碳素球拍的行业秘密

网羽行业有很多秘密，这些秘密可能不足为外人道也，但作为行业内的人，还是多少知道一点为好。

几个问题

首先让我们明确几个问题。 任何品牌在推出新品的时候，宣传中都会声称自己运用了高科技，那么第一个问题就是：这是一个高科技行业吗？

答案可能让人有些沮丧。可以明确地告诉大家，网羽球拍的制造是典型的劳力密集型行业。

不过，网羽球拍所用的一些原料，的确是高科技公司提供的（如碳纤维）。所以，网羽球拍真正的高科技是在原料的部分，而不是在制造的部分。

有一位行业人士这样比喻：如果把生产碳纤维的厂家比作隆平科技（培养杂交水稻），那么众多的网羽拍生产厂家就是农民，那些提供其他配件原料的就是化肥厂、农药厂。

网羽球拍的制造虽然不是高科技行业，但却绝对是高技术的行业，而一大批高技术，廉价的劳动力，正是中国制造业的真正竞争力所在。

碳纤维球拍的工艺，发源在日本，成长在台湾，而真正成熟却是在中国大陆。

这种工艺大概在 1995 年左右就完全成熟，所以 1995 年后生产的球拍和现在的相比，在工艺甚至是品质上，并无太大差别。

既然工艺已经很成熟，但为何很多国内品牌的球拍，其品质还是无法赶超国外大品牌呢？

品质管控

国外大品牌产品的品质的确非常优良，但根本原因并不是他们掌握了什么先进的科技或工艺，而是他们有着非常严格的品质管控。

只要严格地执行以下几条，中国品牌也可以生产出一流品质的球拍：

1. 合理的设计：
   按照球拍的特性，合理设计球拍，就好比生产桌子，必须四条腿一样平，如果设计时犯了最基本的错误，那么原料再好，生产出来的产品肯定也不会好的。
2. 用好的，合适的材料：
   国外大品牌的高档品在这一点是没有任何妥协余地的。
3. 严格管制制程：
   大品牌往往有品管人员派驻代工厂，在生产的各个流程。严格把关。
4. 严格的品质检验：
   不合格的产品坚决不接受。

以上几点，绝大部分的工厂都可以做到。但有些工厂舍不得，也有些工厂被客户的低价格逼得只能偷工减料而无法执行。

曾跟一个大型代工厂的人员聊天他们聊到，其实很多品牌、包括国际大品牌的很多球拍，都是代工厂帮忙设计的。

你可能认为，代工厂仅仅是生产，其实代工厂早已进入到球拍的设计研发领域。以前，大品牌还有比较完整的开发团队，而现在有些基本只剩下产品策划和营销，甚至连外观的设计都外包给专业的设计公司了。

解密原材料

既然网羽球拍上最具高科技的是原材料，那原材料又是什么呢？其生产过程是怎样的？具备哪些优点？

网羽球拍的制造材料经历过几次变革，1970 年以前，球拍几乎全部是木质的，1970 年至 1985 年间，铝合金球拍逐渐拍成为了主导，而到 1985 年之后，碳纤维迅速垄断了网羽球拍的制造。

近 30 年过去了，碳纤维依旧是网羽球拍等运动器材最重要且不可替代的原料。接下来我们就简单了解一下碳纤维的制造过程。

目前，绝大部分碳纤维的母体纤维是 PAN（聚丙烯晴），其制作过程大致可分为以下几个步骤。

1. PAN 抽丝

   PAN 经过加热、加压后，再通过特制的漏板挤成直径小于 10 微米的原丝。在此步骤中，漏板的品质至关重要，而目前只有美国，日本等国家才能制成高品质的漏板。

   在网羽球拍的生产中，经常用到的 24T 级的碳纤维，单丝的直径在 7 微米左右。据说，日本的东丽（TORAY）公司已开发出了直径仅有 3 微米的碳纤维。

   PAN 丝的纯度及品质直接影响到成品碳纤维的品质，据行业内人士透露，目前国内之所以依旧做不出高品质的碳纤维，跟 PAN 原料和 PAN 抽丝的品质有极大关系。

   令人颇感惊讶的是，中国几乎所有的碳纤维生产厂家，都没有相配套的原丝厂、不连贯的产业链，使得中国没办法做出高品质的碳纤维。

2. 预氧化

   PAN 丝在空气中加热，维持在 200—300 度数十至数百分钟。这样做的目的是：让 PAN 线型的分子链转化为耐热的梯型结构，使其在高温碳化时不熔不燃，保持纤维的状态。

