纤维强化复合材料底板的性能特点

      国际乒联比赛规则中对乒乓球底板的大小、形状和重量不限，但是要求：底板厚度至少应有85%的天然木料，加强底板的粘合层可用诸如碳纤维、玻璃纤维或压缩纸等纤维材料，每粘合层的厚度不超过底板总厚度的其单层厚度的7.5%或0.35mm。因此根据世界乒乓球技术的发展趋势，为了超越纯木制球板的性能，一些国外的制造商都在努力开发加入特殊纤维素材的复合材料球板，许多公司很早就推出了加碳纤维（CARBON）的底板，日本“蝴蝶”公司又在90年代中期开发出了芳基（ARYLATE）、芳/碳混织（ARYLATE & CARBON）等系列复合材料球板，极大地扩展了底板的性能。碳纤维是一种高强度、轻比重材料。它的重量只有钢铁的五分之一，强度却高其六倍之多，在我国由于过去主要用于国防、航天的军工产品，所以市场上很难见到。改革开放以来，随着体育产业的快速发展，碳纤维已经被广泛地用于体育器材的制造中了。我国的第一批碳纤维底板大约出现在90年代初期，金棕榈公司在国内市场上推出了台湾制作的碳纤维乒乓球底板，后来卓隆公司也生产出了国产的《郗恩庭》牌碳纤维底板，从此碳纤维底板逐渐被广大乒乓球爱好者所认识；芳基纤维是一种更新型的高柔韧性材质，用锋利的剪刀都很难剪断，由于它的坚韧、高弹减震和超轻重量等特性，也被用来做避弾衣的材料。日本“蝴蝶”公司的芳基、芳基/碳素混织纤维底板进入中国市场后曾经卖到1000元以上的天价，直到1998年《世奥得》推出了系列的芳基、芳/碳混织底板，以国产的货“珍”价“适”与之竞争，才使得这些昔日令人瞠目的价格有所回落，自此广大爱好者也能感受这些新材料带来的技术进步。玻璃纤维是一种比较常见的材料，虽然它的强度不如碳纤维，韧性不如芳基纤维，但是它能以较低廉的成本使底板获得更好的性能。国内最早推出加入了单层玻璃纤维的底板是90年代初期的《四拓》牌，由于经营的原因《四拓》没有在市场上站住脚。直到98年《世奥得》推出它的加入双层玻璃纤维的成熟产品，并率先出口到日本，打入其专业市场后，玻璃纤维底板以其经济的价格和良好的性能深受广大运动员和球友们的欢迎。
　　不同的纤维强化复合材料在击球时会表现出不同的物理性能，通过纤维强化复合材料的振动减衰性能对比（图-1）我们可以看出：在受到同样冲击时不同纤维表现出的初期振动幅度、振动频率和振动减衰时间有明显的区别。
　　碳素纤维初期振动幅最小，因此碳纤维底板击球感觉最硬；由于其振动频率最高，所以在击球时形成的球滞板时间（球在球板上滞留的时间）最短，击球感觉“脆、爽”；碳纤维振动减衰（恢复到静止状态所需时间）较慢，因此用力击球时会感到底板反馈回来的感觉稍有些“散”，或“劲感”不够。但是我们观察到这样一个现实：在九十年代初期的欧洲乒坛上，主流打法分为以瑞典的老将阿佩伊伦、波兰的格鲁巴、克罗地亚的年青选手普里莫拉兹为代表的“稳健派”、以法国盖亭、比利时的塞弗和德国的罗斯科普夫为代表“凶狠派” 和以瑞典的瓦尔德内尔、佩尔森为代表的“全面派”。随着时间的推移“稳健派”虽然以手感好、弧线控制能力强、相持回合多而见长，但是终于因攻击的杀伤力不够逐渐淡出乒乓球主流打法。可是有心人会发现后来的普里莫拉兹却出人意料地成为“欧洲三虎”之一，并获得过世界杯单打冠军的称号。从“稳健派”变成“虎”显然与他明显地提高了攻击杀伤力，形成了“拉、砸”等独具一格的技术特点有关，但是也应该看到普里莫拉兹使用碳纤维底板后，由于底板硬、球脱板快使他击球弧线变得低平，同样飞行速度的球，其弧线低平自然会使对手感到速度更快。也许从某种程度上说碳纤维底板帮助他提高了攻击的杀伤威力，帮他长出了锋利的“虎牙”。
