胡海濤，李榮芝

論乒乓球拍的形制

胡海濤，李榮芝

（上海體育學(xué)院中國乒乓球?qū)W院，上海 200438）

為總結(jié)乒乓球拍的形制、材料和工藝技術(shù)的變化特征，運采用文獻(xiàn)資料法論述了乒乓球拍衍變發(fā)展歷程，通過分析乒乓球拍與技術(shù)打法、器材規(guī)則之間的關(guān)系，探討了球拍形制轉(zhuǎn)向的具體原因，并以微觀視角就底板結(jié)構(gòu)、底板材料、拍面覆蓋物、球拍形狀及拍柄造型進(jìn)行了多角度透析。發(fā)現(xiàn)未來將有更多的新理念、新技術(shù)、新材料運用到乒乓球器材開發(fā)當(dāng)中來，其實效性和欣賞性將會進(jìn)一步得到改善和提升。

乒乓球拍；形制；衍化 ；材料結(jié)構(gòu)；創(chuàng)新設(shè)計

脫胎于草地網(wǎng)球的乒乓球項目，自19世紀(jì)末誕生以來，自始至終沒有脫離“桌上游戲”的范疇。乒乓球拍作為乒乓球運動的核心器材，一直是國際乒聯(lián)倡導(dǎo)的器材改革焦點，其目的是不斷追求競技規(guī)則的完善和公平，促進(jìn)乒乓球運動在全世界的普及和發(fā)展。此外乒乓球拍材質(zhì)、類型及工藝的豐富對乒乓器材的產(chǎn)業(yè)化和市場化產(chǎn)生了主體推動作用。面對不斷變換的客觀環(huán)境，在國際乒聯(lián)規(guī)制許可下的乒乓球拍“百花齊放、百家爭鳴”將在更大程度上增強乒乓球運動的競爭性和欣賞性，并由此開啟了乒乓球器材文化璀璨的發(fā)展歷程。

1 乒乓球拍的形制變革歷程

關(guān)于乒乓球拍的起源來源眾多，一直存有紛爭。從現(xiàn)有最早的文字記載，“19世紀(jì)后半葉，乒乓球運動最早始于英格蘭”［1］。18世紀(jì)網(wǎng)球已經(jīng)風(fēng)靡全球，脫胎于網(wǎng)球運動的乒乓球，最初流行于英國，以“桌上網(wǎng)球”的形式進(jìn)行游戲。1874年左右，穿弦式球拍是其最原始的擊球工具，從結(jié)構(gòu)性能上看均與網(wǎng)球拍相似，它被譽為乒乓球拍的雛形［2］。18世紀(jì)末到19世紀(jì)初，由于采用賽璐珞材料制成的比賽用球，促使空心拍和木板拍的改良和發(fā)明。1902年，英國人庫特發(fā)明了膠皮顆粒拍，此后的半個世紀(jì)，膠皮顆粒拍對乒乓球運動占有絕對的統(tǒng)治地位；1951年，奧地利海綿拍的問世才得以改變舊有的局面，乒乓球運動進(jìn)入海綿拍的時代；1957年，日本人在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改良發(fā)明了正、反貼海綿拍，世界乒壇格局東移亞洲；1961年，中國人發(fā)明了長膠粒球拍。

底板材料和覆蓋物的歷次變革是乒乓球拍衍化史上最為精彩的部分。穿弦式和空心拍時期底板材料為軟木，其為軟木橡樹的外層表皮，不含有木質(zhì)纖維，屬于木材的附屬產(chǎn)品。隨著木板拍的出現(xiàn)，人們對于底板木料開始甄選，包括對木質(zhì)、年輪、紋理、彈性、密度、含水量等指標(biāo)都有了較高的要求。19世紀(jì)60年代，底板中除了純木以外加入新型復(fù)合纖維材料，此舉突破了單一木料結(jié)構(gòu)底板的禁錮。底板覆蓋物的衍化較為復(fù)雜，其中主要是膠皮顆粒膠和海綿的發(fā)展。1951年奧地利人發(fā)明的黑海綿，標(biāo)志著覆蓋物的一次歷史性的飛躍［3］。之后日本人和中國人改良發(fā)明了正反貼海綿和長膠，再次對覆蓋物進(jìn)行了大膽的嘗試和突破。20世紀(jì)80年代末以來，球拍形狀也發(fā)生很大變化，拍形除了歐洲橫拍形、中國直拍形（呈橢圓形）和日本直拍形 （呈長方形）之外，又出現(xiàn)了槍拍、歪把橫拍等異形球拍。拍柄也由原來的長柄逐步演化到短柄，其舒適性和實用性大大增加。加之國際乒聯(lián)對于球拍的形狀、厚度、重量一直沒有做出嚴(yán)格限制，這也給球拍形狀的設(shè)計提供了廣闊的自由空間。自此現(xiàn)代乒乓球拍的經(jīng)歷了近一個世紀(jì)的變化、革新，球拍結(jié)構(gòu)類別基本定型，不同的是高科技材料、新工藝運用愈加廣泛，材料組合呈現(xiàn)多樣化趨勢。

