专利名称：牢固精制的增强纤维热塑树指球拍框架及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球拍框架，特别是一种体育用的增强纤维热塑树脂球拍框架及其制造工艺。
人们日常使用的网球和羽毛球拍，其框架是用增强纤维热塑树脂制成的。一种典型的框架的制作工艺如下，首先，将若干尼龙或聚碳酸酯的基体纤维织成一个基体纤维，并使若干基体纤维制成一个基体纤维束。然后再将若干基体纤维束与玻璃纤维或碳纤维制成的增强纤维束混合，并将基体纤维束和增强纤维束织成混合纱。
再将混合纱编织成一个圆套筒，并将该圆套筒放在模具中对其加热来制作球拍框架。
另一种已有技术的制作工艺为，将增强纤维束和基体纤维束纺织成一个圆套筒，其模制方法类似于第一种已有技术的方法。
现有的增强纤维束经常使用价格便宜的碳纤维，例如“12K”，“12K”碳纤维的号数值(texvalue)很大，因此也就很粗。正因如此，当编织纤维束时，在其交叉部分形成了很大的空隙，这就使得球拍框架在模具中经热处理后，留下了不合乎要求的无益孔隙。这些空隙不仅降低了球拍框架的机械强度，而且在纤维束交叉部分形成很大的台阶，产生波面。由此大台阶就破坏了球拍框架的外观。此外，在熔化的基体树脂中，增强纤维不能自由地在增强纤维束之间的交叉部分处移动，熔化了的基体树脂不易充满增强纤维。所以很容易在球拍框架上形成皱纹和树脂坑。
如果圆套筒使用的增强纤维束的号数值(texvalue)较小，则球拍框架就不存在号数值(texvalue)较大的增强纤维束所具的问题。但是，使用号数值(texvalue)比较小的增强纤维束，则价格昂贵，这样，产品价格也随之提高了。
本发明的主要目的是提供一种没有孔隙、波面、皱纹和树脂坑，而且不提高产品价格的球拍框架。
本发明的另一个目的是提供一种没有孔隙波面，皱纹和树脂坑，并且不提高产品价格的球拍框架的制作工艺。
为实现上述目的，本发明的技术方案是消除套筒上增强纤维束之间的交叉部分或使交叉部分变薄。
本发明一方面提供一种体育用的球拍框架，该球拍框架包括一个热塑树脂基体，多个单向地排列在基体上的增强纤维束，以便消除球拍框架上一个增强纤维束和另一个增强纤维束之间的交叉部分。
本发明另一方面提供一种体育用的球拍框架，该球拍框架包括一个热塑树脂基体、多个第一增强纤维束，其宽度至少10倍于其厚度，多个第二增强纤维束，其宽度至少10倍于其厚度，这两种增强纤维束被编织在一起。
本发明的还一方面提供一种体育用球拍框架的制作工艺，其步骤为先把增强纤维束和热塑树脂基体纤维束钎接在一起制成不同尺寸的套筒;接着在可扩张球胆上将套筒压成薄板结构;再把薄板放入模具中;对模具中的薄板进行加热，使温度等于或高于热塑树脂的熔化温度，在加热过程中，对可扩张球胆充以高压气体，使薄板最外的套筒紧贴模具的内表面;对可扩张球胆施以高压气体而使模具冷却，做成成形产品;除去可扩张球胆中的高压气体;从模具中取出成形产品;把成形产品和可扩张球胆分开。
通过以下结合附图的描述将会更清楚本发明球拍框架的特点和特征。
图1是用于本发明球拍框架中所编套筒的增强纤维束的透示图;
图2是用于本发明球拍框架的所编套筒的透示图;
图3A-3D是制造本发明球拍框架的工艺流程图;
图4A是本发明基体中单向排列的增强纤维束的剖视图;
图4B是现有技术基体中增强纤维束相互交叉的剖视图;
图5是本发明另一种增强纤维束的透示图;
图6是用图5中的增强纤维束编织成的套筒的透示图;
图7是本发明基体中增强纤维束的剖视图;
图8是本发明一部分球拍框架的剖视图。
实施例1图1所示的是用于编织本发明球拍框架套筒的增强纤维束1。图2所示的增强纤维束1的截面通常为圆形，可以用aramide纤维、玻璃纤维和碳纤维作增强纤维束1。当然也可以是制造者所广泛使用的廉价的碳纤维束“12K”。
图2是用于本发明球拍框架的已编套筒2。既要准备基体纤维束3，也要准备增强纤维束1，把增强纤维束1和基体纤维束3编织成套筒2。在本实施例中，基体纤维束3是热塑树脂，例如由尼龙、聚碳酸脂、聚苯撑氧和Polyetherimide构成。套筒2被织成各种截面，例如圆形、矩形、三角形等。
