CN103657009A - 具有含金属的中心和热固性外芯的双层的芯的高尔夫球 - Google Patents

具有含金属的中心和热固性外芯的双层的芯的高尔夫球 Download PDF

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Abstract

提供了含有双芯结构的多层高尔夫球。该芯结构包括具有相对高的比重的小的重的内芯(中心)和具有相对低的比重的包围的外芯层。该芯结构可以具有不同的硬度梯度。该芯的中心包含金属材料例如铜、钢、黄铜、钨、钛、铝、及其合金。该外芯层优选是由热固性组合物例如聚丁二烯橡胶形成的。所形成的球具有高回弹性和良好的旋转控制。

Description

具有含金属的中心和热固性外芯的双层的芯的高尔夫球
发明背景
发明领域
本发明通常涉及多层高尔夫球，其具有至少两层的实心芯和至少一层的覆层。优选该球包含具有小的重的内芯(中心)和包围的外芯层的双层的芯。该中心包含金属材料和该外芯层包含热固性材料如橡胶。该芯层具有不同的硬度梯度和比重值来提供具有高回弹性和旋转控制性能的最终的球。
相关领域简述
具有被覆层保护的实心内芯的多层实心高尔夫球今天被业余和职业高尔夫球手所使用。该高尔夫球会具有单层化的或者多层化的芯。通常，该芯层是由高回弹性的天然或合成橡胶材料如苯乙烯丁二烯、聚丁二烯、聚(顺式异戊二烯)或者聚(反式异戊二烯)或者高度中和的乙烯酸共聚物(HNP)制成。该覆层可以是单或者多层化的，并且由耐久性材料如HNP、聚酰胺、聚酯、聚氨酯或聚脲制成。高尔夫球制造商使用不同的结构(例如3层、4层和5层球)来赋予该球特殊性能和特征。
所述芯是高尔夫球回弹性的主要来源，并且经常被称作球的“发动机”。高尔夫球(或者高尔夫球组分，特别是芯)的回弹性或者复原系数(“COR”)表示当球从空气炮发射到硬板上时，球的回弹速度与它的初始进入速度之比。高尔夫球的COR被写作0-1之间的小数值。高尔夫球在不同的初始速度会具有不同的COR值。美国高尔夫协会(USGA)设定了球的初始速度的限度，这样高尔夫球制造商的一个目标是使得这些条件下的COR最大。具有高回弹速度的球(或芯)具有相对高的COR值。这样的高尔夫球回弹更快，用球杆击打时保持了更大的总能量，和具有比较低COR值的球更长的飞行距离。球回弹性和COR性能对于长距离投射特别重要的。例如具有高回弹性和COR值的球当被击打杆从球座上击打时，倾向于飞行远的距离。球的旋转速率也是一个重要性能。具有相对高的旋转速率的球对于由铁和楔形杆产生的相对短距离发射来说是特别令人期望的。职业和高水平业余高尔夫球手能够更容易的在这样的球上施加逆转。通过在球上施加正确量的旋转和接触，高尔夫球手能够更好的控制发射精度和位置。这对于绿色植物附近的接近发射是特别重要的，并且有助于改进得分性能。
许多年来，高尔夫球制造商一直着眼于调整高尔夫球多层中的密度或者比重来控制它的旋转速率。通常高尔夫球的总重量必须符合美国高尔夫协会(“USGA”)设定的重量限度。虽然高尔夫球的总重量是有要求的，但是球内的重量分布可以变化。朝着球中心或者朝着球外表面重新分配高尔夫球的重量或质量改变了它的飞行和旋转性能。
例如该重量可以朝着球中心转移来提高球的旋转速率，如Yamada的美国专利4625964中所述。在该′964专利中，芯组合物优选包含100重量份的聚丁二烯橡胶；10-50重量份的丙烯酸锌或甲基丙烯酸锌；10-150重量份的氧化锌；和1-5重量份的作为交联剂或者固化剂的过氧化物。内芯的比重是至少1.50，目的是使得球的旋转速率与卷绕的球相当。该球进一步包括覆层，位于芯和覆层之间的中间层，其中该中间层的比重低于芯。
Chikaraishi等人的美国专利5048838公开了一种含有两层实心芯和一个覆层的三层高尔夫球。该内芯的直径是15-25mm，重量是2-14g，比重是1.2-4.0和硬度是55-80JISC。该外芯层的比重比内芯的比重小0.1-3.0。小于内芯的比重。该内和外芯层是由橡胶组合物形成的。
Gentiluomo的美国专利5104126公开了一种三层球，其具有由钢、铅、黄铜、锌、铜制成的致密内芯以及填充的弹性体，其中该芯的比重是至少1.25。该内芯被低密度复合泡沫塑料组合物包封，并且该芯结构被离聚物覆层包封。
Yabuki等人的美国专利5482285公开了一种三层高尔夫球，具有用离聚物覆层包封的内芯和外芯。降低该外芯的比重，以使得它下降0.2-1.0。调整内芯的比重，以使得内/外芯的总重量落入32.0-39.0g的范围内。
Nesbitt和Binette的美国专利6277934公开了一种非缠绕的多层高尔夫球，其含有比重大约1.5-大约19.4的球形金属芯部件；和位于所述的球形金属芯部件周围的外芯层，其中该芯层的比重小于1.2。该金属芯优选包含选自下面的金属：钢，钛，黄铜，铅，钨，钼，铜，镍，铁及其组合。含有金属粉末的聚丁二烯橡胶组合物可以用于形成该芯。该芯组件优选的复原系数是至少0.730。
Sullivan的美国专利6494795公开了一种高尔夫球，其包含装入包围该内芯的第一覆盖物内的比重大于1.8的内芯。一部分的该第一覆盖物包含比重小于0.9的低比重层。该芯可以由装入聚合物粘合剂中的高密度金属或金属粉末制成。可以使用高密度金属例如钢，钨，铅，黄铜，青铜，铜，镍，钼或者合金。包围该内芯的覆盖物层可以由热固性或者热塑性材料例如环氧、氨基甲酸酯、聚酯、聚氨酯或者聚脲制成。
Sullivan的美国专利6692380公开了一种高尔夫球，其包含比重至少3，直径大约0.40-大约0.60英寸的内芯，并且该内芯优选包含聚氨酯、聚脲或者其混合物的聚合物基质。该外芯可以由聚丁二烯橡胶制成。该组合物的比重可以通过加入填料如金属粉末、金属合金粉末、金属氧化物、金属硬脂酸盐、微粒和碳质材料来调整。
Morgan和Jones的美国专利6986717公开了一种高尔夫球，其含有包封在软的和回弹性壳中的高比重中心球，其优选由聚丁二烯橡胶形成。这个壳随后用优选是弹性的线缠绕来形成缠绕的芯。该缠绕的芯然后用覆层材料如树胶、古塔胶、离聚物或离聚物混合物、聚氨酯、聚脲基组合物和环氧-氨基甲酸酯基组合物覆盖。该球是由金属粉末和热固性或者热塑性粘合剂材料形成的。可以使用金属如钨，钢，黄铜，钛，铅，锌，铜，铋，镍，钼，铁，青铜，钴，银，铂和金。优选该金属球的比重是至少6.0和直径小于0.5英寸。
虽然一些常规多层化的芯结构通常能够有效提供高回弹性高尔夫球，但是仍然持续需要高尔夫球中改进的芯结构。具体的，令人期望的是具有选择性比重和质量密度的多层化的芯结构，来提供具有良好的飞行距离以及旋转控制的球。本发明提供了具有这样的性能以及其他有利特征和益处的芯结构和高尔夫球。
发明内容
本发明提供多层（piece）高尔夫球，其包含具有至少一层的实心(solid)芯和具有至少一层的覆层。该高尔夫球可以具有不同的结构。例如在一种实施方案中，该高尔夫球包含：i)包含金属材料的内芯(中心)，该内芯具有大约0.100-大约1.100英寸的直径和外表面硬度(H中心表面)和中心硬度(H中心材料)，其中H中心表面大于H中心材料来使得该内芯具有正硬度梯度；和ii)包含热固性材料例如聚丁二烯橡胶的外芯层，并且该外芯层具有大约0.200-大约1.200英寸的厚度和40-85邵氏D的外表面硬度((H外芯的外表面)和42-87邵氏D的内表面硬度(H外芯的内表面)，其中(H外芯的外表面)等于或小于(H外芯的内表面)来使得该外芯具有零或者负硬度梯度，并且该内芯(SG内)的比重大于该外芯比重(SG外)，该内芯层的直径小于该外芯层的厚度。在一种方案中，该内芯的正硬度梯度是大约3-大约20邵氏D单位。在另一种方案中，该外芯的零或者负硬度梯度是大约0-大约负15邵氏D单位。同样在一个例子中，该多层的芯比重是1.10-5.75g/cc。