2 乒乓球拍形制變化的動因

2.1 乒乓球技術(shù)打法對乒乓球拍形制的影響 乒乓球拍的形制演化過程，技術(shù)的進(jìn)化直接推動了球拍形制的創(chuàng)新和改革。反之，球拍的革新再次豐富了技術(shù)打法類型，兩者相互促進(jìn)，互為動因。 在乒乓球運動早期，底板材料只是單層的木板，對于器材的工藝和品質(zhì)沒有較高的要求［4］。削球類打法迫切需要更加先進(jìn)性的擊球工具進(jìn)行技術(shù)支持，為了擊球摩擦力的增加，顆粒膠皮首先被人們運用到球拍設(shè)計當(dāng)中。此時為了方便擊球，底板的形狀由圓形變?yōu)闄E圓，手柄由長柄過渡到短柄。為了豐富技術(shù)打法類型，人們開始探索新材料、性能強的器材和工具。底板設(shè)計開始由單層過渡到多層，對于木料種類和品質(zhì)有了高的要求，椴木纖維紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)，強度柔中有剛，重量相對比較輕。此間覆蓋物也進(jìn)一步優(yōu)化，新型海綿和顆粒膠皮的組合，加快了擊球速度效能，催生了快攻類打法的產(chǎn)生。20 世紀(jì) 90 年代，日本乒乓球器材公司先后推出了碳纖維材料、芳基纖維、芳基纖維/碳素纖維混織的底板，成為這一時期的主流器材。新型纖維材料具有輕便、減震、高彈的性能，加入復(fù)合纖維材料的底板，脫班速度加快，重量輕。加之反膠海綿有較好的硬度和持球能力，彈性和粘性完美結(jié)合，完全滿足以摩擦和擊打結(jié)合的弧圈類打法。同時運動技術(shù)的豐富也促使人們加大對于器材的研發(fā)和創(chuàng)新，兩者相互促進(jìn)。

2.2 乒乓球規(guī)則對乒乓球拍形制的影響 在乒乓球拍歷次革新進(jìn)程中，國際乒聯(lián)一直以來都扮演著重要的行業(yè)角色。尤其是對乒乓球器材規(guī)則的修訂，為球拍形制構(gòu)造提供了質(zhì)性標(biāo)準(zhǔn)，從制度角度對乒乓球拍進(jìn)行改革，促進(jìn)了項目發(fā)展和競賽公平性。

國際乒聯(lián)關(guān)于乒乓球器材的規(guī)則中，以對球拍的規(guī)范居多。從形制設(shè)計角度來看主要體現(xiàn)在3個方面：拍面覆蓋物、底板材料和比賽用球。20世紀(jì)50年代末，國際乒聯(lián)首次對球拍做出規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，首當(dāng)其沖的就是對覆蓋物和擊球拍面的規(guī)定，限制海綿和膠皮的厚度，且海綿上必須附著膠皮，禁止使用厚海綿，該規(guī)則一直沿用至今。20世紀(jì)90年代以后，國際乒聯(lián)主要討論膠皮的顆粒高度和粘合劑問題，1998年規(guī)定正膠顆粒高和直徑之比由1∶3改為1∶1.1；2002年規(guī)定長膠顆粒直徑與高度之比不得小于1∶1.1 ，粘合劑不得含有禁用溶劑；2008年規(guī)定禁止使用含有揮發(fā)性的有機(jī)膠水。20世紀(jì)80年代末，由于新型復(fù)合材料的出現(xiàn)，底板材料的使用引起了巨大的爭議。國際乒聯(lián)明確規(guī)定：拍身應(yīng)為木質(zhì)的，拍身至少有85%是天然木材，且粘合層不超過總厚度的7.5%或是0.35mm，拍身的粘合層可包括加強的纖維材料，諸如碳纖維、玻璃纖維或壓縮紙，底板的形狀、重量、厚度沒有特別限制［5］。由此以來，新材料和新工藝相繼運用于底板的研發(fā)和設(shè)計，球拍的形制在規(guī)制限定下變得多樣化、豐富化。2000年，規(guī)定比賽用球直徑由38mm改成40mm；2016年國際乒聯(lián)規(guī)定，新型塑料球的直徑標(biāo)準(zhǔn)由原來的39.50～40.50mm上調(diào)到40.00～40.60mm，國際乒聯(lián)要求新塑料球一律采用“40+”的標(biāo)注方法，這也意味著乒乓球由此進(jìn)入了“40+”時代［6］。國際乒聯(lián)為了限制球速和旋轉(zhuǎn)，加大擊球的力量，使得底板、海綿和膠皮都要重新適應(yīng)當(dāng)前的新形勢，這無疑對球拍的形制設(shè)計提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。

