CN105522676A - 一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，包括调配膨胀材料→置入膨胀材料→加热固化定型→浸水四个步骤，其膨胀材料是由非水溶性的发泡材料和水溶性材料组成，再使膨胀材料内置于碳纤维或玻璃纤维布内；将前述装有膨胀材料的纤维布进行加热处理，在加热过程中，该膨胀材料受热膨胀而从内部形成压力将纤维布胀起定型，固化定型为一纤维件，从模具中取出成品，浸泡于水中，其中水溶性材料遇水溶解，使膨胀后非水溶性的发泡材料之间存在间隙，形成松散结构，从而可以从膨胀腔内排出，使碳纤维或玻璃纤维件内部形成无膨胀材料的中空结构，藉此，采用本发明方法无需担心膨胀材料注入产品内部增加了重量。

Description

一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法

技术领域

本发明涉及碳纤维或玻璃纤维的成型领域技术，尤其是指一种通过可溶于水的膨胀材料进行发泡，热固成型后浸于水中即使将膨胀材料排出的碳纤维或玻璃纤维的成型方法。

背景技术

碳纤维和玻璃纤维是性能优越的无机非金属材料，广泛应用于各种产品中，尤其是羽毛球拍、网球拍类产品采用碳纤维制作已经非常普遍。

习知的纤维质产品的制作方法有吹气法、发泡成型法、模压三种。

吹气法是首先将碳纤维或玻璃纤维等通过层压的方式制作成具有一定厚度可卷曲的纤维布，然后将该纤维布卷起来以形成一软管形的卷状体。随后，将这一软管状物体放入用于制作产品的打开的模具中，并将模具闭合。为了将软管壁定位成型地压贴在模具内壁上，需要于模具中的软管中充入压缩空气，以形成内高压而将软管胀起，并在此状态下进行高温固化。在这些过程之后，产品框架就形成了，并可以由模具中取出。

但是吹气法存在以下缺点：一、成型良率过低，实际作业时发现，充入的压缩空气常常会出现漏气和压力局部不平衡等问题，使得产品在成型的过程中极易产生变形现象，而最终影响到产品成型品质，不良率难以获得有效改善。二，吹气法由于自身限制无法生产一些结构复杂的产品，例如内部结构封闭、出现隔离或肋条之后，用于吹气的通道被隔绝，无法吹气，使得无法成型。

发泡成型的方法可参照申请号为201310220948.3的发明专利，其公开一种碳纤维羽毛球拍无风压成型方法，采用发泡成型的方式基本上能解决吹气成型所存在的缺陷。但是发泡成型的缺点在于：膨胀材料内置于产品的管内腔中，与产品结合为一体，成型后不能分离，不能排出。本领域技术人员均知道，采用膨胀材料越多，成型时管材内部的气压越强，成型的球拍管质量越好。然而，对于球拍而言，轻量化是评价球拍质量的一个重要指标，为了减轻成品的总体质量，会尽可能少注入膨胀材料，如果膨胀材料用量过少，发泡时内部压力不足，会引起球拍质量问题。

模压成型的方法可参考中国公开发明专利CN104139530，是采用热发泡材料和多层连续纤维层按照一定的重量比相间依次铺层，将铺层好的多层碳纤维编织物及热塑发泡材料装入模具中，在250-280度加热1-2分钟，在1MPa下加压1-2分钟，在4-8MPa下热压成型4-8分钟，骤冷至150度以下脱模。这种模压成型的方法生产步骤复杂，需要在较高的压力下成型，生产成本高，因此存在有进一步改良的必要。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，通过可溶于水的膨胀材料进行发泡，热固成型后浸于水中即可将膨胀材料排出，使碳纤维或玻璃纤维产品内部完全中空，减轻了产品的重量。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，包括以下步骤