该内芯可以包含金属例如铜、钢、黄铜、钨、铝、镁、钼、钴、镍、铁、锡、青铜、银、金和铂及其合金和组合。在一种方案中，该内芯的直径是大约0.100-大约0.500英寸，比重是大约1.60-大约6.25g/cc，和中心硬度(H中心材料)是大约44-大约74邵氏D。在另一种方案中，该内芯的直径是大约0.30-大约0.80英寸和比重是大约1.80-大约5.00g/cc。该外芯可以由热固性材料例如聚丁二烯，乙烯-丙烯，聚异戊二烯，苯乙烯-丁二烯，开环聚环烯烃(polyalkenamer)，或者丁基橡胶组合物形成。在一种方案中，该外芯的厚度是大约0.250-大约0.750英寸，比重是大约0.60-大约4.10g/cc，和外表面硬度(H外芯的外表面)是大约40-大约70邵氏D。
同样，该高尔夫球可以具有多种覆层结构。例如该覆层可以是厚度大约0.15-大约0.090英寸的单层，并且由热塑性或者热固性组合物形成。在另外一种实施方案中，该覆层包括内和外覆层。外覆层的表面硬度可以硬于或软于内层的表面硬度。
在另一种方案中，该高尔夫球包含多层的芯，其包含具有正硬度梯度的含金属的内芯和具有正硬度梯度的热固性外芯层。可选择的，在另一种方案中，该高尔夫球可以包含多层的芯，其包含具有零或者负硬度梯度的含金属的内芯和具有零或者负硬度梯度的热固性外芯层。在仍然的另外一种方案中，该高尔夫球可以包含多层的芯，其包含具有零或者负硬度梯度的含金属的内芯和具有正硬度梯度的热固性外芯层。在这些例子的每个中，内芯比重优选大于外芯层比重。
附图说明
本发明特有的新颖特征在附加的权利要求中阐明。但是本发明优选的实施方案以及进一步的目标和相关优点通过结合附图，并且参考下面的详细说明而能最好的理解，在其中：
图1是具有根据本发明制成的双层的芯的三层高尔夫球的横截面图；和
图2是具有根据本发明制成的双层的芯的四层高尔夫球的横截面图。
具体实施方式
高尔夫球结构
具有不同结构的高尔夫球可以根据本发明来制造。可以制造例如具有带有单层或者多层的覆层材料的3层、4层和5层结构的高尔夫球。作为此处使用的术语“层”通常表示高尔夫球的任何球形部分。更具体的，在一种方案中，制造了具有双芯和覆层的3层高尔夫球。该双芯包括内芯(中心)和包围的外芯层。在另一种方案中，制造了包含双芯和双覆层(内覆层和外覆层)的4层高尔夫球。在仍然的另外一种结构中，可以制造具有多层的芯、中间(包装)层和覆层的4层或者5层高尔夫球。作为此处使用的术语“中间层”表示位于芯和覆层之间的球的层。该中间层也可以表示包装或者覆盖物层(mantle layer)。不同层的直径和厚度以及性能例如硬度和压缩性会根据高尔夫球的结构和期望的运动性能而变化。
参见图1，一种方案的高尔夫球可以根据本发明来制造，其通常表示为(12)。球(12)包含被单层的覆层(16)包围的多层的芯(14)，该多层的芯具有内芯(中心)(14a)和外芯层(14b)。内芯(14a)的体积相对较小，并且通常直径是大约0.10-大约1.10英寸。更具体的，内芯(14a)优选的直径尺寸下限是大约0.15或者0.25或者0.35或者0.45或者0.55英寸和上限是大约0.60或者0.70或者0.80或者0.90英寸。在一种优选的方案中，内芯(14a)的直径是大约0.025-大约0.080英寸，更优选大约0.030-大约0.075英寸。其中外芯层(14b)通常的厚度是大约0.010-大约0.250英寸和优选下限是0.010或者0.020或者0.025或者0.030英寸和上限是0.070或者0.080或者0.100或者0.200英寸。在一种优选的方案中，该外芯层的厚度是大约0.040-大约0.170英寸，更优选大约0.060-大约0.150英寸。参见图2，在另一种方案中，高尔夫球(18)包含双芯(20)，其具有内芯(中心)(20a)和外芯层(20b)。双芯(20)被具有内覆层(22a)和外覆层(22b)的多层的覆层(22)所包围。
根据本发明所制造的高尔夫球可以是任何尺寸的，虽然USGA要求竞赛用高尔夫球的直径是至少1.68英寸。对于美国高尔夫协会(USGA)规则之外的比赛，高尔夫球可以是较小尺寸的。通常，高尔夫球是根据USGA要求制造的，并且直径是大约1.68-大约1.80英寸。通常，多层芯结构(14)具有下面范围的整体直径：下限是大约1.00或者1.20或者1.30或者1.40英寸和上限是大约1.58或者1.60或者1.62或者1.66英寸和更优选大约1.3-1.65英寸。在一种实施方案中，该芯组件(14)的直径是大约1.45-大约1.62英寸。
如此下进一步讨论的，不同的组合物可以用于制造本发明高尔夫球的双芯结构。该高尔夫球可以包含某些填料来根据需要调整芯层的比重和重量。通常该内芯(中心)的比重范围下限是大约1.18或者1.50或者2.00或者2.50g/cc和上限是大约3.00或者3.50或者4.00或者4.50或者5.00g/cc。在一种优选的实施方案中，该内芯的比重是大约1.20-大约3.50g/cc，更优选大约1.25-大约3.00g/cc。其中该外芯层(14b)优选具有相对低的比重。外芯层(14b)通常的比重范围下限是大约0.080或者0.100或者0.400或者0.600或者0.800g/cc和上限是大约1.00或者1.10或者1.20g/cc。调整该组合物中所用填料的量，以使得高尔夫球的重量不超过USGA规则所设定的限度。USGA已经建立了45.93g(1.62盎司)的最大重量。对于USGA规格外的比赛，该高尔夫球可以更重。在一种优选的实施方案中，多层化的芯的重量是大约28-大约38克。
芯结构
如上所述，该芯优选具有双层的结构，其包含内芯和包围的外芯层。该芯组件的硬度是一个重要性能。通常，具有相对高的硬度值的芯具有更高的压缩率，并且倾向于具有良好的耐久性和回弹性。但是一些高压缩球是硬的，并且这会对发射控制产生不利影响。例如一些的这些较硬的球倾向于具有低的旋转速率，这使得该球更难以控制。当产生接近于绿色植物的接近发射时，这会是特别麻烦的。因此需要达到芯组件中硬度的最佳平衡。
在一种优选的高尔夫球中，内芯(中心)具有“正”硬度梯度(即，内芯外表面硬于它的几何中心)和外芯层具有“正”硬度梯度(即，外芯层外表面硬于外芯层内表面)。在其中内芯和外芯层都具有“正”硬度梯度这样的情况中，外芯层外表面硬度优选大于内芯(中心)的材料硬度。在一种可选择的方案中，内芯可以具有正硬度梯度和外芯层可以具有“零”硬度梯度(即，外芯层外表面和外芯层内表面的硬度值基本相同)或者“负”硬度梯度(即，外芯层外表面软于外芯层内表面)。
在另一种方案中，该内芯(中心)具有零或负硬度梯度，而外芯层具有正硬度梯度。在仍然的另外一种方案中，内芯和外芯层都具有零或者负硬度梯度。这样的硬度梯度进一步描述在Bulpett等人的美国专利7537529和7410429中，其公开内容在此引入作为参考。下面进一步更详细的描述测量高尔夫球的内芯和外芯层以及其他层的硬度和测定所述层的硬度梯度的方法。
该芯层具有硬度测量所定义的正、负或者零硬度梯度，该硬度测量是在内芯外表面(或者外芯层外表面)上和向内朝着内芯中心(或者内芯层内表面)的径向上进行的。如下面的测试方法中所述，这些测量典型的是以2mm增量来进行的。通常该硬度梯度是通过用所测量的部件的外表面(例如内芯外表面或外芯层外表面)的硬度值减去所测量部件的最内部分(例如内芯中心或者外芯层内表面)的硬度值来测定的。
正硬度梯度。例如如果内芯的外表面的硬度值大于内芯几何中心的硬度值(即，该内芯的表面硬于它的中心)，则该硬度梯度将被认为是“正”(大数减小数等于正数)。例如如果内芯外表面的硬度是58邵氏D和内芯中心的硬度是50邵氏D，则该内芯具有8的正硬度梯度。同样如果外芯层外表面具有比外芯层内表面更大的硬度值，则该外芯层将被认为具有正硬度梯度。