3 乒乓球拍的形制結(jié)構(gòu)

3.1 底板的層次 乒乓球底板采用的木層結(jié)構(gòu)可以分為2類：一類采用獨木結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的日本式方板多是由1層較厚的檜木制成。另一類采用其中5層結(jié)構(gòu)居多，由面材、力材和芯材3層結(jié)構(gòu)組合而成［7］。面材一般為0.2～0.5mm；力材一般為0.5～1mm；芯材一般為2.5～5mm。面材是最外側(cè)一層，一般選取非洲產(chǎn)的林巴和克脫，其紋理一般為經(jīng)線紋理，密度通常在0.5g/cm3～0.65g/cm3之間。力材為次外層，其紋理方向為橫向纖維，垂直于面材和芯材的紋理方向。一般選用木材為云杉，密度為0.3g/cm3～0.8g/cm3之間，縱向紋理。芯材為中間一層，厚度最大，因此縱向纖維厚度占整個底板厚度的較大比例，增加底板的通透性和底勁［8］。目前，最常用的芯材為阿尤斯，其密度為0.33g/cm3～0.48g/ cm3，材質(zhì)輕，芯材的紋理一般為經(jīng)線紋理。隨著器材生產(chǎn)技術(shù)的日臻成熟，生產(chǎn)商也在尋找其他的芯材材料，比如泡桐、檜木新型的重量適中、底勁大的芯材材料。隨著“40+” 大球時代的到來，促使許多底板制造商加大了新產(chǎn)品開發(fā)的力度，結(jié)構(gòu)層數(shù)更加復(fù)雜，甚至出現(xiàn)13層底板，其結(jié)構(gòu)和擊球性能都是對稱相同的，且重量保持很輕。歐洲的廠家有的選擇南美洲的輕木與北歐的硬木搭配，另外使用不同強度的紫外線照射底板，使其木質(zhì)硬度產(chǎn)生差異，當(dāng)代底板的木層結(jié)構(gòu)和性能也在不斷地優(yōu)化和創(chuàng)新。

3.2 底板的木質(zhì) 制作底板選擇的木料性質(zhì)一般是質(zhì)地輕、軟，強度適中，紋理結(jié)構(gòu)平直［9］。主要包括：1）檜木，用來作底板材料由來已久，多分布于臺灣、日本以及北美，其中尤以日本的木曾檜山谷的檜木品質(zhì)最好。其纖維細(xì)長，紋理筆直，年輪明顯，木質(zhì)柔軟，被眾多器材生產(chǎn)商選作單層球板及碳素球板面層的制作材料［10］。2）椴木，多產(chǎn)于中國和北美，材質(zhì)輕，紋理直，質(zhì)地軟，強度雖弱，但是從合板制作上可使其轉(zhuǎn)化為優(yōu)點，壓制成硬軟適中，既有彈力又較吃球的合板。20世紀(jì)80年代末期，椴木底板在國內(nèi)市場一直處于主流地位，底板選材一般都會涉及到椴木。3）樺木，彈力、硬度不錯，單獨使用太重，與質(zhì)地輕的材種混作合板較好。4）楊木，彈力和硬度較弱，一般適用于合板制作來調(diào)節(jié)底板的軟硬度。5）云杉，產(chǎn)自北美，木質(zhì)堅挺，木紋平直，年輪均勻、密實。6）桐木，主產(chǎn)于亞洲，質(zhì)地疏松，材質(zhì)柔軟，強度低，彈力相對來說比較差，一般用做底板的芯板材料，然后拿材質(zhì)較硬的木材和桐木搭配，合理利用材料的性能制作出高彈、輕型底板。而大多數(shù)歐洲底板的芯材是采用非洲加蓬生產(chǎn)的阿尤斯，其木材纖維紋理較長，纖維之間棕眼明顯，比桐木的分量略重，木質(zhì)較軟，但是承壓能力較強，有明顯的彈性。