为了便于区分增强纤维束1和基体纤维束，图2中对增强纤维束1点上点。增强纤维束1仅与基体纤维束交叉，而所有增强纤维束1均平行延伸而互不交叉。换句话说，增强纤维束1单向排列，沿螺旋状延伸。为此，本实施例的球拍框架不存在增强纤维束交叉部分所具有的问题，这将在后面描述。
对于套筒2来讲，增强纤维束1和基体纤维束3的数量比例没有特别的限制，它根据球拍框架中增强纤维的含量(Vf)而定的。每一增强纤维束1和基体纤维束3的号数值(texvalue)也是根据其含量(Vf)而定的。
将套筒2制成不同的尺寸，各不同尺寸的套筒2用以制作如下的球拍框架。
首先参见图3A，不同尺寸的套筒2a、2b、2c、和2d互相同心地被压成薄板，形成中空薄板4。在本实施例中，组成中空薄板4的套筒是四个，即2a-2d。但本发明其他球拍框架中的套筒可以多于四个，也可以少于四个。为了提高球拍框架的机械强度，最好交替地压套筒2a/2b，2b/2c和2c/2d，使一个套筒的增强纤维束1的排列方向与另一个套筒中的增强纤维束1的排列方向不同，它们之间形成一定的夹角。
球胆5的外表面被上面提到的中空薄板4所复盖，这如图3B所示。球胆5可以是硅管或类似物构成。在成形过程中，球胆5中充上高压气体而受到膨胀。成形后，球胆5可以从中空薄板4中拉出。
紧接着将中空薄板4放入模具6中，这如图3C所示，而球胆5此时仍插在中空薄板4中。将事先将备好的用作补偿部件的聚酯胶片8与中空薄板4一起放在模具6的适当位置。球胆5的两端从模具6中伸出，为了能调节中空薄板4和聚酯胶片8，形成模具6的模板要相互配合。
然后对模具加热，其温度等于或高于形成基体纤维束3的热塑树脂的熔点。当形成基体纤维束3的热塑树脂是尼龙时，其熔点大约为270摄氏度。基体纤维束3在模具6中熔化。熔化了的热塑树脂便充满到增强纤维束1中去。如前所述，每个套筒2a/2b/2c/2d中的增强纤维束是平行排列的，熔化了的热塑树脂充满了增强纤维之间，而不会形成空隙。因此，本发明的球拍框架不存在增强纤维之间交叉部分所具有的问题。
在对模具6的加热过程中，利用高压源(图中未示出)向球胆5中充以高压气体G，高压气体G使中空薄板4向外扩张。中空薄板4被压到模具6的内表面，使球拍框架的外表面与模具6的内表面一样光滑。因此，通过将中空薄板4压到模具6内表面，使球拍框架外表面变得光滑。
然后将模具6冷却到70摄氏度左右，在冷却过程中，高压气体继续吹向球胆5中。当模具温度降到70℃时，将高压气体从球胆5中放掉，并使模具6的模板分开，这样，成形的球拍框架7便可从模具6中取出。最后把球胆5从成形球拍框架7中拉出，这如图3D所示。
在第一个实施例的球拍框架7中，套筒2a-2d中各自的增强纤维束1单向平行排列，而单向平行排列的增强纤维束1可以消除套筒2a-2d中增强纤维束之间的交叉部分。因此不易产生空隙，球拍框架7就具有相当好的机械强度。
此外，消除了交叉部分可以使得球拍框架7光滑，这是由于套筒2a-2d很难形成宽的台阶所致。这就使球拍框架7有非常好的外观。也就是说，如果增强纤维束1象图4A那样单向排列在基体7a中，那么增强纤维束1就可以完全埋进基体7a中而没有空隙，而且球拍框架7的外表面7d也是光滑的。然而，如果增强纤维束1象图4B那样相互交叉，一些增强纤维束就使得另一些增强纤维束1产生很大的波面，该波面直接影响到球拍框架的外表面7c。
此外，在加热过程中，单向排列的增强纤维很容易在熔化了的热塑树脂中移动，它使熔化了的热塑树脂充满增强纤维之间。这样便不会产生皱纹和树脂坑。
最后，高压气体使得球胆5迫使中空薄板4紧贴模具6的内表面，从而进一步产生光滑表面。结果使成形球拍框架看起来很漂亮。
由于第一实施例的球拍框架的机械强度有了提高，并且所需的增强纤维束的数量也比现有技术少，这就意味着球拍框架的重量比以前的环拍框架轻了。此外，减少重量可以增加附加功能，例如球拍框架的减震部件。
另外，非常好的光滑度可以使制造者省去对球拍框架的涂复，这将改善其生产率和产品价格。
实施例2如图5所示，另一种增强纤维束11做成带状，它用在本发明球拍框架的套筒中。带状增强纤维束11的厚度t≤0.5毫米，束11的宽度ω至少10倍于其厚度，宽度和厚度之比最好为10-20的范围。