负硬度梯度。另一方面，如果内芯的外表面的硬度值小于内芯几何中心的硬度值(即，该内芯的表面软于它的中心)，则该硬度梯度将被认为是“负”。例如如果内芯外表面的硬度是68邵氏C和内芯中心的硬度是70邵氏C，则该内芯具有2的负硬度梯度。同样如果外芯层外表面具有比外芯层内表面更小的硬度值，则该外芯层将被认为具有负硬度梯度。
零硬度梯度。在另一例子中，如果内芯的外表面的硬度值基本等于内芯几何中心的硬度值(即，该内芯的表面与中心具有大致相同的硬度)，则该硬度梯度将被认为是“零”。例如如果内芯外表面和内芯中心的硬度是65邵氏C，则该内芯具有零硬度梯度。同样如果外芯层外表面具有与外芯层内表面大致相同的硬度值，则该外芯层将被认为具有零硬度梯度。
更具体的，作为此处使用的术语“正硬度梯度”表示硬度梯度是正3邵氏D或更大，优选7邵氏D或更大，更优选10邵氏D，和甚至更优选20邵氏D或更大。作为此处使用的术语“零硬度梯度”表示硬度梯度小于3邵氏D，优选小于1邵氏D，和可以具有零或者负1-负10邵氏D的值。作为此处使用的，术语“负硬度梯度”表示硬度值小于零，例如是负3，负5，负7，负10，负15或负20或者负25。术语“零硬度梯度”和“负硬度梯度”可以在此交替使用来表示负1-负10的硬度梯度。
该内芯(中心)优选的几何中心硬度(H中心材料)是大约25邵氏D或更大和更优选的范围是下限是大约26或者30或者34或者36或者38或者42或者48或者50或者52邵氏D和上限是大约54或者56或者58或者60或者62邵氏D。该内芯的中心硬度(H中心材料)作为邵氏C单位测量优选的下限是大约38或者44或者52或者58或者60或者70或者74邵氏C和上限是大约76或者78或者80或者84或者86或者88或者90或者92邵氏C。关于内芯的外表面硬度(H中心表面)，这个硬度优选是大约25邵氏D或更大，和更优选的范围下限是大约大约26或者30或者34或者36或者38或者42或者48或者50或者52邵氏D和上限是大约54或者56或者58或者60或者62邵氏D。
同时，该外芯层优选的外表面硬度(H外芯的外表面)是大约40邵氏D或更大，和更优选的范围下限是大约40或者42或者44或者46或者48或者50或者52和上限是大约54或者56或者58或者60或者62或者64或者70或者74或者78或者80或者82或者85或者87或者88或者90邵氏D。外芯层外表面硬度(H外芯的外表面)作为邵氏C单位测量优选的下限是大约63或者65或者67或者70或者73或者76邵氏C，和上限是大约78或者80或者85或者87或者89或者90或者92或者95邵氏C，和外芯内表面(H外芯内表面)优选的硬度是大约40邵氏D或更大，和更优选的范围下限是大约40或者42或者44或者46或者48或者50或者52和上限是大约54或者56或者58或者60或者62或者64或者70或者74或者78或者80或者82或者85或者87或者88或者90邵氏D。
内芯组合物
优选该内芯组合物包含金属材料例如诸如铜、钢、黄铜、钨、钛、铝、镁、钼、钴、镍、铁、铅、锡、青铜、银、金和铂及其合金和组合。该金属材料可以分散在聚合物基质中，优选热固性橡胶材料中。该金属材料均匀分散在聚合物基质中来提供基本同质的组合物。将该金属材料充分混入聚合物基质中来防止形成团块和聚集体。将所形成的含金属的组合物用于形成具有相对高的比重的内芯结构，由此提供具有如下进一步讨论的较低的转动惯量的球。
能够用作聚合物粘合剂材料的合适的热固性橡胶材料是天然和合成橡胶，包括但不限于聚丁二烯，聚异戊二烯，乙烯丙烯橡胶(“EPR”)，乙烯-丙烯-二烯(“EPDM”)橡胶，苯乙烯-丁二烯橡胶，苯乙烯嵌段共聚物橡胶(例如“SI”、“SIS”、“SB”、“SBS”、“SIBS”等，这里“S”是苯乙烯，“I”是异丁烯和“B”是丁二烯)，开环聚环烯烃(polyalkenamer)例如诸如开环聚环辛烯(polyoctenamer)，丁基橡胶，卤丁基橡胶，聚苯乙烯弹性体，聚乙烯弹性体，聚氨酯弹性体，聚脲弹性体，茂金属催化的弹性体和热塑性弹性体，异丁烯和对烷基苯乙烯的共聚物，异丁烯和对烷基苯乙烯的卤代共聚物，丁二烯与丙烯腈的共聚物，聚氯丁烯，丙烯酸烷基酯橡胶，氯化的异戊二烯橡胶，丙烯腈氯化的异戊二烯橡胶以及其两种或更多种的混合物。
优选该橡胶组合物包含聚丁二烯。通常聚丁二烯是1，3-丁二烯的均聚物。1，3-丁二烯单体中的双键受到催化剂的攻击来生成聚合物链和形成具有期望的分子量的聚丁二烯聚合物。任何合适的催化剂可以用于合成聚丁二烯橡胶，这取决于期望的性能。通常，将过渡金属络合物(例如钕、镍或钴)或者烷基金属例如烷基锂用作催化剂。其他催化剂包括但不限于铝、硼、锂、钛及其组合。该催化剂生成了具有不同化学结构的聚丁二烯橡胶。在顺式键合构型中，聚丁二烯的主内聚合物链出现在聚丁二烯中所含的碳-碳双键的同一侧。在反式键合构型中，主内聚合物链处于聚丁二烯中内碳-碳双键的相反侧。该聚丁二烯橡胶可以具有顺式和反式键合结构的不同组合。一种优选的聚丁二烯橡胶的1，4顺式键含量是至少40%，优选大于80%和更优选大于90%。通常具有高1，4顺式键含量的聚丁二烯橡胶具有高的抗拉强度。该聚丁二烯橡胶可以具有相对高或者低的门尼粘度。
能够用于本发明的市售聚丁二烯橡胶的例子包括但不限于BR01和BR1220，其获自泰国曼谷的BST Elastomers；SE BR1220LA和SEBR1203，获自密歇根州Midland的DOW Chemical Co；BUDENE1207，1207s，1208和1280，获自俄亥俄州阿克伦城的Goodyear， Inc；BR01，51和730，获自日本东京的Japan Synthetic Rubber(JSR)；BUNA CB21，CB22，CB23，CB24，CB25，CB29 MES，CB60，CB Nd60，CB55 NF，CB70B，CB KA8967和CB1221，获自宾夕法尼亚州匹兹堡的LanxessCorp.；BR1208，获自韩国首尔的LG Chemical；UBEPOL BR130B，BR150，BR150B，BR150L，BR230，BR360L，BR710和VCR617，获自日本东京的UBE Industries，Ltd.；EUROPRENE NEOCIS BR60，INTENE60AF和P30AF和EUROPRENE BR HV80，获自意大利罗马的Polimeri Europa；AFDENE50和NEODENE BR40，BR45，BR50和BR60，获自南非Bruma的Karbochem(PTY) Ltd.；KBR01，NdBr40，NdBR-45，NdBr60，KBR710S，KBR710H和KBR750，获自韩国首尔的KumhoPetrochemical Co.；DIENE55NF，70AC和320AC，获自俄亥俄州阿克伦城的Firestone Polymers；和PBR-Nd Group II和Group III，获自TartarstanRepublic的Nizhnekamsk的Nizhneka mskneftekhim，Inc.。
聚丁二烯橡胶的用量是至少大约5重量%，基于组合物总重量，并且通常的存在量是大约5%-大约100%，或者量范围下限是5%或者10%或者20%或者30%或者40%或者50%和上限是55%或者60%或者70%或者80%或者90%或者95%或者100%。优选聚丁二烯橡胶浓度是大约40-大约95重量%。如果期望，较少量的其他热固性材料可以混入该基础橡胶中。这样的材料包括上述橡胶例如顺式聚异戊二烯、反式聚异戊二烯、树胶、聚氯丁烯、聚降冰片烯、开环聚环辛烯(polyoctenamer)、开环聚环戊烯(polypentenamer)、丁基橡胶、EPR、EPDM、苯乙烯-丁二烯等。
