专利名称：球拍用的薄板模压复合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及运动球拍，更具体的说，涉及薄板模压复合物的运动球拍和它的制造方法。
目前，现有的制造复合物球拍的方法可归纳如下(1)把用石墨、玻璃之类的纤维浸沾上环氧树脂，缠绕在直径大约2到3英尺的圆筒上，做成半固化片。
(2)把半固化片放入干燥炉，使其处在半熔化状态并去掉多余的挥发物质。
(3)把半固化片切成小的薄片，通常是切成长的矩形薄片，用于羽毛球拍时是宽55mm到115mm，长1300mm到1700mm，用于网球拍时稍微宽一些和长一些，并且使纤维朝向特定的角度，通常是0度左右，大致在19度或者30度左右。一把标准的球拍大约有8层不定向的半固化片，并且在局部加强的部位增加4到8块小的半固化片。
(4)一个周边形状符合球拍横断面的内轮廓的铁芯子包上起软外壳作用的薄尼龙管。
(5)把一块一块的半固化片按照特定的轮廓图铺在工作台上，然后包住铁芯子软外壳组件。
(6)从软外壳中把铁芯子抽出来，把半固化片和软外壳放入模具内。模具基本上是两半的凹形压模。框架中的弦槽一般都用模具镶块来成形。需要时，在管子接头的地方包上附加的局部加强片。对于带叉形件的球拍，主要是网球拍，要用一个单独的组件来形成。在叉形组件中，用一块能提供成形压力的可膨胀的泡沫塑料套在软外壳和半固化片外面。
(7)在合上模具之前，把尼龙软外壳的一端密封住，在另一端接一个管接头。模具合上之后，把一根压缩空气管接在管接头上。把模具放入一台台板式压力机，并进行固化。典型的环氧树脂的固化过程是在华氏250到300度左右保持20到30分钟。在固化过程中，要保持最小为70psi的恒定的压力，以迫使半固化片靠在模具的内壁上，并完整地形成框架。
(8)把框架从模具中取出来，再经过一个后固化过程，通常是在华氏250度左右保持1到4个小时。
(9)在固化完成之后，去掉球拍上的毛刺。去掉毛刺之后，要用一个彻底的抛光工序为球拍准备上漆。抛光工序包括用填料填充框架表面上的所有小的空隙，用砂纸打光填料，钻出穿弦的孔，填充所有因钻孔造成的缺陷，并再一次用砂纸打光框架。用砂纸打光和抛光要求达到能够上漆的“A”级表面。
大量成为现有技术的专利证明，改进运动球拍和薄板模压复合物，以及复合的方法和设备的努力一直在继续着。可作为例子的有授予普利发的美国专利No.4,135,029，该专利公开了一种玻璃纤维板；授予亚以玛等的美国专利No.4,289,720，该专利公开了一种制造耐热陶瓷纤维体的方法；授予可达茨等人的美国专利No.4,295,907，该专利公开了一种制造玻璃纤维加强的层叠板的方法；授予山田等人的美国专利No.4,443,507，该专利公开了一种能热模压的层叠板和模压这种层叠板构件的方法；授予山村等人的美国专利No.4,778,722，该专利公开了一种加强纤维和用这种纤维加强的复合材料；授予托奥等人的美国专利No.5,174,933，该专利公开了一种制造有涂层的产品的方法和设备；授予木泽等人的美国专利No.5,198,281，该专利公开了一种不织的多夹层的柔性纤维；授予卡萨等人的美国专利No.5,256,738，该专利公开了一种实用的以橡胶为基体的粘结结构合成物；授予依色勒等人的美国专利No.5,268,400，该专利公开了一种柔性板模压复合物和制造这种复合物的方法；授予富利曼等人的美国专利No.5,277,470，该专利公开了一种用于加强车门的变截面的侵入岩梁；以及授予比内费儿的美国专利No.5,288,356，该专利公开了一种制造涂层制品的方法。
很明显，这些现有技术对于本发明没有任何用处。
因此，本发明的一个目的是为了克服上述现有技术中各种发明的不足，提供一种对于本技术领域的进步作出巨大贡献的改进。
本发明的另一个目的是提供一种运动球拍，这种球拍是用一层厚度的，用压力模制成形的单层薄板模压复合物制成的，沿球拍的全长薄板模压复合物只有一层壁厚。薄板模压复合物固化后的厚度大约是0,050英寸加减百分之20。