用辊子(图中未示出)将圆截面的增强纤维束筒，如将图2中的增强纤维束1挤压成带状增强纤维束11。碳纤维粗纺“12K”可以在辊子(未示出)之间受到挤压，成形的，用例如低分子量的尼龙或环氧树脂类似的胶料剂使其变硬。
带状增强纤维束11a和11b与基体纤维束12a和12b被编织成如图6所示的套筒13。为了易于与基体纤维束12进行区分，在带状纤维束11a和11b上点了点。在本实施例中，带状增强纤维束11a和11b围绕中心线CL成螺旋状编织，而且带状增强纤维束11a相对于带状增强纤维束11b之间的夹角为90°。
基体纤维束12a和12b同样做成带状，其厚度等于或小于0.5微米。基体纤维束12的宽度至少10倍于其厚度。带状纤维束12a、12b的制作方法与带状增强纤维束11a、11b的相同。带状基体纤维束12a与带状增强纤维束11a交替编织，而带状基体纤维束12b与带状增强纤维束11b交替编织。
虽然，带状增强纤维束11a与带状增强纤维束11b交叉，但由套筒13制作的球拍框架也不存在现有技术球拍框架中所具有的缺陷，这是因为增强纤维束11足够的薄，不致于形成宽的台阶和大的空隙。
由于增强纤维束11a、11b和基体纤维束12a、12b非常薄，而且非常的宽，使得制造者可以选用号数值(texvalue)比较大的增强纤维束11a、11b和基体纤维束12a、12b，从而减少其数量。因此在不降低套筒13性能的情况下，使该套筒的重量减轻。
后面第二个实施例的制造工艺与第一个实施例的相同。也就是说，同样要准备与套筒11尺寸不同的其他套筒，在可扩张球胆上将套筒压成薄板，形成与实施例1相同的薄板结构。制造者不用考虑每个套筒所需带状增强纤维束的排列方向，这是因为带状增强纤维束11a与带状增强纤维束11b相互交叉。
把薄板放到模具中进行加热，温度等于或高于热塑树脂的熔点。在薄板加热过程中，把高压气体充向可扩张球胆，球胆便将最外面的套筒紧贴模具的内表面。
然后模具在高压气体的作用下受到冷却。当模具中的成形产品的温度降到室温时，除去可扩张球胆中的高压气体，将成形产品从模具中取出。最后将可扩张球胆与成形产品分开。
图7给出了第二个实施例的球拍框架的局部结构。带状增强纤维束11a和11b缩小了它们之间的交叉部分的台阶高度，基体热塑树脂纤维束17a包住了带状增强纤维束11a和11b，而且没有空隙。
在实施例2中的制造球拍框架的工艺过程为将增强纤维束11a和11b及基体纤维束12a和12b做成带状结构，并编织成薄套筒。为此在加热过程中，热塑树脂自由地充满到带状增强纤维束11a和11b中，因此，空隙和树脂坑很难在成形产品中产生。这就使本发明所制作的球拍框架非常漂亮。
此外，由于缩小了交叉部分的台阶高度，空隙很难在交叉部分产生。所以本发明的球拍框架的机械强度得到提高。
另外，第二增强纤维束11交叉部分浅的台阶，实际上已消除了球拍框架外表面上的波面，带状增强纤维束11a和11b改善了球拍框架外表面的光滑度。结果外观很漂亮，并可降低涂复所需的工时，改善生产率和降低产品价格。
此外，上面介绍的第二个实施例的球拍框架中，基体纤维束12a和12b是做成带状的。然而，基体纤维束12a和12b不一定成为带状，而可为圆截面。基体纤维束12a和12b也可以既有圆截面，也有带状结构，这是因为最终基体纤维束将被熔化而形成基体。
实施例3如图8所示，本发明的球拍框架21是用增强纤维热塑树脂制成的，该树脂包括有多个带状增强纤维束22单向排列在热塑树脂23的基体上。换句话说，带状增强纤维束22在套筒中为螺旋形，带状增强纤维束22互相平行，互不交叉。带状增强纤维束22与带状增强纤维束11相同，其宽度至少10倍于其厚度。
除套筒制备外，其工艺与第一实施例相同，也就是说，带状增强纤维束22与基体纤维束编织成套筒的方法与图2相同，基体纤维束也为带状，当然也可以是圆截面的。
综上所述，单向排列增强纤维束1和带状增强纤维束11a/11b有效地消除了空隙、皱纹和树脂坑，并且提高了球拍框架的机械强度和外观。即单向排列的增强纤维束1和带状增强纤维束11a/11b有效地消除了球拍框架外表面的波面，使得产品表面光滑，改善了熔化了的热塑树脂中纤维的运动。平滑地运动可以很容易使得增强纤维束中均匀地充满热塑树脂，这就不易产生皱纹和树脂坑。