在另一种方案中，热塑性材料可以作为聚合物粘合剂，用于制造内芯所用的组合物中。这些热塑性聚合物包括例如含有酸基团的乙烯酸共聚物(其是至少部分中和的)。优选中和度大于70%，更优选至少90%和甚至更优选至少100%。这样的具有70%或更大中和度的乙烯酸共聚物通常称作高中和的聚合物(HNP)。能够用于形成本发明组合物的合适的乙烯酸共聚物通常称作乙烯、C3-C8α，β-烯属不饱和单或二羧酸和任选的软性单体的共聚物。共聚物可以包括而不限于乙烯酸共聚物，例如乙烯/(甲基)丙烯酸，乙烯/(甲基)丙烯酸/马来酸酐，乙烯/(甲基)丙烯酸/马来酸单酯，乙烯/马来酸，乙烯/马来酸单酯，乙烯/(甲基)丙烯酸/(甲基)丙烯酸正丁酯，乙烯/(甲基)丙烯酸/(甲基)丙烯酸异丁酯，乙烯/(甲基)丙烯酸/(甲基)丙烯酸甲酯，乙烯/(甲基)丙烯酸/(甲基)丙烯酸乙酯三元共聚物等。可以使用其他热塑性聚合物如聚酰胺，聚酰胺-醚和聚酰胺-酯，聚氨酯，聚脲，聚氨酯-聚脲杂合物，聚酯，聚烯烃，聚苯乙烯及其混合物。
如上所述，用于形成内芯的组合物包含金属材料。在一种方案中，该金属材料可以构成整个内芯。即，该金属材料包含100%的用于制造内芯的组合物。该金属材料优选处于实心球例如球轴承的形式。该金属球可以用作内芯(中心)，并且聚合物外芯层可以位于该金属中心周围。可选择的，金属填料，如下面进一步所述的，可以分散在聚合物粘合剂中来形成含金属的组合物，其可以用于制造该内芯。可以使用相对重的重量的金属材料，例如诸如选自下面的金属：铜，镍，钨，黄铜，钢，镁，钼，钴，铅，锡，银，金和铂合金。合适的钢材料包括例如铬钢，不锈钢，碳钢及其合金。可选择的或者除了该重的金属之外，可以使用相对轻重量金属材料例如钛和铝合金，限定该内芯层具有所需的比重。将金属填料以足量加入到组合物中，来获得下面进一步所述的期望的比重。
如果该内芯(中心)的尺寸小，并且使用致密的金属材料如钨，则获得期望的比重所需的钨量将是相对低的。将这样的致密金属材料的重量进一步浓缩，以使得需要更小量的材料。另一方面，如果使用低密度金属材料如铝，则达到所需比重所需的铝量将是相对高的。通常，该金属填料在组合物中的存在量是大约1%-大约60%。优选该金属填料在组合物中的存在量是20wt%或更低，15wt%或更低，或者12wt%或更低，或者10wt%或更低，或者6wt%或更低，或者4wt%或更低，基于组合物中聚合物的重量。
该芯结构(内芯和外芯层)的整体比重优选是至少1.8g/cc，更优选至少2.00g/cc和最优选至少2.50g/cc。通常该内芯的比重是至少大约1.00g/cc和通常是大约1.00-大约20.00。优选该内芯的比重下限是大约1.10或者1.20或者1.50或者2.00或者2.50或者3.50或者4.00或者5.00或者6.00或者7.00或者8.00g/cc和上限是大约9.00或者9.50或者10.00或者10.50或者11.00或者12.00或者13.00或者14.00或者15.00或者16.00或者17.00或者18.00或者19.00或者19.50g/cc。在一种优选的实施方案中，该内芯的比重是大约1.20-大约5.50g/cc，更优选大约1.25-大约3.25g/cc。
同时，该外芯层优选具有相对低的比重。因此内芯层的比重(SG内)优选大于外芯层比重(SG外)。例如该外芯层可以具有的比重范围下限是大约0.80，0.90g/cc，1.00或者1.25或者2.00或者2.50或者3.00或者3.50或者4.00，4.25或者5.00和上限是大约6.00或者6.50或者7.00或者7.25或者8.00或者8.50或者9.00或者9.25或者10.00g/cc。在一种优选的实施方案中，SG内优选大于SG外至少0.5g/cc，更优选0.75g/cc或更大和甚至更优选1.00g/cc或更大。在一种实施方案中，SG内和SG外之间的差值是大约0.5g/cc-大约2.0g/cc。
能够加入到用于形成内芯的聚合物基质中的合适的金属填料优选的比重值是大约1.5-大约19.5，和包括例如金属(或者金属合金)粉末，金属氧化物，金属硬脂酸盐，微粒，片等及其混合物。有用的金属(或者金属合金)粉末的例子包括但不限于铋粉末，硼粉末，黄铜粉末，青铜粉末，钴粉末，铜粉末，铁粉末，钼粉末，镍粉末，不锈钢粉末，钛金属粉末，氧化锆粉末，铝片，钨金属粉末，铍金属粉末，锌金属粉末或者锡金属粉末。金属氧化物的例子包括但不限于氧化锌、氧化铁、氧化铝、二氧化钛、氧化镁、氧化锆和三氧化钨。
外芯组合物
如上所述，该内芯可以由金属填充的热固性或者热塑性材料形成，和优选由金属填充的热固性橡胶形成。同样，该外芯层可以由热固性或者热塑性材料形成。优选该外芯层是由热固性橡胶组合物形成的。即，用于形成内芯的相同的橡胶组合物(除了用于将比重调整到期望水平的金属填料之外)也可以用于形成外芯层。因此每个内芯层和外芯层可以由聚丁二烯橡胶组合物形成。该橡胶组合物可以包含常规添加剂如自由基引发剂、交联剂、软和快剂和抗氧化剂，并且该组合物可以使用下面进一步所述的常规系统来固化。但是，该内芯和外芯层的比重将是不同的；因此在各自组合物中用于调整比重的金属填料的浓度和/或类型将是不同的。在一种实施方案中，该外芯层甚至可以不包含任何的金属材料。在另外一种实施方案中，该外芯层可以包含相对小浓度的金属填料，而该内芯包含大浓度的金属填料。
如上所述，内芯层比重(SG内)优选大于外芯层比重(SG外)。通常物体各自层的比重影响该物体的转动惯量(MOI)。通常球(或其他物体)关于给定轴的转动惯量指的是改变该球绕着所述轴转动的难度是多少。如果球的质量朝着中心浓缩(中心层的比重高于外层的比重)，则需要较少的力来改变它的转速，并且该球具有相对低的转动惯量。在这样的球中，大部分质量位于球旋转轴附近，需要较少的力来产生旋转。因此该球通常具有高的旋转速率。相反，如果球的质量朝着外表面浓缩(外层的比重高于中心层的比重)，则需要更大的力来改变它的转速，并且该球具有相对高的转动惯量。即，在这样的球中，大部分质量远离球的旋转轴布置，并且需要更大的力来产生旋转。这样的球通常具有低的旋转速率。
本发明的具有上述芯结构的高尔夫球表现出良好的回弹性和旋转控制。所形成的球具有相对高的复原系数(COR)，这允许它当用高尔夫杆击打时达到高的速度。因此，该球倾向于行进长的距离，这对于离开球座的驱动发射是特别重要的。同时，该球具有柔软的触觉和感觉。因此高尔夫球手对于球具有更好的控制，这当使用绿色植物附近的铁头球棒产生接近发射时是特别重要的。高尔夫球手可以轻触击球，以使得它在绿色植物上快速下落和停止。此外，职业和高水平业余高尔夫球手可以甚至更精确和发射控制的将逆转施加到球上。对于这样的高尔夫球手来说，正确的旋转和接触量可以容易的施加到球上。该球是更可击打的，并且高尔夫球手能够更舒适的使用这样的球。高尔夫球手可以击球，以使得它飞行正确的距离，同时保持对于飞行轨迹、旋转和位置的控制。
更具体的，如Sullivan的美国专利6494795和Ladd等人的美国专利7651415中所述，用于任何直径的球的转动惯量的式子是在CRC标准数学表第24版，1976在20页(下文CRC参考文献)中给出的。作为此处使用的，术语“比重”具有它通常和普通的含义，即，物质密度与4℃水密度之比，水在这个温度的密度是1g/cm3。比重可以根据ASTM测试规格ASTM D-792-98来测量。另外，本发明的芯典型的COR是大约0.75或更大；和优选大约0.80或更大。该芯的压缩优选是大约50-大约130和更优选大约70-大约110。
橡胶组合物的固化
