CN102924909A - 一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种纳米粒子/尼龙材质的网球拍弦及其制备方法。其特征在子：网球拍弦的纳米粒子/尼龙材质是由由纳米粒子、尼龙类树脂和增强二者之间相容性的偶联剂或改性剂组成，其纳米粒子的添加量为0.1-10％，偶联剂或改性剂的用量为纳米粒子的1-5倍。其结构是由纳米粒子/尼龙材质制备的芯丝和卷绕在该芯丝外面的多个同一材质制备的皮丝，所形成的芯鞘结构，再用包覆树脂使整相一体化的网球拍弦。其制备工艺主要由纳米粒子改性工艺、芯丝、皮丝挤出成型、芯丝、皮丝螺旋或编织覆盖和包覆成型四个部分组成。本发明的网球拍弦具有高强的特性，并且增加强度的同时不损失其弹性，另发明的网球拍弦制造工艺简单。

Description

一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及网球技术领域，具体地说，是一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦及其制备方法。
【背景技术】
过去的网球拍弦主要都是由牛肠、羊肠等制成的天然肠弦。这种肠弦虽然打球性能良好，但是短时间内使用就破裂，耐久性不好而且价格昂贵。所以，近年来的使用数量逐渐在降低。
所以人造复合线的使用率逐渐在增大。人造复合线，从材质上又可以分为：尼龙线、聚烯烃线、聚酯线、PEEK线和克维拉。过去15到20年间，尼龙线的生产工艺取得了巨大的进展，在弹性方面已经越来越接近天然肠弦的性能。但是，在强度方面，尼龙线始终次于其他的人造线。因此，如何保持尼龙材质的网球拍弦弹性不变的前提下提高网球拍弦的强度成为一个热点。
中国专利公开号CN1164432A介绍了通过网球拍弦结构内涂覆固化粘接剂和表面涂覆耐纶树脂来增强网球拍弦的强度。中国专利公开号CN2434024Y介绍了一种通过外部层由硬质且耐磨的塑胶材质制成来提高网球拍弦的强度。中国专利公开号2090713U介绍了一种通过改变网球拍弦横截面的形状来增强网球拍弦的强度。但是，以上的介绍通常都是通过改变网球拍弦的结构或者增加强度包覆层来增强网球拍弦的强度。这样，网球拍弦在其制备工艺和材质方面都增加了困难，不利于网球拍弦的制备，而且在经济上也增加了成本。
纳米粒子常常因为它们的高比表面积、低密度和高模量被用来作为增强聚合物强度的常用填充剂。而在聚酰胺体系中，由于纳米粒子的高比表面积、低密度、高模量、稳定性和经济性，纳米二氧化硅和纳米级蒙脱土常被用来提高聚酰胺的性能。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，原料组份质量百分比为：
纳米粒子        0.1～10％
助剂            0.1～20％
尼龙材料        余量
所述的纳米粒子有纳米二氧化硅、纳米级蒙脱土等增加强度类型的纳米粒子。
所述的纳米粒子的质量百分比为为0.1～5％，优先为1％。
所述的尼龙材料为聚酰胺6、聚酰胺66二种高弹性和强度的树脂。
所述的助剂为偶联剂，改性剂，粘结剂中的一种或者几种。
所述的偶联剂或改性剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、十二烷基季铵盐、十六烷基季铵盐和十八烷基季铵盐等。
所述的粘接剂和外包覆层材质有共聚尼龙、醇溶性尼龙等熔点低于单丝所使用的尼龙树脂的聚酰胺类体系的树脂。
一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，由纳米粒子/尼龙材质制备的芯丝和卷绕在该芯丝外面的多个同一材质制备的皮丝，所形成的芯鞘结构，再用包覆树脂使整相一体化的网球拍弦。
所述的网球拍弦的直径为1.2～1.4mm，芯鞘结构的网球拍弦的芯丝直径为0.5～1.1mm，芯鞘结构的皮丝直径为0.1～0.5mm；芯鞘结构的皮丝以螺旋覆盖在芯丝上或者以编织的方式紧密包覆芯丝，芯鞘结构的皮丝的个数为10～30根。
一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦的制备方法，其具体步骤为：
(1)纳米粒子改性工艺：
采用无水乙醇或水做溶剂，加入偶联剂常温水解1～4h；
然后加入纳米粒子，60～100℃下水浴加热，100～400r/min转速下搅拌反应10～24h得到改性后的有机纳米粒子；改性后的有机纳米粒子与尼龙树脂有更好的相容性从而提高网球拍弦的强度；
(2)芯丝、皮丝挤出成型：
将尼龙树脂和改性后的有机纳米粒子真空干燥后，在高速混合机中混合均匀，经过双螺杆造粒得到母粒，母粒经过单螺杆单丝挤出成型设备得到纳米粒子/尼龙复合材料单丝；其单丝成型工艺中挤出温度为200～300℃，拉伸比为3.0～5.0；
(3)芯丝、皮丝螺旋或编织覆盖：
经过单螺杆成型设备得到的纳米粒子/尼龙复合材料单丝即芯丝和皮丝通过编织机编织成线体；芯鞘结构的皮丝以螺旋覆盖在芯丝上或者以编织的方式紧密包覆芯丝；
(4)包覆成型
将编织机得到的线体通过包覆成型工艺将聚酰胺材质包覆线体外得到一体化的纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦；包覆成型工艺采用单螺杆挤出包覆成型，包覆成型工艺挤出温度为100～150℃；包覆成型中采用可以通过芯丝的包覆模具，模具内芯丝通道直径为1～2mm，外通道直径为6～8mm，成型孔直径为1.2～1.4mm。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
与采用纯尼龙材质的网球拍弦相比，本发明中纳米粒子/尼龙材质的网球拍弦可以在保持弹性不变的前提下大幅度提高其网球拍弦的强度。
本发明中网球拍弦所使用的纳米粒子/尼龙材质中，纳米粒子的添加量都属于小份额的量，因此不影响单丝挤出成型工艺。不会复杂化整个网球拍弦的制备工艺。