按照本发明的工艺便可生产出一种牢固精制的球拍框架，这是因为套筒中使用了单向排列的增强纤维束1或带状增强纤维束11a/11b。另外，在加热和冷却过程中，可扩张球胆迫使最外的套筒紧贴模具的内表面，这使产品的外表面光滑。
虽然本发明的个别实施例已给出了附图和说明，但对本技术领域的普通技术人员来说，任何不超出本发明范围的修改都是显而易见的。
权利要求
1.一种体育用的球拍框架，它包括热塑树脂基体(7a)；和热塑树脂基体(7a)中的多个增强纤维束(1)，其特征在于所述的多个增强纤维束(1)单向排列，以便消除球拍框架中一个增强纤维束和另一个增强纤维束之间的交叉部分。
2.根据权利要求1的球拍框架，其特征在于所述多个增强纤维束(1)是圆截面。
3.根据权利要求1的球拍框架，其特征在于所述多个增强纤维束(22)的每个的宽度(ω)至少10倍于其厚度(t)。
4.一种体育用的球拍框架，它包括热塑树脂基体;多个第一增强纤维束(11a)，其宽度至少10倍于其厚度;和多个第二增强纤维束(11b)，其宽度至少10倍于其厚度，它们与所述多个第一增强纤维束(11a)编织在一起。
5.根据权利要求4的球拍框架，其特征在于所述的每个第一增强纤维束(11a)和所述每个第二增强纤维束(11b)的厚度等于或小于0.5毫米。
6.一种体育用的球拍框架的制作工艺，其特征在于它包括以下步骤将增强纤维束(1，11a/11b)和热塑树脂基体纤维束(3，12a/12b)钎接成不同尺寸的套筒(2a-2d，13);将所述的套筒(2a-2d，13)在可扩张球胆(5)上压成薄板，形成薄板结构;将所述的薄板结构放入模具(6)中;对模具(6)中的薄板结构进行加热，温度等于或高于热塑树脂的熔化温度，在加热过程中，对可扩张球胆(5)中充以高压气体(G)，使薄板结构中的最外面的套筒(2d)紧贴模具(6)的内表面;对可扩张球胆(5)施以高压气体(G)而使模具(6)冷却，产生成形产品(7);从可扩张球胆(5)中除去高压气体(G);从模具(6)中取出成形产品(7);把成形产品(7)和可扩张球胆(5)分开。
7.根据权利要求6的制作工艺，其特征在于所述的增强纤维束(1)单向排列，从而至少从多个套筒中的一个套筒(2)中消除两个增强纤维束之间的交叉部分。
8.根据权利要求6的制作工艺，其特征在于所述的增强纤维束(11/11a/11b)做成为带状结构，其宽度至少10倍于其宽度。
9.根据权利要求8的制作工艺，其特征在于所述增强纤维束(11/11a/11b)的厚度等于或小于0.5毫米。
10.根据权利要求6的制作工艺，其特征在于所述增强纤维束做成为带状结构，它包括第一增强纤维束(11a)和与第一增强纤维束(11a)及基体纤维束(12a)编织在一起的第二增强纤维束(11b)。
11.根据权利要求6的制作工艺，其特征在于所述增强纤维束(11a/11b)和基体纤维束(12a/12b)分别做成第一和第二带状结构，所述每一个第一和第二带状结构的宽度至少10倍于其厚度。
12.根据权利要求11的制作工艺，其特征在于所述第一和第二带状结构的厚度等于或小于0.5毫米。
13.根据权利要求11的制作工艺，其特征在于所述增强纤维束有第一带状增强纤维束(11a)和第二增强纤维束(11b)，所述基体纤维束有与所述第一带状增强纤维束(11a)交替的第一带状基体纤维束(12a)及与所述第二带状增强纤维束(11b)交替的第二带状基体纤维束(12b)，所述第一带状增强纤维束(11a)和第一带状基体纤维束(12a)与所述第二带状增强纤维束(11b)和第二带状基体纤维束(12b)编织。
全文摘要
一种体育用的球拍框架，它是由增强纤维热塑树脂制成的，增强纤维(1，11)单向排列，或制成带状放在热塑树脂基体(7a)中，这样就不易在基体中形成空隙。
文档编号B29B11/16GK1111537SQ9412005
公开日1995年11月15日 申请日期1994年12月14日 优先权日1993年12月14日
发明者室井国昌 申请人:雅马哈株式会社