　　应该指出的是目前市场上流行的碳纤维底板有两类：一种是由经向和纬向纤维束编织成的，选择编织的密度越大，底板的碳纤维成分越多。由于纤维方向的纵横排列，形成的强度、弹性都比较均匀，因此这种碳纤维底板的成本比较高，价格也比较贵；另一种碳纤维底板是采取纤维束单方向排列结构，这样做的结果可以使成本大大降低，但是由于纤维的单一方向造成的强度拉力不均衡，因此对与之匹配的木层结构要求很高，否则不容易达到良好的击球效果。
　　芳基纤维又称芳纶纤维，它的初期振动幅度最大，因此芳基纤维底板击球感觉最柔和；由于其振动频率不高，所以底板击球时的吃球时间（球在球板上的滞留时间）较长，特别在用力拉球时有“抓住球”的感觉；芳基纤维振动减衰速度最快，因此底板虽软，但是击球时会感觉用力反馈集中，且“弹力”明显。由于底板具有高柔韧（日本人称为高粘弹性）、球滞板时间较长可以充分摩擦制造强烈旋转，使力量转化为球的自转速度的效率非常高；同时由于它的高弹性，使击球用力通过球板转化为球的飞进速度效率也较高，这些特点都很适合弧圈球攻击技术的需要。鉴于它的上述特性我们可以大胆想象，芳基纤维也许更适合40mm大球时代底板发展的需要，因为大球的旋转下降了23%，而速度只下降了17%，提高旋转也许会使人们感到更迫切。
　　芳基/碳素混织纤维是将两种不同性质的纤维编织在一起，它的初期振动幅度适中，因此底板击球会有一种“软中硬、柔中刚” 的感觉；同时由于它的振动频率适中，所以底板的吃球时间也适中；芳基/碳素纤维振动减衰速度虽然比纯碳纤维快，但是比纯芳基纤维却慢，所以底板击球时既不“散”、又不“跳”，有一种稳定的“有劲儿”感觉。如果说碳纤维过于“刚性”、而芳基纤维过于“柔性”，那么将这两种纤维混织在一起的立意是使它们优势互补。人们都记得在第45届世乒赛中突然冒出个欧洲第四虎，时年已27岁的名不见经传的奥地利“老将”施拉格，横空出世，在男子单打比赛中突然杀入了前三名，继而在两个月后的世界杯赛上又淘汰了包括孔令辉、瓦尔德内尔、佩尔森在内的诸多名将一举进入决赛，并险些从萨姆索诺夫手中夺走了冠军的桂冠。据了解他使用的就是芳基/碳素混织纤维底板，由于这种新材质球板的出现是在90年代中期，人们不禁会联想——在帮助这位奥地利人脱颖而出的过程中芳基/碳素底板所起的作用。
　　2000年北京采和体育开发服务中心在全国开展了为个人定做《世奥得》芳基/碳素混织纤维底板的服务活动，面对来自四面八方上千个不同定做者的要求，能否满足他们的需要开始我们心里本来也没有底，但是实际的结果是95%以上的人对定做的底板表示满意或比较满意，可见芳基/碳素混织纤维由于刚柔相济的特性，既能适应乒乓球拉弧圈球的摩擦用力技术、又能适应推挡、扣杀等击打用力技术的需要，具有较广泛的适应性，适合全面技术的发展。
　　玻璃纤维的初期振动幅度也很大，因此玻璃纤维底板击球感觉也很柔和；由于其振动频率不高，能使底板击球的吃球时间较长，但是玻璃纤维振动减衰速度最慢，如果不能与木层结构设计形成良好的匹配，底板就不能形成良好的击球“底劲”。通常优秀运动员很在乎击球的冲击振动通过球板反馈产生的敏锐“手感”，并且他们已经习惯了纯木材料底板给他们带来的“通透”感觉，所以许多人不一定适应碳纤维或芳基纤维那么强的“个性”，但是可能因为玻璃纤维的特性更接近天然木材的缘故，他们对玻璃纤维复合材料的底板却经常赞美有加。2001年初，《世奥得》将自主开发的龙之剑底板（玻璃纤维）送到了包括国家乒乓球队在内的优秀运动员中间试用。通过鉴定，被认为其弹力、控球、手感等综合性能已经赶上或超过了许多进口名牌专业底板。
