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2月4日晚，北京冬奧會正式拉開帷幕。繼2008年奧運會后，奧林匹克會旗再次在“鳥巢”升起。同時，各種新材料也粉墨登場，在其中扮演著不可或缺的角色。

碳纖維與冬奧火炬

作為歷屆奧運會中備受關注的元素之一，此次冬奧火炬“飛揚”一經亮相就吸睛無數。火炬通常是采用傳統金屬材質制成，包括夏季奧運會火炬。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合材料制作而成，火炬燃燒罐也以碳纖維材質為主，具有“輕、固、美”的特點。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？奧秘就在于其所使用的新型材料中。此次冬奧火炬“飛揚”將碳纖維與高性能樹脂結合在一起做成碳纖維復合材料，質量只有鋼的1/4左右，但是強度是鋼的7~9倍。通過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，整個造型渾然一體。為了能夠將碳纖維復材用于火炬，經過多方協同的努力，成功解決了碳纖維復合材料在極端條件下的應用瓶頸，實現了火炬外殼在高于800℃的氫氣燃燒環境中正常使用， 破解了火炬外殼在1000℃高溫制備過程中起泡、開裂等難題。為實現耐高溫，火炬上半段燃燒端在1000℃以上高溫中進行陶瓷化，有效解決了在高溫制備過程中火炬外殼起泡、開裂等難題，達到了既能夠耐溫又能夠耐火的要求，實現了燃燒溫度＞800℃氫氣燃燒環境下正常使用。而且碳纖維制造的火炬既分量輕又很牢固。同時，冬季火炬傳遞時，傳統金屬材料手感不好，碳纖維可以有效解決這個問題，避免了冰涼的觸感。

石墨烯發熱技術與保暖

為應對冬奧會室外賽場低溫環境，做好工作人員及設備的防寒保暖保障工作，應用石墨烯發熱技術研發的保暖產品應運而生。發熱圍巾、手套、襪子等可為工作人員實現38~52℃溫度調節，滿足低溫環境下人員的保暖需求。頒獎禮儀服是奧運會場一道靚麗的風景線。和夏季奧運會不同，冬奧場館溫度最低至可達零下30多度。在如此寒冷的環境中，如何讓頒獎禮儀服裝既美觀舒適，又能保暖呢？本次冬奧會和冬殘奧會頒獎禮儀服裝共三套方案，分別為“瑞雪祥云”、“鴻運山水”和“唐花飛雪”，不僅外觀典雅大方，而且衣服內膽里特意添加了一片片黑色的材料——針對本屆冬奧會研發的第二代石墨烯發熱材料。石墨烯導熱系數非常高，在通電情況下，碳分子團之間相互摩擦、碰撞而產生熱能，熱能又通過遠紅外線以平面方式均勻地輻射出來，可以很好地被人體接受，產生一種由內而外的溫暖除了為工作人員提供保暖外，冬奧期間對講機、云轉播包、手機和攝影機等專業設備也需要保暖。據介紹，配備石墨烯保暖的設備，可以保障其在零下20°C正常開機使用。

聚氨酯材料與短道速滑

短道速滑作為冬奧會上的正式項目，一直都備受矚目。速滑競賽服處處體現著“科技含量”。為了減少空氣阻力，速滑競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動員成績。通過改變原料化學結構和配方比例，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用價值的合成材料。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

滑雪是一項極具觀賞性的運動，將速度與技巧有機結合，運動員要在高聳的雪山陡坡上完成快速滑降和回轉動作。運動員滑雪時，頭部會發出大量的熱量，需要佩戴透氣保暖的頭盔。滑雪頭盔外殼材質主要是PC（聚碳酸酯）和ABS（工程塑料的一種）兩種，內殼一般為高密度發泡材料，能在頭部受到撞擊后起到最佳的緩沖作用。在國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項的支持下，通過運用航天技術研發出的高防護性變剛度滑雪頭盔，可大幅提升抗沖擊變形能力，為運動員提供更高的安全防護級別。在頭盔材料方面，科研團隊在大量測試后使用碳纖維、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

