝青產(chǎn)品。針對(duì)海綿城市、機(jī)場(chǎng)跑道、大跨徑橋面、隧道等場(chǎng)景，具有優(yōu)異的粘結(jié)性、抗滑性和耐疲勞特點(diǎn)。針對(duì)國(guó)際賽道速度高、急轉(zhuǎn)彎、急剎車的行車特點(diǎn)，則具有良好的抗高溫、抗低溫及抗剪切性能。“東海牌”瀝青也曾進(jìn)入國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”，應(yīng)用于奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館跑道。除了應(yīng)用在公路上，由大連石油化工研究院、燕山石化等研發(fā)生產(chǎn)的凈味環(huán)保瀝青在北京冬奧會(huì)配套工程——北京冬奧公園成功應(yīng)用。受高溫作用，傳統(tǒng)的瀝青在拌和、攤鋪過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生具有刺激性氣味的瀝青煙，對(duì)環(huán)境造成污染。研發(fā)團(tuán)隊(duì)深入研究瀝青煙產(chǎn)生機(jī)理，聚焦瀝青煙釋放量影響因素，開(kāi)發(fā)了環(huán)保型凈味劑，可減少刺激性氣體排放量60%以上。此外，為適應(yīng)北京冬奧會(huì)的低溫氣候條件，延崇高速的防冰雪路面摻加了由首發(fā)集團(tuán)開(kāi)發(fā)的融冰雪材料——綠色環(huán)保抗凝冰添加劑。該材料平時(shí)吸熱儲(chǔ)能，低溫時(shí)放熱，使路面與雪層間不結(jié)成冰面，增強(qiáng)降雪天氣安全通行性，達(dá)到“小雪自融、大雪不粘、抑制凝冰”的使用效果，有效解決了冬奧期間路面融冰雪問(wèn)題。
合成材料與開(kāi)幕式
在開(kāi)幕式運(yùn)動(dòng)員入場(chǎng)環(huán)節(jié)，入場(chǎng)引導(dǎo)員手中的雪花引導(dǎo)牌也十分吸睛。由于引導(dǎo)員們需要長(zhǎng)時(shí)間的高舉引導(dǎo)牌，引導(dǎo)牌的質(zhì)量要控制在900克以內(nèi)。雪花引導(dǎo)牌的主體材料采用了聚碳酸酯。其中，雪花花瓣采用了超高透明度阻燃聚碳酸酯，厚度僅為10毫米；黑色的背板采用了啞光阻燃聚碳酸酯，厚度僅為1毫米。聚碳酸酯板背面雕刻T型槽以嵌入燈板，雪花邊框鑲嵌入2000顆燈珠，國(guó)家名稱由500～1000顆不等的燈珠組成。北京冬奧會(huì)吉祥物冰墩墩的發(fā)光幻彩人偶版也出現(xiàn)在開(kāi)幕式上。在《冰雪五環(huán)》節(jié)目中，炫彩冰墩墩的外套采用了彩虹幻彩膜涂層面料，包括聚氯乙烯等復(fù)合聚酯和聚酯涂層，滿足了“冰”的晶瑩感與通透感，再運(yùn)用3D多維數(shù)據(jù)立體打板工藝制作版片；幻彩材料表面采用數(shù)碼定位UV噴繪工藝，先制作出充氣玩偶基礎(chǔ)圖形，再確定五官、冬奧LOGO位置及耳手部不發(fā)光黑色涂層位置；電池組件采用了三元鋰電池，中心夾層采用TPU材料作阻燃層，增加了安全性；可謂科技感滿滿。