本发明的橡胶组合物可以使用常规固化方法来固化。合适的固化方法包括例如过氧化物固化、硫固化、高能辐射及其组合。优选该橡胶组合物包含选自下面的自由基引发剂：有机过氧化物、能够产生自由基的高能辐射源及其组合。在一种优选的方案中，该橡胶组合物是过氧化物固化的。合适的有机过氧化物包括但不限于二枯基过氧化物；4，4-二(叔丁基过氧化)戊酸丁酯；1，1-二(叔丁基过氧化)3，3，5-三甲基环己烷；2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷；二叔丁基过氧化物；二叔戊基过氧化物；叔丁基过氧化物；叔丁基枯基过氧化物；2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己炔-3；二(2-叔丁基过氧化异丙基)苯；过氧化二月桂酰；过氧化二苯甲酰；叔丁基氢过氧化物；及其组合。在一种具体的实施方案中，自由基引发剂是二枯基过氧化物，包括但不限于
Figure BDA0000379083580000151
BC，市售自Akzo Nobel。过氧化物自由基引发剂通常在橡胶组合物中的存在量是至少0.05重量份，基于每100份的总橡胶，或者重量范围下限是0.05份或者0.1份或者1份或者1.25份或者1.5份或者2.5份或者5份，基于每100份的总橡胶，和重量上限是2.5份或者3份或者5份或者6份或者10份或者15份，基于每100份的总橡胶。浓度是每百份之一份(phr)单位，除非另有指示。作为此处使用的，术语“每百份之一份”也称作“phr”或“pph”，定义为相对于100重量份的聚合物组分，混合物中存在的具体组分的重量份数。算术上，这可以表达为成分的重量除以聚合物的总重量，乘以因子100。
该橡胶组合物可以进一步包括反应性共交联剂。合适的共交联剂包括但不限于具有3-8个碳原子的不饱和羧酸的金属盐；不饱和乙烯基化合物和多官能单体(例如三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)；亚苯基双马来酰亚胺；及其组合。合适的金属盐具体的例子包括但不限于丙烯酸酯、二丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯的一种或多种金属盐，其中该金属选自镁、钙、锌、铝、锂和镍。在一种具体的实施方案中，共交联剂选自丙烯酸酯、二丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯的锌盐。在另外一种具体实施方案中，该试剂是二丙烯酸锌(ZDA)。当该共交联剂是二丙烯酸锌和/或二甲基丙烯酸锌时，该共交联剂典型的占橡胶组合物的量范围下限是1或者5或者10或者15或者19或者20重量份，基于每100份的总橡胶，和上限是24或者25或者30或者35或者40或者45或者50或者60重量份，基于每100份的基础橡胶。
自由基猝灭剂例如卤代有机硫、有机二硫化物或者无机二硫化物化合物可以加入橡胶组合物中。这些化合物也可以充当“软和快剂”。作为此处使用的，“软和快剂”表示能够制造芯的任何化合物或其混合物：当与没有软和快剂所制备的等价的芯相比时，1)在恒定的“复原系数”(COR)时更柔软(具有低的压缩)；和/或2)更快(在相等的压缩时具有更高的COR)。优选的卤代有机硫化合物包括但不限于五氯硫酚(PCTP)和PCTP的盐例如五氯硫酚锌(ZnPCTP)。在高尔夫球内芯中使用PCTP和ZnPCTP有助于产生更软和更快的内芯。PCTP和ZnPCTP化合物有助于增加芯的回弹性和复原系数。在一种具体的实施方案中，该软和快剂选自ZnPCTP、PCTP、联甲苯二硫、二苯二硫、双二甲苯基二硫、2-硝基间苯二酚及其组合。
如上所述，配制本发明的组合物来具有比重水平，以使得它们能够用于形成高尔夫球的某些芯组分。除了上述金属填料之外，该橡胶组合物可以包含其他添加剂。有用的填料的例子包括但不限于碳质材料例如石墨和炭黑。石墨纤维、沉淀水合二氧化硅、粘土、滑石、玻璃纤维、芳酰胺纤维、云母、偏硅酸钙、硫酸钡、硫化锌、硅酸盐、硅藻土、碳酸钙、碳酸镁、橡胶再研磨料(其是再循环的未固化的橡胶材料，将其混合和研磨)、棉花短纤维、天然沥青、纤维素短纤维和皮革纤维。也可以使用微气球填料例如玻璃和陶瓷和飞灰填料。
在这种实施方案的一个具体方面，该橡胶组合物包括选自下面的填料：炭黑、纳米纤维(例如
Figure BDA0000379083580000161
和
Figure BDA0000379083580000162
纳米纤维，市售自Southern ClayProducts，Inc.，和和
Figure BDA0000379083580000164
纳米纤维，市售自Nanocor，Inc.)、滑石(例如
Figure BDA0000379083580000165
高长宽比滑石，市售自Luzenac America，Inc.)、玻璃(例如玻璃片、研磨玻璃和微玻璃)、云母和云母基颜料(例如
Figure BDA0000379083580000171
珠光颜料，市售自The Merck Group)及其组合。
另外，该橡胶组合物可以包括抗氧化剂来防止弹性体断裂。同样，加工助剂如高分子量有机酸及其盐可以加入该组合物中。合适的有机酸是脂肪族有机酸，芳族有机酸，饱和单官能有机酸，不饱和单官能有机酸，多不饱和单官能有机酸及其二聚衍生物。合适的有机酸具体的例子包括但不限于己酸，辛酸，发酸，月桂酸，硬脂酸，山嵛酸，芥酸，油酸，亚油酸，肉豆蔻酸，苯甲酸，棕榈酸，苯基乙酸，萘甲酸及其二聚衍生物。该有机酸是脂肪族、单官能(饱和、不饱和或者多不饱和)有机酸。这些有机酸的盐也可以使用。有机酸的盐包括钡、锂、钠、锌、铋、铬、钴、铜、钾、锶、钛、钨、镁、铯、铁、镍、银、铝、锡或钙的盐，脂肪酸特别是硬脂酸、山嵛酸、芥酸、油酸、亚油酸或者其二聚衍生物的盐。优选的是本发明的有机酸和盐是相对非迁移的(它们在环境温度下不会渗透到聚合物表面)和非挥发性的(它们在熔体混合所需的温度不挥发)。
其他成分例如加速剂(例如四甲基秋兰姆)、加工助剂、染料和颜料、润湿剂、表面活性剂、增塑剂、着色剂、荧光剂、化学鼓泡和发泡剂、消泡剂、稳定剂、软化剂、冲击改性剂、抗氧化剂、抗臭氧剂以及现有技术已知的其他添加剂可以加入该橡胶组合物中。
覆层结构
本发明的高尔夫球芯可以用一种或多种覆层包封。在一种方案中，该高尔夫球包括包含内和外覆层的多层的覆层。该内覆层优选是由这样的组合物形成，其包含离聚物或者两种或更多种离聚物的混合物，其有助于赋予球硬度。在一种具体的实施方案中，该内覆层是由包含高酸离聚物的组合物形成。一种特别合适的高酸离聚物是
Figure BDA0000379083580000172
(DuPont)。
Figure BDA0000379083580000173
是乙烯和甲基丙烯酸的共聚物，酸含量是19wt%，其是45%用钠中和的。在另外一种具体实施方案中，该内覆层是由包含高酸离聚物和马来酸酐接枝的非离聚物聚合物的组合物形成的。一种特别合适的马来酸酐接枝聚合物是Fusabond
Figure BDA0000379083580000181
(DuPont)。
Figure BDA0000379083580000182
是一种马来酸酐接枝的、茂金属催化的乙烯-丁烯共聚物，其具有大约0.9wt%的接枝到该共聚物上的马来酸酐。一种特别优选的高酸离聚物和马来酸酐接枝聚合物的混合物是84wt%/16wt%的Surlyn
Figure BDA0000379083580000183
和混合物。高酸离聚物与马来酸酐接枝聚合物的混合物进一步公开在例如美国专利No.6992135和6677401中，其整个公开内容在此引入作为参考。