對于雪上運動而言，在運動員水平相同的情況下，影響成績的因素除了裝備所用的材料，還有一個原因——震動。震動可能會導致雪橇底面彈離雪面，從而降低運動員的控制性和反應性，限制了滑速。所以在滑雪賽事上需要通過減震技術使雪橇緊貼雪面，從而增加運動員的反應性、控制性和速度。減震技術的核心就是通過減震器的耗能特性，來減少震動能量的傳遞。一般來說，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，帝斯曼集團發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系數降低40%,并且在-30~10℃的溫度變化范圍內保持恒定。

綠色建筑材料與冬奧場館

在2022年北京冬奧會項目建設中，碲化鎘發電玻璃分別應用于國家速滑館和張家口冬奧會場館BIPV建筑一體化項目，以及赤城奧運走廊項目。碲化鎘發電玻璃不僅具有建筑材料的特性，而且能夠發電，是新型綠色環保建筑材料。在綠色辦奧的目標下，發電玻璃的應用既滿足了功能性要求，又兼具經濟性和藝術性。近年來，我國綠色建筑實踐工作穩步推進，全社會對綠色建筑的理念、認識和需求逐步提升。在國家對綠色建筑的大力支持和鼓勵下，全國各省市積極推動綠色建筑建設規劃，各地均設立了綠色建筑評價機構，綠色建筑材料市場需求不斷增長。

綠氫與奧運大舞臺

北京冬奧會秉承著“綠色辦奧”的理念，在火炬燃料的選擇上采用了清潔環保的氫能燃料。在火炬的研究過程中，總是會碰到各種各樣的難題。但經過研究團隊的不懈努力，最后成功解決了火焰顏色與穩定性、高壓儲氫、氫能安全利用等多項技術難題。火焰安全可靠性高，可抗風10級，可在極寒天氣中使用，減壓比高達幾百倍。在解決復雜難題的同時，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用了氫燃料。其中包括奧運史上首次機器人與機器人之間在水下的火炬傳遞，由水陸兩棲機器人與水下變結構機器人在北京冬奧公園水下完成。經過約1200名火炬手傳遞，2月4日晚，由中國石化燕山石化公司提供的氫氣，點燃了“鳥巢”的主火炬。中國石油提供的綠氫，則點燃了張家口賽區的太子城火炬臺的主火炬。在這個神奇的冬奧開幕之夜，這位加入奧運能源保障體系的新成員，在張家口閃亮登場。除太子城火炬臺外，中國石油也為水立方(冰立方)和延慶兩個賽區的火炬臺提供氫氣。氫氣作為最清潔環保的燃料，燃燒時只產生水，是最能夠體現北京冬奧會綠色、低碳、可持續原則的能源。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”的一種技術路線。

可降解材料大顯身手

北京冬奧會還用上了中國石化生產的可降解塑料袋。2021年9月，中國石化所屬北京石油向北京冬奧會延慶賽區所在地張山營鎮捐贈10萬只可降解塑料袋，主要用于賽事場館服務和市民生活所需。這批可降解塑料袋是由中石化易捷北京分公司監制，以儀征化纖生產的PBAT生物可降解塑料為原材料委托生產制作而成。相比常見的可降解塑料袋，該塑料袋更加耐用，還具有較好的熱穩定性、力學性能，以及優良的生物降解性，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。在北京冬奧會的制服裝備設計、生產、發放等各環節，也同樣貫徹著可持續發展理念。2019年，北京冬奧組委成立了制服裝備專家委員會，依托北京服裝學院、安踏公司組建制服裝備研發實驗室，在面料、結構、工藝等方面不斷研發。2021年10月27日，在北京冬奧會開幕倒計時100天之際，北京冬奧會和冬殘奧會制服裝備在北京正式發布。冬奧制服裝備供北京冬奧會和冬殘奧會工作人員、技術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的環保紗線；包裝袋采用生物可降解材料制成，180天降解率可達90%以上。可降解材料還應用到了為北京冬奧會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行，部分列車使用新型奧運版復興號智能動車組。奧運版復興號的內裝全部采用了環保可降解材料，可降解率能夠達到50%以上，可回收率達到了75%以上。此外，奧運版復興號全車采用輕量化設計，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航