步骤一，调配膨胀材料：膨胀材料是由非水溶性的发泡材料和水溶性材料组成；

步骤二，置入膨胀材料：使膨胀材料内置于碳纤维或玻璃纤维布内；

步骤三，加热固化定型：将前述装有膨胀材料的碳纤维或玻璃纤维布进行加热处理，在加热过程中，该膨胀材料受热膨胀而从内部形成压力将纤维布胀起定型，固化定型为一碳纤维或玻璃纤维件；

步骤四，浸水：从模具中取出成品，浸泡于水中，其中水溶性材料遇水溶解，使膨胀后非水溶性的发泡材料之间存在间隙，形成松散结构，从而可以从膨胀腔内排出，使碳纤维或玻璃纤维件内部形成无膨胀材料的中空结构。

作为一种优选方案，所述步骤一中，膨胀材料是由发泡材料和水溶性材料直接混合而成。

作为一种优选方案，所述膨胀材料是由水溶性材料包覆于发泡材料外形成，包覆后进行烘干处理。

作为一种优选方案，所述水溶性材料是聚乙烯醇或聚乙二醇。

作为一种优选方案，所述发泡材料是热可塑塑胶发泡粉。

作为一种优选方案，步骤二中，注入膨胀材料的方法是：首先将膨胀材料装入一长条管状塑胶薄膜袋中，然后在卷制纤维管时，取用该塑胶薄膜袋作为其卷绕中心，使纤维布卷绕包覆于塑胶薄膜袋外，进而将膨胀材料卷入纤维管中。

作为一种优选方案，步骤二中，注入膨胀材料的方法是：在卷制纤维管时，取用一辅助杆作为卷绕中心，与纤维布一起卷绕包覆于辅助杆外；接着，抽出该辅助杆，使纤维管的中心形成中空，然后再注入膨胀材料于纤维管的中空腔中，藉此完成将膨胀材料注入纤维管中的过程。

作为一种优选方案，步骤二中，置入膨胀材料的方法是，使膨胀材料初次低温发泡预成型，使纤维布卷绕包覆于预成型品外，再进行如步骤三的二次高温发泡。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其由于膨胀材料是由非水溶性的发泡材料和水溶性材料组成，水溶性材料与发泡材料混合或者包覆于发泡材料外，热固化成型碳纤维或玻璃纤维产品后，浸泡于水中，水溶性材料遇水溶解，从而使膨胀材料全部排出，在产品内部用于装膨胀材料的腔室形成中空。相对于传统无法排出膨胀材料的结构，本发明方法发泡时可以更多地加入膨胀材料，在内腔形成更强的内压，无需担心膨胀材料注入产品内部增加了重量。尤其是，本发明方法对于生产具有加强肋条的拍框更为有利，拍框成型后需要打孔穿线，打孔作业后恰好提供了水进入内腔溶解水溶性材料的通道，便于排出膨胀材料，减轻拍框重量。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之第一实施例调配膨胀材料的生产步骤的示意图；

图2是本发明之第一实施例加热固化定型前的生产步骤的示意图；

图3是本发明之第一实施例加热固化定型后的生产步骤的示意图；

图4是本发明之第二实施例调配膨胀材料的生产步骤的示意图；

图5是本发明之第二实施例加热固化定型前的生产步骤的示意图；

图6是本发明之第二实施例加热固化定型后的生产步骤的示意图；

图7是应用本发明方法生产的其中一种产品的示意图。

附图标识说明：

10、膨胀材料11、发泡材料

12、水溶性材料20、模具

21、模穴30、碳纤维或玻璃纤维布

40、拍框41、加强肋条

42、孔。

具体实施方式

请参照图1至图3所示，其显示出了本发明之第一实施例的具体生产步骤和结构，是一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，此种方法还可用于生产KEVLAR(中文称克维拉)纤维或与之类似的材料。