该内覆层还可以由包含50/45/5的
Figure BDA0000379083580000185
960混合物的组合物形成，和在一种特别优选的实施方案中，该组合物的材料硬度是80-85邵氏C。在仍然的另外一种方案中，该内覆层是由包含50/25/25的
Figure BDA0000379083580000186
混合物的组合物形成，优选的材料硬度是大约90邵氏C。该内覆层也可以由包含50/50的
Figure BDA00003790835800001819
混合物的组合物形成，优选的材料硬度是大约86邵氏C。还可以使用包含50/50的和混合物的组合物。
Figure BDA0000379083580000189
是一种E/MAA共聚物，在其中MAA酸基团已经用钠离子部分中和。
Figure BDA00003790835800001810
和
Figure BDA00003790835800001811
是两种不同等级的E/MAA共聚物，在其中MAA酸基团已经用锌离子部分中和。
Figure BDA00003790835800001812
是一种名义上用15wt%的甲基丙烯酸制成的E/MAA共聚物树脂。
广泛的多种材料可以用于形成外覆层，包括例如聚氨酯；聚脲；聚氨酯和聚脲的共聚物、混合物和杂合物；烯烃基共聚物离聚物树脂(例如
Figure BDA00003790835800001813
离聚物树脂和
Figure BDA00003790835800001814
和
Figure BDA00003790835800001815
市售自DuPont；离聚物，市售自ExxonMobil Chemical Company；IO乙烯丙烯酸共聚物离聚物，市售自The Dow Chemical Company；和
Figure BDA00003790835800001818
离聚物树脂，市售自A.Schulman Inc.)；聚乙烯，包括例如低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯；聚丙烯；橡胶增强的烯烃聚合物；酸共聚物，例如聚(甲基)丙烯酸，其不变成离聚物共聚物的一部分；热塑性弹性体；柔韧剂；苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物；苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯嵌段共聚物；动态硫化的弹性体；乙烯和乙酸乙烯酯共聚物；乙烯和甲基丙烯酸酯共聚物；聚氯乙烯树脂；聚酰胺，聚(酰胺-酯)弹性体，和离聚物共聚物和聚酰胺的接枝共聚物，包括例如
Figure BDA0000379083580000191
热塑性聚醚嵌段酰胺，市售自Arkema Inc；交联的顺式聚异戊二烯及其混合物；聚酯基热塑性弹性体例如
Figure BDA0000379083580000192
市售自DuPont或者
Figure BDA0000379083580000193
市售自Ticona Engineering Polymers；聚氨酯基热塑性弹性体例如
Figure BDA0000379083580000194
市售自BASF；合成或者天然的硫化橡胶；及其组合。Ca稳定的聚氨酯，聚脲和聚氨酯-聚脲杂合物是特别令人期望的，因为这些材料可以用于制造具有高回弹性和柔软感觉的高尔夫球。用术语“聚氨酯和聚脲杂合物”表示包括其共聚物和混合物。
聚氨酯、聚脲和聚氨酯/聚脲的混合物、共聚物和杂合物也特别适于形成覆层。当用作覆层材料时，聚氨酯和聚脲可以是热固性或者热塑性的。热固性材料可以通过常规浇铸或者反应注塑技术形成高尔夫球层。热塑性材料可以通过常规压塑或者注塑技术形成高尔夫球层。
该内覆层优选的材料硬度范围下限是70或者75或者80或者82邵氏C和上限是85或者86或者90或者92邵氏C。中间层厚度优选的范围下限是0.010或者0.015或者0.020或者0.030英寸和上限是0.035或者0.045或者0.080或者0.120英寸。外覆层优选的材料硬度是85邵氏C或更小。该外覆层的厚度优选的范围下限是0.010或者0.015或者0.025英寸和上限是0.035或者0.040或者0.055或者0.080英寸。用于测量高尔夫球中层硬度的方法在下面进一步详细描述。
如上所述，本发明的芯结构可以用一种或多种覆层包封。在一种实施方案中，形成了包含内和外覆层的多层的覆层，这里该内覆层的厚度是大约0.01英寸-大约0.06英寸，更优选大约0.015英寸-大约0.040英寸，和最优选大约0.02英寸-大约0.035英寸。在这种方案中，该内覆层是由部分或者完全中和的离聚物形成的，其邵氏D硬度大于大约55，更优选大于大约60和最优选大于大约65。该外覆层在这种实施方案中优选的厚度是大约0.015英寸-大约0.055英寸，更优选大约0.02英寸-大约0.04英寸，和最优选大约0.025英寸-大约0.035英寸，硬度是大约邵氏D80或更小，更优选70或更小，和最优选大约60或更小。这种方案中内覆层硬于外覆层。一种优选的外覆层是钙稳定的或者反应注塑聚氨酯、聚脲或者其共聚物、混合物或杂合物，具有大约40-大约50的邵氏D硬度。在另外一种多层覆层、双芯实施方案，该外覆层和内覆层材料和厚度是相同的，但是硬度范围相反，即，外覆层硬于内覆层。对于这种较硬外覆层/较软内覆层实施方案，上述离聚物树脂优选被用作外覆层材料。
高尔夫球结构
本发明的高尔夫球的实心芯可以使用任何合适的常规技术来制造，例如诸如压塑或注塑。典型的，该内芯是通过压塑一块未固化的或者轻微固化的聚丁二烯橡胶材料成为球形结构来形成的。包围内芯的外芯是通过在内芯上模制组合物来形成的。可以使用压塑或注塑技术。然后施用中间层和/或覆层。在这个步骤之前，芯结构可以表面处理来提高它的外表面和将要施用到该芯上的接下来的层之间的附着性。这样的表面处理可以包括机械或者化学研磨该芯的外表面。例如该芯可以进行电晕放电、等离子体处理、硅烷浸渍或者本领域技术人员已知的其他处理方法。
该覆层是在芯或者球组件(芯结构和位于该芯周围的任何中间层)上使用合适的技术来形成的，例如诸如压塑、挡板模塑(flip-molding)、注塑、可伸缩销注塑、反应注塑(RIM)、液体注塑、浇铸、喷射、粉末涂覆、真空成形、流涂、浸渍、旋涂等。优选每个覆层分别在球组件上形成。例如乙烯酸共聚物离聚物组合物可以注塑来生产半壳。可选择的，该离聚物组合物可以放入压缩模具中，并且在足够的压力、温度和时间下模制来产生半球形壳。该光滑表面的半球壳然后置于压塑模具中的球组件周围。在足够的加热和压力下，该壳熔合在一起来形成包围所述组件的内覆层。在另外一种方法中，使用可伸缩销注塑将该离聚物组合物直接注塑到芯上。包含聚氨酯或者聚脲组合物的外覆层可以使用浇铸方法来形成。
例如在一种浇铸方法的方案中，将反应性聚氨酯预聚物和扩链剂(固化剂)的液体混合物倾倒入下和上模腔中。然后将高尔夫球组件以受控的速度落入该反应性混合物中。球吸盘能够经由减压或者部分真空将该球组件保持在适当位置上。在该反应性混合物足够凝胶化之后(典型的大约4-大约12秒)，除去真空，并且将该中间球释放到模腔中。然后在足够的压力和加热下将上模腔和下模腔密配。当该聚氨酯预聚物和扩链剂混合时发生了放热反应，并且这持续到该覆层材料包封和凝固在该球组件周围为止。最后，将该模制的球在模具中冷却，并且当该模制的覆层足够硬时除去，以使得它能够不变形的进行处理。