2022年冬奧會共分為北京、延慶、張家口三大賽區，相關道路設施有機串聯，保障各項賽事有序進行。化工材料也為道路安全保駕護航，包括延崇高速防冰雪路面所用防冰雪有機材料，延崇高速和冬奧公園里鋪設的瀝青材料，奧運專用道中的地面標識等道路用化工材料。在競賽場館、非競賽場館和冬奧村等相關設施之間，設置了供服務冬奧會和冬殘奧會機動車使用的專用車道即奧運專用道。其中，北京延慶賽區的奧運專用道及交通指引標識，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成型標線膠帶產品。這種預成型標線膠帶由特殊配方的合成橡膠、色料和添加劑構成，是預制成型的標線膠帶產品。它在瀝青和水泥路面的反光性能測試效果較好，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線的高性能反光。再配合獨特的膠粘系統，標線膠帶產品在使用時不需要加熱或溶解，施工現場也不產生污染氣體、廢水和揚塵；清除時能成卷回收，不對環境造成二次污染，解決了現有標線存在的環保問題和特殊路況下的交通安全問題。該產品經過-15℃的環境溫度，以及車流量較大的國道使用測試后，能夠完全滿足冬奧會規定的施工及使用條件。

此外，在河北省張家口市連接比賽場館和太子城奧運村的SL74公路上，采用了河南能源化工集團義煤豫蜀夜視利公司生產的北京冬奧會專用通道地面反光標識。該公司利用鑲嵌工藝配高粘膠的生產技術，以白底加黃、綠、藍、紅、黑五種顏色，將奧運五環清晰靚麗地展示出來。作為北京冬奧會重要交通保障工程之一，延崇高速采用了中石化供應的“東海牌”瀝青。相關負責人表示，“東海牌”瀝青具有質量優、品種多、技術強、服務佳等特點。該公司針對極寒沙漠、炎熱多雨、高海拔等極端氣候特點，優化資源和工藝，提出應用不同氣候解決方案瀝青產品。針對海綿城市、機場跑道、大跨徑橋面、隧道等場景，具有優異的粘結性、抗滑性和耐疲勞特點。針對國際賽道速度高、急轉彎、急剎車的行車特點，則具有良好的抗高溫、抗低溫及抗剪切性能。“東海牌”瀝青也曾進入國家體育場“鳥巢”，應用于奧運會場館跑道。除了應用在公路上，由大連石油化工研究院、燕山石化等研發生產的凈味環保瀝青在北京冬奧會配套工程——北京冬奧公園成功應用。受高溫作用，傳統的瀝青在拌和、攤鋪過程中會產生具有刺激性氣味的瀝青煙，對環境造成污染。研發團隊深入研究瀝青煙產生機理，聚焦瀝青煙釋放量影響因素，開發了環保型凈味劑，可減少刺激性氣體排放量60%以上。此外，為適應北京冬奧會的低溫氣候條件，延崇高速的防冰雪路面摻加了由首發集團開發的融冰雪材料——綠色環保抗凝冰添加劑。該材料平時吸熱儲能，低溫時放熱，使路面與雪層間不結成冰面，增強降雪天氣安全通行性，達到“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題。

合成材料與開幕式

在開幕式運動員入場環節，入場引導員手中的雪花引導牌也十分吸睛。由于引導員們需要長時間的高舉引導牌，引導牌的質量要控制在900克以內。雪花引導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，國家名稱由500～1000顆不等的燈珠組成。北京冬奧會吉祥物冰墩墩的發光幻彩人偶版也出現在開幕式上。在《冰雪五環》節目中，炫彩冰墩墩的外套采用了彩虹幻彩膜涂層面料，包括聚氯乙烯等復合聚酯和聚酯涂層，滿足了“冰”的晶瑩感與通透感，再運用3D多維數據立體打板工藝制作版片；幻彩材料表面采用數碼定位UV噴繪工藝，先制作出充氣玩偶基礎圖形，再確定五官、冬奧LOGO位置及耳手部不發光黑色涂層位置；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。