材料科学与赛事科技

全球网球迷的目光,上周再次聚焦伦敦。

2026 年拉沃杯(Laver Cup)于 9 月 25 日至 27 日在英国伦敦 The O2 举行。这场第九届赛事由欧洲队(Team Europe)与世界队(Team World)展开为期三天的团体对抗,最终由 Team Europe 以 13–5 击败 Team World。

当球迷关注球员的发球速度、抽球力量、旋转、落点与比赛胜负时,如果把视角从竞技场转向材料科学,一场顶尖网球赛,其实也是一座丰富的高分子材料应用场域。

从球员手中的球拍、球线与握把,到高速飞行的网球,背后都可能涉及橡胶、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、热塑性弹性体、涂料与纤维复合材料。

如果再把视角从 The O2 的室内赛场延伸到一般户外网球设施,还可以看到球场涂层、球网、塑料座椅与遮阳设施等更多高分子材料应用。

这些材料虽然功能不同,却共同面对几个长期挑战:

光、热、氧气、水分、机械应力,以及时间。

材料如何在加工与使用过程中维持性能,也因此成为高分子稳定技术的重要课题。

一张表看懂:网球用品用了什么材料,又可能需要什么稳定技术?

网球相关对象 常见材料/材料系统 材料主要功能 主要劣化问题 可评估的稳定方向
网球橡胶核心 天然橡胶(NR)、聚丁二烯橡胶(BR)及其他橡胶配方 弹性、回弹、气体保持 热氧化、自由基反应、橡胶老化;加压球亦涉及气体渗透与压力保持 AO;若有明显 UV 曝晒需求,再评估光稳定方案
网球外层毛毡 羊毛+尼龙(PA)等纤维系统 耐磨、摩擦、飞行控制 磨耗、污染;高分子纤维可能发生光氧化、黄变与强度下降 依纤维材料与制程评估 UVA、HALS、AO
球拍复合材料框架 碳纤维+环氧树脂等复合材料 高强度、高刚性、轻量化 树脂受到 UV、热及氧化影响 依树脂与表面保护系统评估 UVA/HALS
球拍透明/彩色涂层 PU、压克力及其他涂料系统 保护、色彩、光泽 黄变、褪色、失光、粉化、光氧化 UVA+HALS
护线管 PA6、PA66、TPU 等 保护球线,降低球线与框架直接摩擦 黄变、光氧化、热氧化、机械性能下降 UVA+HALS+AO,依材料系统调整
防撞条 PA、TPU 等工程塑料/弹性体 保护球拍框架 UV、热与氧化造成变色、脆化及性能下降 UVA/HALS/AO,依材料化学结构评估
聚酯/共聚酯球线 聚酯、共聚酯材料系统 张力、耐磨、控制 张力损失、机械疲劳、摩擦磨耗、加工热氧化及光老化 AO+UVA/HALS,并确认对机械性能与摩擦特性的影响
尼龙球线 PA6、PA66 等聚酰胺 弹性、柔韧、击球手感 UV、热氧化、吸湿、张力变化及机械疲劳 UVA+HALS+AO
握把/外握把 PU、TPU、TPE、橡胶、纤维等 止滑、吸汗、缓冲 UV、热氧化、水解、汗液与摩擦 依材料系统评估 UVA、HALS、AO
户外硬地球场涂层 压克力/聚氨酯等树脂涂层系统 颜色、摩擦、耐磨 褪色、失光、粉化、光氧化及机械磨耗 UVA+HALS,依涂料系统设计
球网 PE、PP、PET、PA 等纤维 拉伸强度、耐久 UV 光氧化、强度下降 HALS、UVA、AO,依聚合物及产品设计评估
户外塑料座椅 PP、HDPE 等 结构、耐冲击、轻量化 光氧化、褪色、粉化、脆化 HALS+AO;视厚度、颜色及配方评估 UVA
遮阳棚/户外膜材 PVC、PET、PU 等材料系统 遮阳、防护 UV、热氧化、黄变及机械性能下降 依基材评估 UVA、HALS、AO
实际稳定剂种类、添加量与组合,仍需依聚合物化学结构、颜料、加工条件、产品厚度、其他配方组成及实际使用环境进行测试与验证。

01|网球:橡胶球芯不只面对氧化老化,也要考虑气体保持与长期弹性

先从比赛最核心的对象——网球开始。

网球的球芯并不是一般塑料,而是由天然橡胶(NR)、聚丁二烯橡胶(BR)及其他合成橡胶材料所形成的橡胶配方,再于外部覆盖毛毡。

橡胶最重要的性能之一就是弹性与回弹。

然而,在橡胶加工、储存与使用期间,材料会持续受到热与氧气影响。氧化反应可能产生自由基,进一步引发连锁反应,使高分子链或交联结构发生变化:

热+氧气
↓
自由基形成
↓
氧化连锁反应
↓
高分子链/交联结构改变
↓
硬度、弹性与机械性能改变

因此,橡胶配方需要考虑适当的抗氧化系统。

解决方向:抗氧化剂(AO)