3.3 底板覆蓋物 在乒乓球拍形制演化過程中，海綿作為球拍覆蓋物，一直起著推波助瀾的作用。海綿是一種微孔橡膠，具有緩沖性能、適宜的彈性及摩擦效應(yīng)。用海綿拍擊球時，可使其相互沖擊時的能量，轉(zhuǎn)化成彈性勢能［11］。在靜態(tài)力作用下，橡膠的屬性可用拉伸強度、斷裂伸長率、定伸強度、永久變形等物理指標(biāo)描述。

海綿的定數(shù)、抗張力、抗張積、變形、有效彈性等指標(biāo)都顯示良好，但是在實踐中并沒有完全與數(shù)據(jù)放映情況相符。究其原因是因為海綿的受力是變化的，且呈周期性的反復(fù)交替，其在動態(tài)力作用下表現(xiàn)出的黏彈性。經(jīng)過發(fā)泡工藝，海綿產(chǎn)生的很多小孔，會形成無數(shù)個微型氣室。而海綿的彈性是由橡膠的黏彈性和氣泡工藝共同決定的［12］。

膠皮，作為乒乓底板另一種及其重要的覆蓋物，在很大程度上決定了球拍的性能。膠皮本質(zhì)上是沒有微孔的橡膠，按顆粒特征可分為4大種類，包括正膠、生膠、反膠和長膠，其性能特征各有千秋［13］。

正膠是短顆粒膠皮，其顆粒向上，高度與直徑相等，顆粒的排列密度適中，底皮相對薄，摩擦力較小，利于發(fā)揮彈力。由于硬度高，正膠的反彈速度大于較軟的反膠和其他膠皮。根據(jù)國際乒聯(lián)規(guī)則，長齒膠皮的總厚度不能超過2mm，所以只能在規(guī)定高度內(nèi)對齒的硬、軟、粗細(xì)疏密進(jìn)行設(shè)計。生膠是顆粒向上，直徑大于高度的膠皮。長膠是顆粒高度在1.5～1.7mm之間，顆粒向外，質(zhì)地柔軟，齒粒長，受沖擊力后易變形，給予球的緩沖力大，摩擦力不大，主要是依靠彈力制造旋轉(zhuǎn)。反膠是顆粒向下、光滑光面向上的一種膠皮。膠皮質(zhì)地較軟，觸球時間長，粘著力強，摩擦系數(shù)在所有膠皮中最大，具有高裹力性能。當(dāng)前反膠是乒乓球選手最常使用的膠皮，其實用性得益于它讓使用者找到旋轉(zhuǎn)與述度、穩(wěn)健與兇狠之間的最佳平衡點。

3.4 底板形狀 現(xiàn)今常規(guī)球拍的形狀大體可分為直拍和橫拍。直拍主要分為，以中國為主的橢圓形球拍和以日本為主的長方形球拍。中國式直拍板面接近圓形，拍柄外形圓潤，多為中國、香港、巴西、東南亞選手使用。日式直拍板面為長方形，既日本所謂的“角形”，拍柄棱角分明，多為日韓選手使用［14］。直拍的形狀之間的差別，大于橫拍，這與規(guī)則、傳統(tǒng)打法和習(xí)慣密葫蘆柄、長錐柄密切相關(guān)。橫拍與直拍的主要區(qū)別在于拍柄，橫拍的形狀大多是長圓形，差別不大，其中細(xì)微的差別只是在虎口的大小及手柄的粗細(xì)上。一般攻擊力較大的球員喜用虎口略小的橫拍，防守型球員的喜歡用虎口略大的橫拍。手柄的粗細(xì)，主要是從握拍方法上考慮取舍的居多。拍柄形狀分為直柄、收腰、錐形和葫蘆柄，橫拍多采用直柄和收腰；中式直拍則以錐形和直柄最為常見；日式直拍的柄形則自成一體，傳統(tǒng)的日式拍柄是軟木制成的長條狀，其截面呈梯形，拍面背部貼有一層扇形軟木；新型的日式拍柄，前端是軟木，后端連接上多層疊加的硬木，且尾部高度呈弧線狀降低。當(dāng)然也存在一些異形球拍，比如古式直拍、槍拍、4面攻球拍、馬式球拍、飛角直拍。