成型方法包括以下步骤：

步骤一，调配膨胀材料10：膨胀材料10是由非水溶性的发泡材料11和水溶性材料12组成；

步骤二，置入膨胀材料10：使膨胀材料10内置于碳纤维或玻璃纤维布30内；

步骤三，加热固化定型：将前述装有膨胀材料10的碳纤维或玻璃纤维布30置入成型模具20中加热，在加热过程中，该膨胀材料10受热膨胀而从内部形成压力将纤维布胀起紧贴于模穴21内壁面上定型，固化定型为一碳纤维或玻璃纤维件；

步骤四，浸水：从模具20中取出成品，浸泡于水中，其中水溶性材料12遇水溶解，使膨胀后非水溶性的发泡材料11之间存在间隙，形成松散结构，从而可以从膨胀腔内排出，使碳纤维或玻璃纤维件内部形成无膨胀材料10的中空结构。

其中，所述膨胀材料10是由水溶性材料12包覆于发泡材料11外形成，包覆后进行烘干处理。本实施例中，该发泡材料11例如可选取热可塑塑胶发泡粉，水溶性材料12例如可选用聚乙烯醇或聚乙二醇。选用聚乙烯醇或聚乙二醇的优点在于除了可溶于水外，其分子较大，具有很强的延展性，当热可塑塑胶发泡粉在内部膨胀为原有体积的若干倍，聚乙烯醇可以在发泡粉的表面展开很大的面积而不会破裂。

步骤二中，成型方式包括以非固定形状成型和以固定形状成型两种。

以非固定形状成型的注入膨胀材料10的方法是：首先将膨胀材料10装入一长条管状塑胶薄膜袋中，然后在卷制纤维管时，取用该塑胶薄膜袋作为其卷绕中心，使纤维布卷绕包覆于塑胶薄膜袋外，进而将膨胀材料卷入纤维管中。

以非固定形状成型注入膨胀材料10的方法还可以是：在卷制纤维管时，取用一辅助杆作为卷绕中心，用纤维布一起卷绕包覆于辅助杆外，接着，抽出该辅助杆，使纤维管的中心形成中空，然后再注入膨胀材料于纤维管的中空腔中，藉此完成将膨胀材料注入纤维管中的过程。

以固定形状成型注入膨胀材料10的方法还可以是：置入膨胀材料的方法是，使膨胀材料初次低温发泡预成型，使纤维布卷绕包覆于预成型品外，再进行如步骤三的二次高温发泡。

请参照图4至图6所示，其显示出了本发明之第二实施例的具体生产步骤和结构，本实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于步骤一中，膨胀材料10是由发泡材料11和水溶性材料12直接混合而成（见图4），直接混合的优势在于生产更为方便。见图5，将混合而成的膨胀材料10内置于纤维布内，热固化后形成图6所示结构，本实施例中，其水溶性材料12溶于水后同样能够实现排出发泡材料11的功能。

下面以羽毛球拍为例说明本发明的实施过程。

首先，以热可塑塑胶发泡粉作为发泡材料11，以聚乙烯醇作为水溶性材料12，将两种材料混合。

然后，A)预制软性拍框部，选用纤维布卷制成一软性拍框纤维管，并于该拍框纤维管中装入适量膨胀材料，接着将拍框纤维管弯曲成拍框40形状，于拍框纤维管的两端部之间形成一用于与中管部组接的连接位；B)预制软性中管部，选用纤维布卷制成一软性中管纤维管，并于该中管纤维管中装入适量膨胀材料；C)组接该拍框部和中管部，将中管纤维管的上端置于前述连接位中，并于该连接处的中管纤维管和拍框纤维管外包覆上纤维布层。

在组接该拍框部和中管部的步骤中，该连接位中进一步设置有一T形连接件，拍框部的两端分别与T形连接件的两耳端部套接，中管部的上端与T形连接件的垂直端部套接。还可以在置入膨胀材料的同时，进一步于该纤维管中相应位置装入配重物，以调节拍框40的平衡性。