抗氧化剂可以协助抑制氧化连锁反应,降低材料在加工及使用期间受到的热氧化影响。

不过,对加压网球而言,性能保持并不只有氧化问题。

球内气体可能随时间逐渐透过橡胶球芯渗透,使内部压力改变,因此气体保持能力、橡胶结构与长期回弹性能同样是材料设计的重要课题。

如果橡胶配方或其他高分子组成还有明显的 UV 曝晒需求,再依实际环境进一步评估 UVA 或 HALS。

因此,网球材料的稳定设计并不是单纯「加入抗 UV 添加剂」,而是先理解橡胶老化、气体保持与机械性能之间的关系,再选择适合的稳定策略。


02|聚酯/共聚酯球线:不只要耐磨,更要关注长期性能保持

现代网球线中非常重要的一类,是聚酯/共聚酯球线。

这类球线的重要特色之一,是良好的耐磨性与击球控制能力。

但从材料科学的角度来看,球线面对的是相当复杂的使用环境。

每一次击球都可能同时产生:

拉伸+弯曲+摩擦+冲击

随着击球次数增加,材料还会面对张力损失、机械疲劳及球线彼此摩擦造成的磨耗。

另一方面,聚酯材料在制造过程中通常需要经过熔融加工,因此也需要注意加工期间热与氧气对材料稳定性的影响。

若产品存在长时间户外使用情境,UV 与光氧化则可能成为另一项材料老化因素。

解决方向:AO+光稳定系统

依据实际聚酯/共聚酯配方及加工条件,可以评估:

抗氧化剂(AO)
→ 协助提升加工与热氧化稳定性。

紫外光吸收剂(UVA)
→ 吸收特定波段的紫外线能量,降低 UV 对高分子材料造成的影响。

受阻胺光稳定剂(HALS)
→ 从光氧化反应机制着手,抑制自由基连锁反应。

但球线是一个对机械性能非常敏感的应用。

因此,稳定系统不能只看人工耐候测试结果。

添加稳定剂之后,还需要进一步确认:

张力保持率、拉伸强度、伸长率、摩擦特性与击球耐久性是否受到影响。

换句话说,球线真正追求的不是「添加更多稳定剂」,而是:

老化后仍然能够维持所需要的性能。


03|尼龙球线与护线管:PA6/PA66 要注意光氧化、热氧化与吸湿

聚酰胺(Polyamide, PA),也就是一般常说的尼龙,是网球用品中的另一类重要工程材料。

例如部分网球线,以及球拍上的护线管,都可能使用 PA6、PA66 或相关聚酰胺材料。

聚酰胺具有良好的机械性能与韧性,因此适合需要承受反复应力的零组件。

但 PA 同样存在老化问题。

长时间受到 UV 作用可能造成光氧化,进而带来:

黄变、变色、分子链劣化,以及机械性能保持率下降。

此外,高温加工期间也需要考虑热氧化稳定性;聚酰胺本身的吸湿特性,也可能影响尺寸与机械性能表现。

解决方向:UVA+HALS+AO

针对需要耐候性的 PA 系统,可以依应用条件评估三个方向:

UVA
降低紫外线能量对材料造成的光降解影响。

HALS
抑制光氧化过程中的自由基连锁反应。

AO
协助提升加工及热氧化稳定性。

尤其护线管除了耐候性之外,还需要维持韧性与耐磨性能,因此材料评估不应只有颜色变化。

透过人工加速老化测试,可以进一步比较老化前后的拉伸、冲击、颜色与其他机械性能变化。


04|球拍涂层:PU/压克力要面对黄变、褪色、失光与光氧化

现代球拍框架可能采用碳纤维/环氧树脂等复合材料,但消费者直接看到与接触到的,通常是外部的涂装系统。

球拍表面可能涉及聚氨酯(PU)、压克力或其他涂料系统。

这层材料除了创造品牌颜色、图案与光泽,也具有保护底层材料的功能。

当涂层受到 UV、氧气与环境因素影响时,可能逐渐出现:

褪色、黄变、失光、粉化与表面劣化。

这也是 UVA 与 HALS 经常被共同评估的典型应用之一。

解决方向:UVA+HALS

可以把 UVA 理解为降低 UV 能量对材料造成影响的重要防线。

UVA 能吸收特定波段的紫外线能量,降低 UV 对涂层及底层材料造成的影响。

但单靠 UV 吸收并不能涵盖所有光氧化机制,因此还可以依涂料系统进一步评估 HALS。

HALS 从自由基反应机制着手,协助抑制光氧化连锁反应,推迟材料老化。

因此:

UVA+HALS

代表的是两种不同光稳定机制的搭配,而不是单纯提高同一种功能的添加量。


05|从室内赛场延伸到户外球场:材料面对的是更复杂的耐候环境

值得特别说明的是,2026 Laver Cup 在伦敦 The O2 的比赛属于室内硬地赛事。

因此,如果进一步讨论长时间 UV 曝晒,就需要把视角从 The O2 延伸到一般户外网球场。

户外硬地球场的表面可能涉及压克力、聚氨酯或其他树脂涂层系统。

与室内球场相比,户外涂层需要长时间直接面对:

UV+高温+氧气+雨水+湿气+机械磨耗

其中,UV 与氧气可能促进高分子材料的光氧化反应。

长时间下来,可能表现在:

颜色保持率下降、失光、粉化及表面劣化。

解决方向:UVA+HALS

对需要提高户外耐候性的涂层而言,可以依树脂、颜料与配方系统评估 UVA 与 HALS。

其概念可以简化为:

太阳紫外线
↓
UVA 吸收部分 UV 能量
↓
降低高分子受到的 UV 作用

另一方面:

光+氧气
↓
光氧化反应/自由基形成
↓
HALS 抑制自由基连锁反应
↓
协助推迟光氧化老化

因此,对户外球场涂层而言,UVA+HALS 是值得依配方与耐候需求共同评估的光稳定策略之一。


06|PP/PE 户外设施:HALS 是重要的耐候策略之一

再把视线从球场延伸到一般户外网球设施。

许多户外塑料座椅、球网及其他塑料零组件可能采用 PP(聚丙烯)或 PE(聚乙烯)材料。

这两类聚烯烃具有重量轻、容易加工,以及成本与性能平衡等优势。

但在长期户外曝晒环境下,需要特别注意光氧化。

以 PP 为例,长期光氧化可能导致高分子链结构发生变化,材料可能逐渐表现出:

表面失光 → 粉化/裂纹 → 韧性下降 → 脆化

解决方向:HALS+AO,视需求评估 UVA

对 PP/PE 户外材料而言,HALS 是重要的光稳定策略之一。

HALS 可以从自由基反应机制着手,抑制光氧化连锁反应。

另一方面,聚烯烃在熔融加工时也需要面对热与氧气,因此通常还需要考虑抗氧化系统。

可以简化理解为:

AO → 加工与热氧化稳定

HALS → 长期光氧化稳定

UVA → 依产品厚度、颜色、配方与 UV 防护需求评估

因此,户外 PP/PE 产品的稳定设计,不应只是寻找某一支「抗 UV 添加剂」,而是建立符合实际使用环境的抗氧化与光稳定策略。


不同材料,需要不同的稳定策略

把网球器材与户外网球设施拆解之后,可以更清楚看到一件事:

UVA、HALS 与抗氧化剂并不是三种功能相同的添加剂。

它们针对的是不同阶段、不同机制的材料劣化问题。

材料 代表网球应用 主要问题 优先评估方向
天然/合成橡胶 网球核心 热氧化、橡胶老化、长期性能保持 AO;光曝晒明显时再评估光稳定方案
聚酯/共聚酯 聚酯球线 张力损失、机械疲劳、加工热氧化、光老化 AO+依需求评估 UVA/HALS
PA6/PA66 尼龙球线、护线管 黄变、光氧化、热氧化、吸湿 UVA+HALS+AO
PU/压克力 球拍涂层 黄变、褪色、失光、光氧化 UVA+HALS
压克力/PU 等涂层 户外硬地球场 褪色、失光、粉化、表面劣化 UVA+HALS
PP/PE 户外座椅、球网与塑料零件 光氧化、韧性下降、脆化 HALS+AO;依需求评估 UVA
TPU/TPE 握把、防撞条等 光氧化、热氧化;部分材料需注意水解 依材料化学结构评估 UVA+HALS+AO

从材料出发,才是真正的添加剂解决方案

从一场网球赛可以看到,真正的材料稳定方案,从来不是简单地问:

「户外用品应该加哪一支抗 UV 添加剂?」

更完整的思考方式,应该从材料与失效机制开始。

STEP 1
第一步:确认材料

是聚酯、PA、PP、PE、PU、压克力、TPU、TPE,还是橡胶?

不同高分子的化学结构不同,面对光、热与氧气时的反应也不相同。

STEP 2
第二步:确认主要劣化机制

问题来自:

只有先找出真正的失效原因,才能选择正确的稳定方向。

STEP 3
第三步:选择相对应的稳定机制

当主要问题与紫外线能量相关,可以评估:
紫外光吸收剂(UVA)

当主要问题涉及长期光氧化自由基反应,可以评估:
受阻胺光稳定剂(HALS)

当问题来自加工或使用期间的热氧化,则可以评估:
抗氧化剂(AO)

而当产品必须长时间暴露于户外环境时,真正有效的解决方案往往不是单纯提高某一种添加剂的浓度,而是依据:

材料化学结构 × 加工条件 × 产品厚度 × 颜料系统 × 使用环境 × 目标寿命

评估 AO、UVA、HALS 单独或协同使用的稳定方案。

从高速飞行的网球、承受反复冲击的球线与球拍,到长时间接受阳光与环境考验的户外球场与设施,每一种材料面对的老化机制都不完全相同。

因此,真正好的添加剂解决方案,不是:

「加得更多。」

而是:

先理解材料为什么会老化,再用正确的化学机制解决问题。

想了解不同高分子材料的抗氧化与光稳定解决方案?

请联系 Chitec 技术与业务团队:

sales@chitec.com
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