3.5 高科技材料在底板中的應(yīng)用 國際乒聯(lián)規(guī)定：底板至少含有85%的天然木料，加強底板的黏合層可用諸如碳素纖維、芳基纖維或玻璃纖維等纖維材料。高科技材料不斷在底板的開發(fā)中不斷加入與應(yīng)用。

碳素纖維，是碳纖維與相關(guān)的環(huán)氧樹脂配制的復(fù)合材料，其化學(xué)名稱叫聚丙烯氰基碳［15］；芳基纖維，是一種高柔韌性材料；這種材質(zhì)具有較強的柔韌性和抗拉強度，一般為黃色；玻璃纖維，是一種無機(jī)非金屬材料，其強度不如碳纖維，韌性不如芳基纖維，但是成本低廉。不同的纖維復(fù)合材料在擊球時會表現(xiàn)出不同的物理性能，在受到相同的擊球沖擊力時，不同纖維表現(xiàn)出的初期振動幅度、振動頻率和振動衰減時間有明顯的區(qū)別。碳素纖維初期振幅最小，也就是說它可以提高底板的硬度，增加擊球瞬間的爆發(fā)力；其震動頻率最高，所以它可以縮短擊球瞬間球在底板的滯留時間，有利于壓低弧線，提高攻擊力；震動衰減時間最長，從而造成擊球反饋回來的震動感覺有點散。芳基纖維又稱芳綸纖維，被用來制造防彈衣的材料，初期振幅最大，因此這種擊球感覺最柔和；震動頻率不高，所以擊球時持球能力較強，黏球感覺尤其強；但是它的振動衰減時間最短，擊球感覺柔和但是擊球反饋的力量較為集中，擁有出色的彈力效應(yīng)。芳/碳混織纖維是由2種不同性質(zhì)的纖維編織在一起制備而成，初期振幅不大，提高了底板的強度，保持了底板的反彈效率；其震動頻率介于碳素纖維和芳基纖維之間，持球能力比較強；另外此類材料振動衰減時間比一般的碳素纖維短，所以底板擊球穩(wěn)定性好，實現(xiàn)了2種纖維的優(yōu)勢互補。玻璃纖維震動幅度也較大，所以底板擊球感覺柔和，因其振動頻率不高，也使得底板擊球持球較好，但是它的振動衰減速度最慢，需要與木層結(jié)構(gòu)設(shè)計形成良好的匹配，方可形成良好的底勁。

4 結(jié) 語

乒乓球拍的形制變革歷程紛繁復(fù)雜，尤其是覆蓋物的衍化和改進(jìn)，球拍的形制革命不僅是國際乒聯(lián)極力鼓勵和倡導(dǎo)的重要手段，同時也是乒乓球運動技術(shù)發(fā)展的本質(zhì)要求。乒乓球運動表現(xiàn)的力學(xué)之美離不開項目器材的創(chuàng)新，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將諸多元素融為一體的變革形式符合當(dāng)下人們的審美心理和欲望原則。毫無疑問，乒乓球拍的形制變革仍將延續(xù)，隨著時代科技的不斷進(jìn)步，將有更多的新理念、新技術(shù)、新材料運用到乒乓球器材開發(fā)當(dāng)中，其實效性和欣賞性將會進(jìn)一步得到改善和提升。

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Research on the Shape of Table Tennis Rackets

HU Hai-tao， LI Rong-zhi
（China Table Tennis College，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China）

In order to summarize the characteristics of the shape， material and technique of table tennis racket. This study expounds the development of table tennis rackets through literature reviews， discusses the specific reasons of the change of rackets by analyzing the relation among table tennis rackets， techniques and equipment. It also analyzes the base plate structure， floor materials， pats the surface coverings， racket shape and shoot handle modeling from a micro perspective. This study reveals that in the future more new ideas，new technologies， new materials will be used in the development of table tennis equipment， which further improves the efficiency and appearance.

table tennis rackets； shape； evolution； material structure； innovative design

G846

A

1004 - 7662（2016 ）02- 0023- 04

2016-01-03

上海體育學(xué)院研究生教育創(chuàng)新基金資助項目（項目編號：yjscx2015060）。

胡海濤，碩士研究生，研究方向：乒乓球教學(xué)與訓(xùn)練。