　　国际乒联决定自2000年10月1日起改打大球，大球时代的到来需要对现行的乒乓球拍重新进行优化，这样一来全世界的球拍厂商都面临着相同的机遇与挑战。大球时代的到来不仅呼唤技术与战术的创新，同时呼唤球拍的改进与创新。可喜的是我国许多乒乓球底板生产企业都开始了这方面的研究与开发，许多厂家都迅速推出了他们的新产品如：《郗恩庭》牌十三层木加碳纤维底板；《拍里奥》的碳精系列底板；《银河》的三层碳素板等。经过这些推陈出新之后，许多厂家都获得了良好的经济效益。但是多数新产品似乎都是从提高底板的硬度出发，围绕着碳纤维做文章。纵观其中发展似乎有些偏颇，大球变重、变慢，固然应该提高底板的坚挺程度，但是单纯提高硬度只会缩短球在底板上的滞留时间，提高了球的脱板速度并不等于提高了力量转化为速度的效率。相反大球一个容易被忽视的因素是“软”，球体增大，使球壁的强度下降。人们用力扣杀大球时，常会感到球似乎要“破”，其实这是因为强度下降了的大球受到大力冲击时产生“形变”过大的缘故。如果一味加硬底板势必造成击球瞬间对球体局部的压强过大，从而使球的局部产生更大的形变，这种局部的变形与恢复使击球作用力不能在同一时间里整体地作用于球，势必降低了击球力量转化为球飞进速度的效率。因此必须全面针对大球变大、变重和变软的特点对打大球的底板进行综合的设计。为了做出优化的应对，《世奥得》已经开发出具有自主知识产权的RG系列大球底板。RG底板与众不同的地方是在底板的三个粘合层中分别选用了两种软硬不同的强化复合纤维材料：
　　首先针对大球重了0.2克，来球对板的冲击力增大这一课题，加入中间的高强度刚性碳素纤维，以保证底板在快攻与扣杀大球（重球）时的坚挺程度与稳定性；
　　其次针对大球变软，球体承受压强的能力有所下降这一课题，在球拍木层双侧增加了具有柔韧性与高弹力的高粘弹性纤维，从而保证了底板在触球时，使击球力量能柔和均匀地作用于整个球体，提高了击球力量转化为球速的效率；
　　针对大球直径增加了2毫米，球体变大了这一课题，RG球板的设计将不同硬度的6层木与不同性能的3层纤维按照特定的顺序排列，优化球板的整体结构，从而扩大了球板的有效击球范围。
　　针对大球速度变慢，使运动员快速击球的攻击威力下降这一课题，RG球板的大板面设计与加碳纤维的鞭打型透柄，将击球重心适当前移，增加球板柄部的硬度，不仅提高了挥拍的加速度，有利于提高击球的攻击力，而且使球板的振动衰减更快，击球用力感更集中、更敏锐。
　　RG球板的另一明显进步表现在能兼容拉弧圈与推挡、扣杀这两种不同的击球发力技术的需要（图-2）。当推挡、扣杀的用力方向与拍面形成接近直90度角时，击球的反作用力几乎同时触及外层的柔性纤维与内层的刚性纤维，击球就会感到底板十分坚挺，有一定的硬度；当拉弧圈球的用力方向与拍面形成一定的角度时（大于或小于90度），造成击球的反作用力首先触及外层的柔性纤维，然后再触及内层的刚性纤维，中间有一定的时间差，因此击球时会感到底板比较柔和，并有较好的弹性。这就改进了传统两层相同性质纤维底板要硬都硬、要软都软的局限性。这是底板设计的一个突破，最近RG底板出口到日本，据说在市场上被卖了个同类产品的“高价”，真的为中国货争了口气。
　　随着大球时代技、战术的发展，肯定会对底板提出进一步改进的要求，市场上还会出现更多品种的底板供运动员与广大爱好者选择。有的球友来信告诉我说，他们追求的既不是高价洋品牌的虚荣，也不是低价位的样子货，更不是故弄玄虚的冠以所谓“高科技”的广告宣传，他们要的是货“珍”、价“适”。由此可见我国乒乓球运动员与广大爱好者的成熟，可以相信与我国的乒乓球运动员世界一流的竞技水平一样，我国的乒乓球器材研制水平也将会有机会迅速提高，进入世界一流的行列。