3. 碳化

   在惰性气体（一般用氮气）中加热至 1500 度左右，维持数分至数十分钟，碳化阶段后，其含碳量至少在 90％。

   碳化度高的碳纤维刚性（弹性模量）比较好，但容易折断；碳化度低的碳纤维刚性较差，但柔韧性好。

   高水平的碳丝厂家能够抽出很细的原丝，控制比较高的碳化度，并且能保证其柔韧性，在这点上，目前国内的厂家还无法与日本，美国的高水平厂家相比。

4. 石墨化

   接着再在惰性气体（一般用氩气）中加热至 2000—3000 度，维持数秒至数十秒。

   正是因为有石墨化的过程，碳化度比较高的碳纤维又称为石墨纤维。石墨纤维具有高的弹性模量，以及良好的导电性能，可作为特殊材料应用在电子行业。

5. 后处理

石墨化之后的碳纤维，在表面上必须涂上一层整合型的树脂，其目的在于：

• 方便以后再涂树脂。
• 使得碳纤维表面不易起毛、断纱。
• 改善其展开性。

不过，也正因为涂上了树脂，导致碳纤维长时间储存后会硬化。目前碳纤维大概可保存 1—2 年的时间。

经过上面对于碳纤维制作过程的描述，我们可以感觉到。其中有很多地方正是由于掌握高科技手段的差距，使得不同厂家生产出来的碳纤维出现品质差异。

现在，日本是最主要的碳纤维供应国，其中东丽（TORAY）为全世界最大的生产厂家。再加上东邦（TOHO）和三菱（MISUBISHI）。

日本企业的碳纤维产量约占全世界 75％，其他主要的厂家有美国的 ZOLTEK 和台湾的台塑等。据统计，2010 年全世界碳纤维的总产量约 5 万吨。

碳纤维具有很多优良的特性:

1. 强度高

   碳纤维的综合强度是钢的 7 倍以上。所以碳纤维被广泛运用于航空航天、军工、运动器材等领域。

2. 尺寸稳定性

   成型后的碳纤维，尺寸非常稳定，而我们都知道，金属容易变形、由于碳纤维的这个特点，使得它特别适用于航空机械及太空望远镜等。

3. 耐高温

   通过加热不能把碳纤维融化，到 3800K（K，热力学温标，用热力学温标表示的温度叫热力学温度或绝对温度）以上时直接气化，所以碳纤维具有非常优良的耐热性能。利用其耐高温特性，可用于制作飞机及赛车的刹车片等。

4. 耐酸碱

   具有非常良好的耐腐蚀性，可应用在密封件及滤材上。

5. 耐疲劳性

   可用于直升机螺旋桨等对抗疲劳要求高的部件。

6. 良好的导电性

   石墨级的碳纤维导电性更好，可应用于电极材料、屏蔽材料及防静电材料等。

7. X 光透过性

   可应用于 X 光床板等，尤其是全身 CT，一定要用碳纤维制成的床。

正因为综合了这么多优良特点于一身，使得碳纤维在各个领域的应用越来越广泛，而网羽球拍仅仅是其中很小的一部分。

纺丝成布

碳纤维是丝状物，必须和树脂相结合，织成碳纤维布，才能最终运用于网羽球拍的制造。

如果把球拍的整个生产链条比作一场接力跑的话，那球拍代工厂正是在这时接棒，并跑完接下来的所有路程。

在制作碳纤维布时，碳纤维与树脂的不同组合，决定了碳纤维布的特性。这有两个非常重要的指标，分别是 FAW 值和 RC 值。

• FAW 值：

  其数值表示 1 平方米的碳纤维布中碳纤维的克重。例如 FAW100 的碳纤维布，其 1 平方米含碳纤维重量为 100 克。

• RC 值：

  指的是织成的碳纤维布中的树脂百分比含量。例如，一块 FAW100，RC42 的碳纤维布，其每平方米的总重量＝100／（1—0.42）＝172.4 克，其中碳纤维含量为 100 克，树脂的含量为 72.4 克。

在碳纤维布中，碳纤维和树脂的关系，按最简单形象的比喻就是：碳纤维相当于混凝土中的钢筋，而树脂则相当于水泥。数量众多细小的碳纤维若没有树脂的粘合固定，就形成不了合力。

不过，在碳复合材料中，碳纤维提供绝大部分的强度，树脂主要起的是粘合固定的作用。因此，在相同重要的要求条件下，树脂含量越低，那么制成的碳纤维布强度就越高。

那么，什么样的树脂含量（RC 值）是合适的呢？

像网球拍、羽毛球拍框、棒球棒等形状不是很规则的物品，其 RC 值应在 38—45 之间，太少了会出现粘合力不够以及外观不良等问题。

像高尔夫球杆，钓鱼杆等圆柱型结构的物品，因可内用钢芯，外加机械大力卷制，其 RC 值最低可降至 20 以下，这样就可制作出高强度，低重量的产品。

碳纤维布的制作方法主要有两种：溶剂型、热熔型。

溶剂型单向布的制造方法比较传统，其优点是设备投资少，对碳纤维的要求可以比较低，缺点是效率低，成本高，溶剂挥发污染环境。

也正是溶剂型的制造方法有诸多缺点，从上世纪 90 年代开始，一些有实力的大厂家开始尝试热熔型单向布的制造方法。这种方法的优点是效率高，大量生产成本低，对环境污染很小，可以更准确地控制树脂含量。