与通过改变网球拍弦的结构或者增加强度包覆层来增强网球拍弦的强度的方法来比，本发明中通过添加少量的纳米粒子即达到网球拍弦强度的增加，节约了经济成本，增大了经济效益。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦及其制备方法的具体实施方式。
实施例1
取20ml环氧基硅烷偶联剂加入到100ml 95∶5乙醇水溶液中，常常温400r/min搅拌水解2h，然后加入20g纳米二氧化硅80℃下水浴加热反应12h，得到表面接枝环氧基团的改性二氧化硅。
取15g改性过的二氧化硅与300尼龙6粒料105℃下真空干燥12h后，在高混机中允分混合。将上述混合物在长径比为20，分五区控温的双螺杆挤出机中挤出得到纳米二氧化硅/尼龙6母粒，一到五区的温度分别为：235℃、240℃、250℃、250℃和245℃。将得到的母粒在单丝挤出成型设备中得到单丝，挤出温度为：235℃、240℃、250℃和245℃，拉伸比为3.7。通过直径分别为2.0mm和0.8mm的模头得到直径分别为0.8mm的芯丝和0.2mm的皮丝。
将16根直径为0.2mm的皮丝编织覆盖在一根直径为0.8mm的芯丝的表面上，通过浸润20％的醇溶性尼龙溶液进行粘接。然后把得到的未完成线在单螺杆挤出包覆设备中进行完成包覆工艺得到最后的网球拍弦线体。挤出温度为130℃、140℃、140℃和135℃。挤出包覆材质选用T130共聚尼龙树脂。实例具体数据如下表1所示。
实施例2
取20g纳基蒙脱土分散在800ml蒸馏水中，常温400r/min搅拌，加入等离子交换容量的季铵盐调节PH至中性。80℃下水浴加热反应12h，100℃下真空干燥12h，得到改性过的MMT。
取0.6g改性过的纳米蒙脱土与300尼龙6粒料105℃下真空干燥12h后，在高混机中充分混合。将上述混合物在长径比为20，分五区控温的双螺杆挤出机中挤出得到纳米MMT/尼龙6母粒，一到五区的温度分别为：235℃、240℃、250℃、250℃和245℃。得到的母粒去制备单丝以便最后只得纳米MMT/尼龙6网球拍弦的步骤同实例1。实例具体数据如下表1所示。
表1 网球拍弦强度数据
Figure BDA00002396570000051
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，其特征在于，原料组份质量百分比为：
纳米粒子            0.1～10％
助剂                0.1～20％
尼龙材料            余量。
2.如权利要求1所述的一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，其特征在于，所述的纳米粒子为纳米二氧化硅或者纳米级蒙脱土。
3.如权利要求1所述的一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，其特征在于，所述的尼龙材料为聚酰胺6、聚酰胺66树脂。
4.如权利要求1所述的一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，其特征在于，所述的助剂为偶联剂，改性剂，粘结剂中的一种或者几种。
5.如权利要求1所述的一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，其特征在于，所述的纳米粒子的质量百分比为为0.1～5％，优先为1％。
6.一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，其特征在于，由纳米粒子/尼龙材质制备的芯丝和卷绕在该芯丝外面的多个同一材质制备的皮丝，所形成的芯鞘结构，再用包覆树脂使整相一体化的网球拍弦。
7.如权利要求6所述的一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦，其特征在于，所述的网球拍弦的直径为1.2～1.4mm，芯鞘结构的网球拍弦的芯丝直径为0.5～1.1mm，芯鞘结构的皮丝直径为0.1～0.5mm；芯鞘结构的皮丝的个数为10～30根。
8.一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦的制备方法，其具体步骤为：
(1)纳米粒子改性工艺：
采用无水乙醇或水做溶剂，加入偶联剂常温水解1～4h； 
然后加入纳米粒子，60～100℃下水浴加热，100～400r/min转速下搅拌反应10～24h得到改性后的有机纳米粒子；
(2)芯丝、皮丝挤出成型：
(3)芯丝、皮丝螺旋或编织覆盖：
(4)包覆成型
将编织机得到的线体通过包覆成型工艺将聚酰胺材质包覆线体外得到一体化的纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦。
9.如权利要求8所述的一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦的制备方法，在所述步骤(2)中，将尼龙树脂和改性后的有机纳米粒子真空干燥后，在高速混合机中混合均匀，经过双螺杆造粒得到母粒，母粒经过单螺杆单丝挤出成型设备得到纳米粒子/尼龙复合材料单丝；其单丝成型工艺中挤出温度为200～300℃，拉伸比为3.0～5.0。
10.如权利要求8所述的一种纳米粒子/尼龙复合材料网球拍弦的制备方法，在所述步骤(4)中，包覆成型工艺采用单螺杆挤出包覆成型，包覆成型工艺挤出温度为100～150℃；包覆成型中采用通过芯丝的包覆模具，模具内芯丝通道直径为1～2mm，外通道直径为6～8mm，成型孔直径为1.2～1.4mm。 
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