然后置入模具20内，模具20的加热温度为150±5℃，模具20的加热时间为20~35分钟之间。待成型完全后打开模具20，取出成品。对拍框部打孔42用于穿线，最后浸入水中，恰好打孔42后便于水进入拍框40的内部腔室，将聚乙烯醇溶解，并排出热可塑塑胶发泡粉。而中管上的膨胀材料10可直接由中管下端的通孔42进入溶解聚乙烯醇。当羽毛球拍的所有膨胀材料10排出后，更为轻量化，羽毛球运动员长常使用能减少手部和肩部的疲劳。

综上所述，本发明的设计重点在于，其由于膨胀材料10是由非水溶性的发泡材料11和水溶性材料12组成，水溶性材料12与发泡材料11混合或者包覆于发泡材料11外，热固化成型碳纤维或玻璃纤维产品后，浸泡于水中，水溶性材料12遇水溶解，从而使膨胀材料10全部排出，在产品内部用于装膨胀材料10的腔室形成中空。相对于传统无法排出膨胀材料10的结构，本发明方法发泡时可以更多地加入膨胀材料10，在内腔形成更强的内压，无需担心膨胀材料10注入产品内部增加了重量。尤其是，本发明方法对于生产具有加强肋条41（见图7）的拍框40更为有利，拍框40成型后需要打孔42穿线，打孔42作业后恰好提供了水进入内腔溶解水溶性材料12的通道，便于排出膨胀材料10，减轻拍框40重量。

当然，本方法不限于应用在羽毛球拍的生产领域，还可以应用于所有采用碳纤维或玻璃纤维或克维拉材料的成型产品中，在此不再一一列举。

此外，本发明采用可溶于水的膨胀材料作为最优实施例，是考虑了实际操作过程采用水进行溶解非常方便、价格低廉、取材容易，生产成本低。然而，还可以采用其它的溶液配合其它可溶性材料进行溶解，在此不作限定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：包括以下步骤

步骤一，调配膨胀材料：膨胀材料是由非水溶性的发泡材料和水溶性材料组成；

步骤二，置入膨胀材料：使膨胀材料内置于碳纤维或玻璃纤维布内；

步骤三，加热固化定型：将前述装有膨胀材料的纤维布进行加热处理，在加热过程中，该膨胀材料受热膨胀而从内部形成压力将纤维布胀起定型，固化定型为一纤维件；

步骤四，浸水：从模具中取出成品，浸泡于水中，其中水溶性材料遇水溶解，使膨胀后非水溶性的发泡材料之间存在间隙，形成松散结构，从而可以从膨胀腔内排出，使纤维件内部形成中空结构。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：所述步骤一中，膨胀材料是由发泡材料和水溶性材料直接混合而成。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：所述膨胀材料是由水溶性材料包覆于发泡材料外形成，包覆后进行烘干处理。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：所述水溶性材料是聚乙烯醇或聚乙二醇。

5.根据权利要求1或4所述的一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：所述发泡材料是热可塑塑胶发泡粉。

6.根据权利要求1所述的一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：步骤二中，置入膨胀材料的方法是：首先将膨胀材料装入一长条管状塑胶薄膜袋中，然后在卷制纤维管时，取用该塑胶薄膜袋作为其卷绕中心，使纤维布卷绕包覆于塑胶薄膜袋外，进而将膨胀材料卷入纤维管中。

7.根据权利要求1所述的一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：步骤二中，置入膨胀材料的方法是：在卷制纤维管时，取用一辅助杆作为卷绕中心，与纤维布一起卷绕包覆于辅助杆外；接着，抽出该辅助杆，使纤维管的中心形成中空，然后再注入膨胀材料于纤维管的中空腔中，藉此完成将膨胀材料注入纤维管中的过程。

8.根据权利要求1所述的一种碳纤维或玻璃纤维的成型方法，其特征在于：步骤二中，置入膨胀材料的方法是，使膨胀材料初次低温发泡预成型，使纤维布卷绕包覆于预成型品外，再进行如步骤三的二次高温发泡。