乒乓球運動是一種能夠鍛煉人體敏捷性、反應能力、耐力等的運動,在我國素有“國球”之稱,并擁有雄厚的群眾基礎。乒乓球拍的底板,是影響乒乓球拍在擊球時所產生作用力的主要因素之一。對于乒乓球運動員而言,乒乓球拍底板性能的差異會在一定程度上影響運動員的技術動作、出球速度以及球體的旋轉等。 隨著現代材料科技的不斷發展,玻璃纖維、碳纖維、芳綸在體育器材制備領域的應用越來越成熟,以碳纖維復合材料制備而成的乒乓球拍底板逐漸因其質量輕、韌性佳,能夠在擊球時產生良好的緩沖而受到乒乓球職業運動員或業余愛好者的青睞。
碳纖維復合材料乒乓球拍的結構 根據國際乒乓球聯合會的規定,競技用乒乓球拍的底板中應至少包含質量占比為85%的天然木材。因此,盡管某些乒乓球拍被歸類到碳纖維復合材料球拍大類中,但實際上并不可能全部以碳纖維材料進行球拍制備。
早期碳纖維乒乓球拍底板最常見的“3+2”復合結構采用三層木材搭配兩層碳纖維的結構,擊球力度大、擊球力度反饋清晰。但隨著乒乓球球體的增大以及運動員技戰術水平的提升,比賽過程中的“推、拉”等動作逐漸增多,每場球回合數也逐漸增多,采用“3+2”結構制備的乒乓球拍底板逐漸因為無法為運動員提供更好擊球緩沖而逐漸被職業競技乒乓球領域所淘汰。 當前最流行的乒乓球拍底板是“5+2”結構,即在球拍兩面最表層以玫瑰木、黑檀木為主材,2、5層以碳纖維復合材料為主材,3、6層以阿尤斯木為主材,芯層以桐木與阿尤斯木為主材,采用黏合、壓實等工藝制備而成。“5+2”結構與“3+2”結構相比增加了兩層木材層,更適合職業球員進行拉球、削球以及大回合數的競技比賽;而采用“3+2”結構制備而成的碳纖維復合材料乒乓球底板由于價格更為低廉、扣殺時的擊球手感更好而更加適合業余愛好者使用。
①編織碳纖維底板。該類型底板為最常見、最傳統的碳纖維底板,采用縱橫垂直交錯編織的碳纖維布為主材進行多層黏合,不需要像純木底板一樣考慮木材纖維的走向,整體彈性和強度均較為理想。 ②短切碳纖維底板。短切碳纖維底板是一種通過添加薄碳、軟碳或碳纖維氈的形式制備而成的乒乓球拍底板,這類碳纖維底板的最大特點是使用的碳纖維材料均為短切碳纖維,而短切碳纖維則是通過將長條或整面碳纖維材料隨機切割成不同長度的小段,再經過無規律地平鋪所形成的碳纖維層。 ③排列碳纖維底板。該工藝是通過將一根根碳纖維以同向排列的方法制成的單向碳板或單軸碳板,經過樹脂固化以后單向碳板可以提供類似木材的紋路,但只能在單向提供強度,需要將其與木材一樣進行纖維方向的搭配才能正常使用。 ④顆粒碳材料底板。顆粒碳材料底板是通過大量的膠水對顆粒碳材料進行黏合所制備而成的乒乓球拍底板夾層,因此顆粒碳材料底板也被稱為碳素膠水底板。 碳纖維復合材料乒乓球拍的優劣
1 編織碳纖維底板 優勢:編織碳纖維底板的纖維層能夠在乒乓球運動員進行削、推、拉、扣殺等動作時為運動員提供強力支撐,擊球時提供的反彈速度很快,在出球速度上較一般的純木底板更快。利用編織碳纖維進行乒乓球拍底板加工,已經成為當前乒乓球拍制備領域最常見的制備方法之一,所制備的球拍底板性能強、剛性大、靈活性高。同時,由于碳纖維底板使用的碳纖維材料為編織好的材料,因而在進行底板加工時不需要考慮纖維的鋪設方向,僅進行裁剪和黏結即可。 劣勢:編織碳纖維底板從產品的使用性能上沒有明顯的缺點,但是由于編織碳纖維在纖維制作、編織過程中所使用的工藝較為復雜,因此編織碳纖維底板的價格往往較高,生產過程中形成的環境污染較高。 2 短切碳纖維底板 優勢:短切碳纖維底板在整體形變、擊球時球拍的持球時間以及底勁兒方面的局部優勢較高。由于球拍的纖維層均采用短切、薄碳、軟碳等材料切割制備而成,在纖維長度的范圍內底板材料的整體剛性能夠得到一定保證。同時,碳纖維材料在底板中應用程度進一步縮減,球拍底板兩側通過黏合劑接觸的面積將會大大提升,此時運動員在擊球時的振動傳遞將更多地依靠球拍底板中的木材成分進行傳遞,能夠為運動員提供更好的擊球手感。同時,短切碳纖維底板在進行結構設計時不需要特別考慮碳纖維材料的位置、方向等,整體結構設計更加靈活。 劣勢:短切碳纖維底板中的碳纖維材料無法人為調整,同時由于碳纖維長度限制無法進行編織或排布。理論上短切碳纖維底板纖維間的關聯作用極弱,利用短切碳纖維底板制備而成的乒乓球拍底板整體密度太低,無法充分發揮碳纖維材料彈性模量大的優勢。因此,利用短切碳纖維材料進行底板制備的工藝往往也僅適用于某些中低端球拍,較低的材料成本和加工工藝也更加適合這一價位區間的業余乒乓球愛好者購買和使用。 3 排列碳纖維底板 排列碳纖維底板中所使用的碳纖維材料為一根根碳纖維細絲單獨進行樹脂固化后排列而成,也常被制成碳片底板。盡管從材料的厚度上看碳片的厚度較厚且材料本身質量較輕,但實際上材料本身只能在沿纖維方向提供強度,需要將兩層排列碳纖維材料進行疊加。而這種工藝復雜且制備以后的性能與編織碳纖維底板并無明顯差異的碳纖維底板已經被淘汰。 4 顆粒碳材料底板 優勢:制備工藝及產品結構簡單、生產成本低等,是顆粒碳材料底板的顯著優點。這種能夠使用碳纖維材料邊角料進行產品加工的底板加工方法,顯然能夠為低端碳纖維乒乓球拍領域的使用人員提供性能優于木材且價格遠低于一般碳纖維球拍的球拍。同時,顆粒碳材料也能夠在一定程度上提升球拍本身的性能,在球拍降重方面也能夠提供一定的作用。 劣勢:顆粒碳材料底板對運動員擊球速度、控球能力的提升極為有限。在部分高水平運動員看來,這種僅以顆粒進行摻合制備碳層的球拍底板與木板本身沒有太多的差別。顆粒碳材料底板碳材料顆粒體積小、用量少,對乒乓球拍彈性模量、強度等的改變程度很低。