本发明的另一个目的是降低复合物球拍的成本。
本发明的另一个目的是简化复合物运动球拍的制造过程。
以上所述概括了与本发明有关的一些目的。应该认为，这些目的只说明了本发明许多突出的特点和应用方面的一部分。以其他不同的方式应用本发明，或者在公开内容的范围内改进本发明，将能得到许多其他有利的效果。因此，本发明的其他目的和对它的完整理解，以及对最佳实施例的详细说明，都应该由权利要求书结合附图包括在本发明的范围内。
概括本发明，本发明包括一种运动球拍及其制造方法，该制造方法包括下列步骤提供互相平行的第一衬板和第二衬板，每一层衬板都是用聚乙烯制成的，在两块衬板之间铺上许多方向无秩序的切断了的短纤维，纤维的长度大约在0.25到2.00英寸之间，直径大约在0.0004到0.0005英寸之间。上述纤维是从包括玻璃纤维、石墨纤维、独居石纤维和陶瓷纤维在内的基本上不能伸长的强化材料中选择的。此外，在两块衬板之间以及纤维里边和纤维的周围放置了大量的粘结混合料。上述混合料是从可硬化的合成橡胶类材料中选择的，它们包括环氧树脂、乙烯基酯和其他热固性树脂，整个由衬板、纤维和树脂组成的复合物，固化后的厚度大约为0.060英寸±20％，纤维与树脂的比例大约为各一半±10％。下一个步骤是把衬板去掉，把留下的材料做成管状。最后一个步骤是把制成的材料模压成运动器材。这种模压方法是利用一个壁厚约0.0001英寸的薄尼龙软管和通入管内的压缩空气，使薄板模压复合物在两块钢模的模腔内成形。
以上的描述在相当宽的范围内概括了本发明的最相关和最重要的特征，以便下面对本发明的详细描述能够被更好地理解，从而能更全面地估价本发明对于本技术领域的贡献。形成本发明权利要求书的主题的其他特征将在下面详细描述。应该指出，对于那些本技术领域的技术人员来说，能够很容易地利用本发明所公开的发明思想和具体的实施例，作为实现本发明的目的而进行改进或设计成其他构件的基础。但，那些技术人员也应该了解，这种作为等价物的设计并没有脱离权利要求书中所确定的本发明的要点和范围。
为了进一步了解本发明的性质和目的，请结合附图参阅下面的详细描述。附图中
图1是一个按照本发明原理设计的，新的经过改进的球拍的最佳实施例的立体图；图2是制造图1中所示球拍用的铁芯子的立体图；图3是图2中的铁芯子上设置尼龙套的立体图；图4是图3中的铁芯子和套和一块切成能包住上述套和铁芯子的薄板模压复合物在包住前的立体图；图5是图4中的铁芯子和套在被薄板模压复合物包住后，要把铁芯子抽出来的立体图；图6是里面放有模压薄板的模具的立体图；图7是里面放有模压薄板的模具的横断面图；图8是沿着图6的8—8线的横断面图9是实施本发明方法的制造过程的流程图；图10是沿图4中的10—10线的薄板模压复合物的横断面图。
所有附图中同样的标号表示同样的零件。
请参阅附图，特别是图1，图中用标号10表示的是一种新的，经过改进的球拍，这种球拍用体现本发明的要点和发明构思的薄板模压复合物制成。
本发明的新的经过改进的薄板模压复合物主要用于球拍之类的运动器材，在主要实施例中是一个羽毛球拍。这种球拍包括一个框架，若干弦线，和一个手把。这几种组成件都是单独成形而又互相关连的，以便达到预期的目的。
图1中所示的是一把按照本发明的要点构成的羽毛球拍10的立体图。该羽毛球拍的主要组成件是框架12。该框架做成在乙烯基树脂中加入玻璃细丝和石墨细丝的管状结构。该框架在头部或端部14做成椭圆形，而在手把或把端16，管子是并排平行的关系。在两者之间，框架有连接头部和手把的中间部分或过梁18。
球拍的另一个主要组成件是弦线22，这些弦线基本上是穿过框架上处在平行线上的孔交织起来的。主弦线或垂直弦线沿着平行于球拍框架的中心线延伸。辅助弦线或横向的水平弦线在头部穿成垂直于中心线，并且交织成穿过垂直弦线。织在一起的全部弦线都位于一个平面上，成为打球时的击球表面。这些弦线穿过围绕着整个头部四周的小孔24。用一根共同的第一弦线穿过在垂直方向互相对准的孔形成主弦线，而用一根共同的第二弦线穿过水平方向对准的孔形成辅助弦线。