在该高尔夫球从模具中除去后，它们可以使用现有技术已知的技术进行修饰步骤例如闪蒸修整、表面处理、标记、涂覆等。例如在传统的白色着色高尔夫球中，带有白色颜料的覆层可以使用合适的方法例如诸如电晕、等离子体或者紫外(UV)光处理来进行表面处理。然后，标记如商标、符号、标志图、字母等可以使用移印(pad-printing)、喷墨印刷、染料升华或者其他合适的印刷方法印刷到球的覆层上。将透明表面涂层(例如底漆和面涂层，其可以包含荧光增白剂)施用到覆层上。所形成的高尔夫球具有光泽和耐久性饰面。
在另外一种修饰方法中，将该高尔夫球用一种或多种油漆涂料进行涂漆。例如白色底漆可以首先施用到球的表面，然后将白色面涂漆可以施用到该底漆上。当然，该高尔夫球可以用其他颜色如红色、蓝色、橙色和黄色进行涂漆。如上所述，标记例如商标和标志图可以施用到该高尔夫球的涂漆覆层上。最后，透明表面涂层可以施用到该覆层来提供光泽外观和保护球上印刷的任何标志图和其他标记。
不同的球结构可以使用本发明的芯结构来制造，如上述图1和2所示。这样的高尔夫球设计包括例如3层、4层和5层设计。应当理解图1和2所示的高尔夫球仅仅是用于说明性目的，并不表示限制性的。其他高尔夫球结构可以根据本发明来制造。
测试方法
硬度。芯的中心硬度是根据下面的程序获得的。将该芯轻轻压入内径大致稍小于该芯直径的半球形支座中，以使得该芯保持在该支座半球部分的适当位置上，同时离开曝露的芯的几何中心平面。通过摩擦将该芯固定在该支座中，以使得它在切割和研磨步骤过程中将不移动，但是该摩擦不能过大，以至于将导致所述芯的自然形状发生扭曲。固定该芯，以使得该芯的分缝线大致平行于支座顶部。在固定之前，在这个方向90度上测量所述芯的直径。还进行了从支座底部到芯顶部的测量，来提供将来计算的参考点。使用带锯或者其他适当的切割工具在该芯曝露的几何中心稍上处进行了粗切割，确保该芯在这个步骤过程中在支座中不移动。将该芯仍然处于支座中的其余部分固定到表面研磨机的底座上。将曝露的“粗糙”表面研磨成光滑的平坦表面，露出该芯的几何中心，其可以通过测量从支座底部到所述芯曝露的表面的高度来验证，确保上面测量的该芯初始高度的准确一半已经被除去到0.004英寸内。将该芯留在支座中，用中心方块找出该芯的中心，并且仔细标记，在该中心标记处根据ASTMD-2240测量硬度。在距离该芯的中心任意距离处的另外的硬度测量然后可以如下来进行：从该中心标记画出径向朝外的线，并测量沿着该线的任何给定距离处的硬度，典型的是从该中心以2mm增量进行测量。在从该中心特定距离处的硬度应当沿着分别位于180°分开或者90°分开的至少两个，优选四个放射臂来测量，然后平均。进行了在通过几何中心的平面上进行的全部硬度测量，同时该芯仍然处于支座中，并且没有扰乱它的定向，这样测试表面一直平行于支座底部，和因此也平行于硬度计适当排列的底部。
高尔夫球层的外表面硬度是在该层的实际外表面上测量的，并且是由在相反的半球上取得的多个测量值的平均来获得的，要小心避免在所述芯的接缝线上或者在表面缺陷上如孔或者凸起上进行测量。硬度测量是按照ASTM D-2240“Indentation Hardness of Rubber and Plastic by Means of a Durometer”来进行的。由于是曲表面，必须仔细来确保在获得表面硬度读数之前，高尔夫球或者高尔夫球组件在压痕硬度计下居中。使用一种校正的数字硬度计(能够读取到0.1硬度单位)用于硬度测量。该数字式硬度计必须连接到，并且它的底部平行于自动台的底部。硬度计上的重量和侵蚀速率符合ASTM D-2240。
在某些实施方案中，沿着“正”或“负”梯度所测量的一点或多点会高于或者低于通过该梯度和它的最外和最内硬度值的线拟合。在一种可选择的优选的实施方案中，沿着特别陡峭的“正”或“负”梯度的最硬的点会高于内芯(几何中心)或外芯层(内表面)最内部分的值，只要最外点(即，内芯外表面)大于(对于“正”来说)或者低于(对于“负”来说)该最内点(即，内芯的几何中心或者外芯层的内表面)，以使得该“正”和“负”梯度保持原样就行。
如上所述，高尔夫球层的硬度梯度方向是通过在具体层的外和内表面处取得的硬度测量值差异来定义的。单芯球中的内芯的中心硬度和内芯外表面的硬度或者外芯层很容易根据上面提供的测试程序来测定。如果测量是在用另外的芯层包围所述层之前进行，则双芯球中内芯层(或者其他任选的中间芯层)外表面也容易根据这里给出的用于测量高尔夫球层外表面硬度的程序来测定。一旦另外的芯层包围了所关注的层，则任何内或者中间层的内和外表面硬度会难以测定。所以在本发明中，当内层被另外一种芯层包围后需要芯层的内或者外表面硬度时，使用上述用于测量距离界面1mm处的点的测试程序。
同样应当理解在“材料硬度”和“直接在高尔夫球上测量的硬度”之间存在着原理的差异。在本发明中，材料硬度是根据 ASTM D2240来测量的，并且通常包括测量由该材料形成的平坦的“厚片”或“钮扣”的硬度。直接在高尔夫球(或者其他球形表面)上测量的表面硬度典型的产生了不同的硬度值。“表面硬度”和“材料硬度”值的差异归因于几个因素，包括但不限于球结构(即，芯类型、芯和/或覆层数目等)、球（球体）直径和相邻层的材料组成。还应当理解两种测量技术不是线性相关的，因此一种硬度值不会容易的与另一相关。邵氏硬度(例如邵氏C或者邵氏D硬度)是根据测试方法ASTM D-2240来测量的。
压缩。如Jeff Dalton的Compression by Any Other Name，Science andGolf IV，Proceedings of the World Scientific Congress of Golf(Eric Thained.，Routledge，2002)(“J.Dalton”)中所述，几种不同的方法可以用于测量压缩，包括Atti压缩、Riehle压缩、在多个固定负荷和偏移处的负荷/挠曲测量、和有效模量。在本发明中，“压缩”指的是Atti压缩，并且是根据已知的程序，使用Atti压缩测试装置来测量的，其中使用活塞来在弹簧上压缩球。固定活塞的行进，并且测量弹簧的挠曲。弹簧挠曲的测量不是由它与球接触开始的；而是存在着弹簧挠曲的大约第一1.25mm(0.05英寸)的补偿。非常低刚性的芯将不引起弹簧挠曲大于1.25mm，所以具有零压缩测量值。设计Atti压缩测试仪来测量直径42.7mm(1.68英寸)的物体；因此较小的物体例如高尔夫球芯必须垫高到42.7mm的总高度，来获得精确读数。从Atti压缩向Riehle(芯)、Riehle(球)、100kg挠曲、130-10kg挠曲或者有效模量的转化可以根据J.Dalton中给出的式来进行。压缩可以如McNamara等人的美国专利7777871所述来测量，其公开内容在此引入作为参考。
复原系数(“COR”)。COR是根据已知的程序测定的，其中将高尔夫球或者高尔夫球组件(例如高尔夫球芯)以两个给定的速度从空气炮中发射，使用125ft/s的速度来计算。弹道遮光板位于空气炮和处于固定距离的钢板之间来测量球速度。当球朝着钢板运行时，它激活了每个遮光板，并且测量球在每个遮光板的时间。这提供了与球的引入速度成反比例的引入通过时间。球冲击钢板并且回弹，这样它再次穿过遮光板。当回弹球激活了每个遮光板时，测量在每个遮光板处的球时间。这提供了与球的离开速度成反比例的离开通过时间。COR然后作为球离开通过时间与球引入通过时间之比来计算(COR=V离开/V引入=T引入/T离 开)。
当在这里阐述数值下限和数值上限时，预期的是可以使用这些值的任意组合。不同于在操作实施例中，或者除非另有明确规定，否则全部的数值范围、量、值和百分比例如用于说明书中的材料和其他的量的那些可以视同用措辞“大约”前缀来解读，即使术语“大约”不会明确与所述值、量或者范围一起出现。因此除非有相反指示，否则说明书和附加的权利要求中所述的数字参数是近似的，其可以根据本发明寻求获得的期望的性能来变化。
全部的专利、公开文献、测试程序以及这里引用的其他参考文献，包括优选权文献，是以这样的程度充分引入作为参考的，即，该公开文献不与本发明相矛盾，并且用于这样的引入允许的全部的权限中。