不过，这种方法也有缺点，比如设备投资多，占地大，每个月的产量少于 50000 米就基本无投资价值：对人员的技术水平要求高，并且需要较多的人，对碳纤维要求也高。所以，现在小的厂家依然用传统的溶剂型单向布的制造方法。

纳米真相

近些年，很多品牌都推出了所谓的含纳米材料的球拍，甚至有一些商家声称用上了纳米级的碳纤维。

这些宣传说辞是真的吗？究竟什么是纳米，纳米技术，纳米科技以及纳米材料呢？

纳米当然不是某种可以用来吃的米，它是一个长度计量单位，跟厘米。毫米，微米类似。

1 纳米等于 10 的负 9 次方米，也就是 1 米的 10 亿分之一，1 纳米略等于四十五个氢原子排列起来的长度。由此可见，纳米是极其微小的计量长度的单位。

所谓纳米科技，可以概括为在 0.1~100 纳米的尺度里，研究电子，原子和分子的运动规律和特性的一项崭新技术。

而纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物品的科学技术。纳米材料则是用纳米科技制造出的具有特殊性能的材料。

碳纳米管是目前在网羽球拍的科技介绍中，经常看到的一个词。在 1991 年，日本的饭岛纯雄首次发现了碳纳米管结构。

碳纳米管是一种奇异的分子，它是使用一种特殊的化学气相方法，使碳原子形成长链来“生长”出的“超细管子”，细到 5 万根并排起来才有一根头发丝宽。这种又长又细的分子，人们以计量单位为其命名，叫““碳纳米管”。

碳纳米管的特殊结构使它拥有很多优越的性能。碳纳米管拥有非常高的强度。它的重量是相同体积钢的六分之一，但强度却是钢的 100 倍。

理论上，碳纳米管可以无限延长，若真能制造出像碳纤维那样长度的碳纳米管，那用其做成的绳子是唯一一种从地球拉到月球而不会被自身重量拉断的绳子。

另外，碳纳米管还有高储氢性，单向导热性，强导电性等特性。因为拥有这些特性，碳纳米管将来会在复合材料、超级电容器，隐形材料以及电磁干扰材料，燃料电池及锂电池，平板显示器，催化剂载体、人工肌肉、新型传感器等产品上，得到越来越广泛的应用。

虽然前景很好，但目前由于受到加工技术及产量的限制，碳纳米管在工业上更多地仍处于开发阶段。

尽管碳纳米管在理论上可以无限长，但人们用多种方法制作的碳纳米管，在工业化生产方面最长也只有一二百微米，而且产量非常低。低产量决定其高价格，目前高性能高纯度的碳纳米管，其价格可能超过黄金。

通过以上介绍，大家应该都已了解，碳纤维和碳纳米管根本不是同一概念上的东西。

碳纤维是微米级的（目前直径最小的也超过 3 微米），大部分是用 PAN 纤维通过较传统的方法制造的，至今根本不存在纳米级的碳纤维。

而碳纳米管是纳米级的，是通过纳米技术制造的，依目前的制造技术，在工业化方面还没有在肉眼可视为纤维状态的碳纳米管。

不过，在网羽拍的生产领域，目前市场上的确有碳纳米管乳液，其可加入环氧树脂中，而这样做也的确可以提高强度。但是这会大大提高树脂的成本，增加的强度与增加的成本相比较，还不如直接改用高模量的碳纤维划算。

还有一些品牌，介绍说自己的球拍加入了纳米级的二氧化硅来提高强度。这在理论上同样是靠谱的，但实际上也不完全是那么回事。

微小的二氧化硅在很多的液体体系中可产生较强的分子间力，因此其在液体系统里可提供以下功能：增稠、触变和流动性控制，防下垂留挂，保证自由流动，防止沉淀结块等功效。

这些功效，使得二氧化硅在涂料化工行业广泛使用，在球拍行业的织纱树脂中，二氧化硅也本来就是调配原料之一。当然，二氧化硅的粒度越小，其功效就越强，但一位网羽行业内人士说，微米级的二氧化硅就足够了，根本没有必要用纳米级的，而且那样会使得成本大幅增加。

不过，纳米级的二氧化硅的确拥有很多优良的特性，如其运用在涂料中，具有极强的紫外线反射特性，可以达到屏蔽紫外线，提高涂料的抗老化性能。

另外，纳米级的二氧化硅经过处理可使之具有双疏性（既疏水又疏油），能大大提高涂料的抗沾污性能和耐洗刷性，具备一定的自清洗功能。据说，由于北京风沙较多，国家大剧院的外壁就采用了这种技术，以提高外壁的自清洗功能。

综上所述，在网羽拍制造业中，纳米科技的运用并不算广泛，最主要的原因是得不偿失，也不是很有必要，因为按照目前的碳纤维工艺，完全能生产出足够高强度的球拍。本文参考资料：《碳拍这玩意》/杨贤斌》