球拍的另一个组成件是带榫的手把28。手把可以和框架同时模压成最后的尺寸。这种制造方法就不需要用硬的或软的聚氨酯制造手把的第二道工序了。然后，用螺旋形缠绕的皮革或合成带子30包住手把。
为平衡目的而设计的零件，例如用铅做成的若干重物，可以附加在框架的手把部分。另一种方式是在手把上模压出若干条槽来，以便把重物粘结在适当位置上。这些都是本技术领域常用的零件。
框架的头部设有护孔带和缓冲带34。护孔带是用可模压的硬合成材料，例如尼龙制作的，沿外径设置在头部，并且有小套管穿过头部上穿弦线的小孔。缓冲带也用同样材料制作，并且沿外径设置在头部的上部区域。缓冲带沿轴向的尺寸比护孔带宽，用来预防框架的擦伤。这些组成件也是球拍中的常用零件。
球拍，无论是羽毛球拍或者网球拍还是板球拍等等，都可以用各种方法来制造。最简单的方法是，球拍框架的主要管子用把许多层线条整理整齐的细丝放在起这些细丝的粘结材料作用的环氧树脂混合粘结料中。一层一层的细丝绕在套着薄的通常用尼龙管做成的软外壳的铁芯子上。然后从软外壳和复合材料中抽出铁芯子，把复合材料的管子放入模腔内进行模压。对软外壳加压，迫使细丝靠近模具。然后加热模具，使树脂固化。
适用的粘结剂包括环氧树脂、乙烯基酯、聚酯、聚氨酯，以及类似的混合粘结料。适用的细丝材料包括碳、硼、玻璃纤维，以及其他硬质长细丝。
主要实施例的球拍框架38是用薄板模压复合物40制作的。薄板模压复合物包括一块普通的第一衬板和一块第二衬板。在组装时，这两块衬板互相平行。每一块衬板都有一个外表面和一个内表面。在该最佳实施例中，衬板是用聚乙烯制造的，并且作为使薄板模压复合物40在它们之间成形的底板。在使用前，把衬板从复合物上撕下来扔掉。
一堆切短了的纤维44放在衬板之间。放在衬板之间的纤维的方向是任意的。纤维的长度通常在0.25到2.00英寸之间。纤维的直径在0.0004到0.0005英寸之间。上述纤维基本上用不可拉长的加强材料制成，从下列材料中选择玻璃、石墨、独居石、聚乙烯和陶瓷。
在衬板之间的还有许多混合粘结料48。这些混合粘结料既在衬板之间，也在纤维之中和纤维的周围。上述混合料是从可硬化的合成橡胶类材料中选择的，它们包括环氧树脂、乙烯基酯、聚酰胺和其他热固性树脂。全部复合板材、纤维和树脂，在未固化前的厚度大约为0.060英寸±20％。纤维与树脂的比例大约各占50％±10％。
制造运动器材，即运动球拍，主要是上述的羽毛球拍的方法包括这样的步骤，即提供上述的一块第一衬板和一块第二衬板，并把它们互相平行地支承住。
该方法的下一个步骤包括提供一堆方向任意的切短了的纤维。再下一个步骤是在衬板之间和在纤维的中间和周围放置许多混合粘结料。
下一个步骤包括去掉衬板，把留下的材料做成管状。最后一个步骤是把制得的材料模压成运动器材。这种模压方法利用一根厚度大约是0.001英寸的尼龙软外壳52。这根软外壳和制成的材料的管子在一个模具内加压。管子和软外壳在分成两半的模具54的模腔内，通常模具是钢制的。
本发明利用薄板模压复合物，该复合物含有加强纤维，例如玻璃纤维、石墨纤维之类。把纤维切成特定的长度，一般是1/4到2英寸，然后无规则地撒布在涂有一层薄的树脂、环氧树脂、乙烯基酯之类的薄膜上。再把涂有树脂的第二层薄膜覆盖在上述纤维上。接着，使膜/纤维树脂/薄膜这种夹层板通过一系列辊子，用以使树脂分布到纤维中去，保证树脂在纤维中间和薄膜厚度中的含量均匀。
在另一种情况下，本发明的方法也可以按照图9中的流程图进行。这样的方法包括提供铁芯子56，这种铁芯子通常是长的刚性构件，具有上、下表面60平行而端部边缘62呈半圆形的椭圆形横断面。此后，在铁芯子上套上通常是尼龙做的软外壳52。下一个步骤是上面说过的把复合材料40铺在尼龙套管和铁芯子上，并在靠近铁芯子的上扁平表面的中央有少许重叠缝66，宽约0.125到0.50英寸。再下一个步骤是使软外壳保持它的形状而把铁芯子沿着它的轴线从复合材料的中央抽出来。下一个步骤是象图6所示那样弯曲上述复合物，装入模具内，使它符合最终产品的形状。附加的小块薄板模压复合物可以加在管子连接的区域，以保证充满模腔。