应当理解这里所述和所示的组合物和高尔夫球产品仅仅代表了本发明的一些实施方案。本领域技术人员将理解可以对所述组合物和产品进行不同的改变和增加，而不脱离本发明的主旨和范围。它的目的是用附加的权利要求覆盖全部这样的实施方案。

Claims (28)

1.一种具有多层的芯的高尔夫球，其包含：
i)包含金属材料的内芯，该内芯具有大约0.100英寸-大约1.100英寸的直径、比重(SG内)和外表面硬度(H中心表面)和中心硬度(H中心材料)，该H中心表面大于H中心 材料来提供正硬度梯度；
ii)包含热固性材料的外芯层，该外芯层位于内芯的周围，并且具有大约0.200英寸-大约1.200英寸的厚度、比重(SG外)和40-85邵氏D的外表面硬度((H外芯的外表面)和42-87邵氏D的内表面硬度(H外芯的内表面)，该H外芯的外表面等于或小于H外芯的内表面来提供零或者负硬度梯度，其中SG内大于SG外，并且该内芯层的直径小于该外芯层的厚度；和
iii)覆层，其具有位于该多层的芯周围的至少一层。
2.权利要求1的高尔夫球，其中该内芯的金属材料是选自下面的金属：
铜、钢、黄铜、钨、钛、铝、镁、钼、钴、镍、铁、锡、青铜、银、金和铂及其合金和组合。
3.权利要求1的高尔夫球，其中该内芯的直径是大约0.100英寸-大约0.500英寸和比重是大约1.60g/cc-大约6.25g/cc。
4.权利要求1的高尔夫球，其中该内芯的直径是大约0.30英寸-大约0.80英寸和比重是大约1.80g/cc-大约5.00g/cc。
5.权利要求1的高尔夫球，其中该H中心材料是大约44邵氏D-大约74邵氏D。
6.权利要求1的高尔夫球，其中该外芯层包含选自下面的热固性橡胶材料：聚丁二烯、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶、聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、开环聚环烯烃、丁基橡胶、卤丁基橡胶、聚苯乙烯弹性体、异丁烯和对烷基苯乙烯的共聚物、异丁烯和对烷基苯乙烯的卤代共聚物、丁二烯与丙烯腈的共聚物、聚氯丁烯、丙烯酸烷基酯橡胶、氯化的异戊二烯橡胶、丙烯腈氯化的异戊二烯橡胶,及其混合物。
7.权利要求6的高尔夫球，其中该橡胶材料是聚丁二烯。
8.权利要求1的高尔夫球，其中该外芯层的厚度是大约0.250英寸-大约0.750英寸和比重是大约0.60g/cc-大约4.10g/cc。
9.权利要求1的高尔夫球，其中H外芯的外表面是大约40邵氏D-大约70邵氏D。
10.权利要求1的高尔夫球，其中该多层的芯的比重是大约1.10g/cc-大约5.75g/cc。
11.权利要求1的高尔夫球，其中该内芯的正硬度梯度是大约3-大约20邵氏D单位。
12.权利要求1的高尔夫球，其中该外芯的零或者负硬度梯度是大约0-大约负15邵氏D单位。
13.权利要求1的高尔夫球，其中该覆层是厚度为大约0.015英寸-大约0.090英寸的单层，并且是由热塑性或者热固性材料形成的。
14.权利要求1的高尔夫球，其中该覆层包含内覆层和外覆层，每个覆层具有表面硬度，其中该内覆层的表面硬度大于该外覆层的表面硬度。
15.权利要求1的高尔夫球，其中该覆层包含内覆层和外覆层，每个覆层具有表面硬度，其中该外覆层的表面硬度大于该内覆层的表面硬度。
16.权利要求1的高尔夫球，其中该覆层具有由包含选自下面的聚合物的组合物形成的至少一个层：乙烯酸共聚物离聚物、聚酯、聚酰胺、聚酰胺-醚、聚酰胺-酯、聚氨酯、聚脲、含氟聚合物、聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酮、聚酰胺酰亚胺及其混合物。
17.一种具有多层的芯的高尔夫球，其包含：
i)包含金属材料的内芯，该内芯具有大约0.100英寸-大约1.100英寸的直径、比重(SG内)和外表面硬度(H中心表面)和中心硬度(H中心材料)，该H中心表面大于H中心 材料来提供正硬度梯度；
ii)包含热固性材料的外芯层，该外芯材料位于内芯的周围，并且具有大约0.200英寸-大约1.200英寸的厚度、比重(SG外)和43-88邵氏D的外表面硬度((H外芯的外表面)和40-85邵氏D的内表面硬度(H外芯的内表面)，该H外芯的外表面等于或小于H外芯的内表面来提供正硬度梯度，其中SG内大于SG外，并且该内芯层的直径小于该外芯层的厚度；和
iii)覆层，其具有位于该多层的芯周围的至少一层。
18.权利要求17的高尔夫球，其中该内芯的金属材料是选自下面的金属：
铜、钢、黄铜、钨、钛、铝、镁、钼、钴、镍、铁、锡、青铜、银、金和铂及其合金和组合。
19.权利要求17的高尔夫球，其中该内芯的直径是大约0.100-大约0.500英寸和比重是大约1.60g/cc-大约6.25g/cc。
20.权利要求17的高尔夫球，其中该外芯层的厚度是大约0.250-大约0.750英寸和比重是大约0.60g/cc-大约4.10g/cc。
21.一种具有多层的芯的高尔夫球，其包含：
i)包含金属材料的内芯，该内芯具有大约0.100英寸-大约1.100英寸的直径、比重(SG内)和外表面硬度(H中心表面)和中心硬度(H中心材料)，该H中心表面等于或小于H中心材料来提供零或者负硬度梯度；和
ii)包含热固性材料的外芯层，该外芯材料位于内芯的周围，并且具有大约0.200英寸-大约1.200英寸的厚度、比重(SG外)和40-85邵氏D的外表面硬度((H外芯的外表面)和42-87邵氏D的内表面硬度(H外芯的内表面)，该H外芯的外表面等于或小于H外芯的内表面来提供零或者负硬度梯度，其中SG内大于SG外，并且该内芯层的直径小于该外芯层的厚度；和
iii)覆层，其具有位于该多层的芯周围的至少一层。
22.权利要求21的高尔夫球，其中该内芯的金属材料是选自下面的金属：
铜、钢、黄铜、钨、钛、铝、镁、钼、钴、镍、铁、锡、青铜、银、金和铂及其合金和组合。
23.权利要求21的高尔夫球，其中该内芯的直径是大约0.100-大约0.500英寸和比重是大约1.60g/cc-大约6.25g/cc。
24.权利要求21的高尔夫球，其中该外芯层的厚度是大约0.250-大约0.750英寸和比重是大约0.60g/cc-大约4.10g/cc。
25.一种具有多层的芯的高尔夫球，其包含：
i)包含金属材料的内芯，该内芯具有大约0.100英寸-大约1.100英寸的直径、比重(SG内)和外表面硬度(H中心表面)和中心硬度(H中心材料)，该H中心表面等于或小于H中心材料来提供零或者负硬度梯度；和
ii)包含热固性材料的外芯层，该外芯材料位于内芯的周围，并且具有大约0.200英寸-大约1.200英寸的厚度、比重(SG外)和43-88邵氏D的外表面硬度((H外芯的外表面)和40-85邵氏D的内表面硬度(H外芯的内表面)，该H外芯的外表面大于H外芯的内表 面来提供正硬度梯度，其中SG内大于SG外，并且该内芯层的直径小于该外芯层的厚度；和
iii)覆层，其具有位于该多层的芯周围的至少一层。
26.权利要求25的高尔夫球，其中该内芯的金属材料是选自下面的金属：
铜、钢、黄铜、钨、钛、铝、镁、钼、钴、镍、铁、锡、青铜、银、金和铂,及其合金和组合。
27.权利要求25的高尔夫球，其中该内芯的直径是大约0.100-大约0.500英寸和比重是大约1.60g/cc-大约6.25g/cc。
28.权利要求25的高尔夫球，其中该外芯层的厚度是大约0.250-大约0.750英寸和比重是大约0.60g/cc-大约4.10g/cc。
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