然后就是在压力下加热模具的步骤，压力是用让空气通过套管的开口端70进入套管和复合材料的中心来施加的。最后一个步骤是把框架从模具中取出来，并去掉毛刺。
更具体的说，本发明在其最佳实施例中采用了从定量复合物公司(密歇根州米德兰)购买的薄板模压复合材料。这种材料符合QC—8800质量标准，含有60％一英寸长的切断的玻璃纤维，做成一种乙烯基酯的混合物。本发明包括利用一种薄板，它的原始厚度大约在0.060到0.070英寸之间，而模压后的厚度大约在0.040到0.050英寸之间。这种材料具有最合适的价格和机械性能的搭配。类似的薄板模压复合物可以从不同的厂家买到，而且，一种称作“低压模压复合物”的类似材料能从高级玻璃纤维和树脂公司买到。
采用基本步骤类似于前面用数码表示的各段中陈述的方法，也可以用薄板模压复合材料来制造球拍。采用薄板模压复合物简化和取消了某些步骤。例如，上面所说的步骤1和2能简化成高度自动化的连续过程，因而降低了原材料的成本。步骤3则大大地减小了复杂性。单独一张薄板模压复合材料代替了8层半固化片材料。合理地设计框架还能取消局部加强层片。步骤4则没有变化。步骤5则简化成只把单独一层薄板模压复合材料包在铁芯子和管子上。包覆时稍稍重叠大约1/8到3/8英寸对于增加强度有利，并且能便于抽出铁芯子。步骤6没有变化。在步骤7中，把一块附加的薄板金属复合物包在连接区域的四周，但模具仍和上面的一样。固化过程大约可以减少到3到5分钟，温度大约是280华氏度。在步骤8中用乙烯基树脂时，不需要后固化处理。在步骤9中，使用标准内压力能达到较好的表面光洁度，因而能减少抛光工序的时间。如果用较高的内压力，130psi或者更高，能够达到更好的表面光洁度。
薄板模压复合物较之连续固化材料还有另外一些优点。如果铁芯子做得不合适，而半固化片又包得过紧，以致管子的外尺寸与框架的模具不相配，这样就可能导致纤维拱起来。因为半固化片的纤维是连续的，在模压过程中要稍稍收缩一些。这种拱起导致表面上有大面积不能填满的空隙，还会使模压成的框架被擦伤。而薄板模压复合材料是用的短纤维，在模压过程中材料更容易流动，因而减少了拱起的量和造成擦伤。在定量复合物公司的复合材料中使用了乙烯基树脂，它与一般使用的环氧树脂相比具有较高的韧性和抗冲击性能。采用均匀的薄板模压复合材料减少或消除了操作者在把层片切成正确的尺寸和角度时，在把层片放在正确的位置上时，以及在把层片卷绕到铁芯子上去时卷得太紧或太松等犯错误的机会。
在制造球拍的薄板模压复合物中包括若干新的特点。通常薄板模压复合物是用在模压0.10英寸以上壁厚的物品的。正常情况下，把几层薄板模压复合物一层一层叠在一起，在一个相应的模具中用压力模压而成。薄板模压复合物最经常应用的物品是汽车挡板。大部分制造厂商把模压以前的薄板厚度的标准定在0.125英寸左右。在球拍上使用这样的薄板就太厚太重了。为了制造一把重量适当的球拍，薄板模压复合物的厚度必须减小到0.070英寸或者更薄，因而制造厂商必须专门制造这种要求厚度薄的材料。薄板模压复合材料在模压时的常用压力通常在300到1000psi之间。较高的压力是因为材料和所模压零件断面厚度都很厚时所需要的。如果厚度较薄，就可以用90psi那样低的压力来模压。在和定量复合物公司打交道的过程中，他们不相信这样低的压力能模压出管子来。薄板模压复合物通常用于制造扁平的或者稍有轮廓的零件。根据定量复合物公司的说法，以前，他们的材料不曾用于制造空心管子零件。虽然利用复合材料制造球拍并不是新的，可是把薄板模压复合材料用于球拍却需要非标准板厚的薄板模压复合物，并牵涉到利用这种材料的新的方法。
与标准的方法相比，采用薄板模压复合物的主要缺点是任意方向的纤维降低了框架的刚度，在标准方法中，可以改变纤维的角度来影响框架的刚度，使它达到要求。此外，取消局部加强片可能降低球拍特定区域的强度，特别是在球拍可能发生碰撞的头部。
总的说来，在廉价复合物球拍上采用薄板模压复合物的优点，特别是取消或者减少了制造过程中所需要的时间，要比由于降低刚度而降低性能的缺点更重要。
本发明所公开的内容都包含在权利要求书中，也包含在上面的陈述中。虽然本发明在其最佳实施例的描述中，在某种程度上具体化了，但，可以理解，本发明在最佳实施例中公开的内容只是为了举例，许多结构的细节以及零件的组合和布置可以有各种各样的变化，而不会超出本发明的要点和范围。
权利要求
1.一种用薄板模压复合物制造的运动器材，它由下列部分组成互相平行的一块第一衬板和一块第二衬板，各衬板都用聚乙烯制成；一堆切短了的纤维放在衬板之间，放在衬板之间的纤维的方向是任意的，纤维的长度通常在0.25到2.00英寸之间，纤维的直径在0.0004到0.0005英寸之间，上述纤维基本上用不可拉长的加强材料制成，从下列材料中选择玻璃、石墨、独居石、聚乙烯和陶瓷；以及放置在两块衬板之间以及纤维里边和纤维周围的大量粘结混合料，上述混合料是从可硬化的合成橡胶类材料中选择的，它们包括环氧树脂、乙烯基酯和其他热固性树脂，整个由衬板、纤维和树脂组成的复合物固化后的厚度大约为0.060英寸±20％，纤维与树脂的比例大约为各50％±10％。
2.一种用模压成形的，用单层厚度的薄板模压复合物制成的运动球拍，这种球拍沿其整个长度上的薄板模压复合物只有一种壁厚，薄板模压复合物固化后的厚度大约为0.050英寸±20％。
3.如权利要求2所述的球拍，其特征在于，上述这层薄板模压复合物包括一堆切短了的纤维放在衬板之间，放在衬板之间的纤维的方向是任意的，纤维的长度通常在0.25到2.00英寸之间，纤维的直径在0.0004到0.0005英寸之间，上述纤维基本上用不可拉长的加强材料制成，从下列材料中选择玻璃、石墨、独居石、聚乙烯和陶瓷。
4.如权利要求3所述的球拍，其特征在于，上述这层薄板模压复合物包括放置在两块衬板之间以及纤维里边和纤维周围的大量粘结混合料，上述混合料是从可硬化的合成橡胶类材料中选择的，它们包括环氧树脂、乙烯基酯和其他热固性树脂，整个由衬板、纤维和树脂组成的复合物固化后的厚度大约为0.060英寸±20％，纤维与树脂的比例大约为各50％±10％。
5.一种制造薄板模压复合物的运动器材的方法，它由下列步骤组合而成设置互相平行的一块第一衬板和一块第二衬板，各衬板都用聚乙烯制成；在衬板之间放置一堆切短了的纤维，放在衬板之间的纤维的方向是任意的，纤维的长度通常在0.25到2.00英寸之间，纤维的直径在0.0004到0.0005英寸之间，上述纤维基本上用不可拉长的加强材料制成，从下列材料中选择玻璃、石墨、独居石、聚乙烯和陶瓷；在两块衬板之间以及在纤维里边和纤维周围放置大量的粘结混合料，上述混合料是从可硬化的合成橡胶类材料中选择的，它们包括环氧树脂、乙烯基酯和其他热固性树脂，整个由衬板、纤维和树脂组成的复合物固化后的厚度大约为0.060英寸±20％，纤维与树脂的比例大约为各50％±10％；除掉衬板，把其余的材料制造成管子的形状；把已经成形的材料模压成运动器材，这种模压方法是利用一个壁厚约0.0001英寸的薄尼龙软管和通入管内的压缩空气，使薄板模压复合物在两块钢模的模腔内成形。
6.一种制造运动球拍的方法，它包括下列步骤设置铁芯子；用一根软外壳包住铁芯子；把薄板模压复合物铺在聚乙烯套管和铁芯子上；使软外壳保持其形状；从薄板模压复合物的中心沿着铁芯子的轴线把铁芯子抽出来；弯曲上述薄板模压复合物，并把它嵌入模具内；加热模具，同时通过尼龙软外壳的开口端向套管和薄板模压复合物的中央施加压力；以及从模具中取出框架并去毛刺。
全文摘要
一种用模压成型的，用单层厚度的薄板模压复合物制成的运动球拍，这种球拍沿其整个长度上的薄板模压复合物只有一种壁厚，薄板模压复合物固化后的厚度大约为0.050英寸±20％。
文档编号A63B49/02GK1123709SQ9510866
公开日1996年6月5日 申请日期1995年8月16日 优先权日1994年8月16日
发明者布赖恩·P·芬尼 申请人:理斯考公司