CN106029182A - 硬芯高尔夫球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有呈现出400MPa至200GPa的刚度的球形芯的高尔夫球。通过调节构造材料和材料的比例可以控制球形芯的刚度。这导致了合法用于比赛且发球距离能够基本等于目前可用的那些高性能高尔夫球的发球距离的高尔夫球，而且提供了在比赛过程中具有更少左旋球和右偏球的高尔夫球。

Description

硬芯高尔夫球及其制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年10月20日提交且指定美国申请号为61/893,268的临时专利申请的优先权，其公开通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种具有改善的比赛特性的高尔夫球，特别是具有硬芯的高尔夫球。
背景技术
在美国出售的大多数高尔夫球列于美国高尔夫球协会(USGA)的符合列表上。USGA已经确定了多种规格且高尔夫球的重量、大小、初速度、总距离(射程和滚动)和球面对称性必须满足与这些规格相关的特定的测试标准。为了被USGA接受，高尔夫球重量不得超过1.620盎司，必须具有1.680英寸的最小直径，当在标准USGA球试验机上测量时必须具有每秒250英尺(加上最多2％的公差)的最大初始球速度，且当通过USGA总距离测试程序测量时必须具有最大317码(加上最大3码的公差)的总距离。此外，不能对球进行设计、加工、或故意修改以具有不同于球面对称的球的性质。当从不同角度打击球时，USGA通过检查总距离测试数据(距离变化和飞行时间变化)的统计偏差来测试对称性。
通常高尔夫球为“缠绕型”或“模塑型”。由于模塑高尔夫球生产更便宜，目前出售的几乎所有的高尔夫球为模塑的。由于它们的价格，现今出售的大多数高尔夫球为具有聚丁二烯芯的双层聚合物球。制备这种类型的球的方法包含将聚丁二烯压缩成型为不同直径的实芯，然后在该芯上注射成型包覆层。模具中包含凹坑(dimple，或称为微坑、微凹、小凹或浅凹)，因此第二步的注射成型制造了基本完成的高尔夫，通常进行清洁和涂装以完成该球。
新高尔夫球的大多数开发是基于该具有聚丁二烯实芯的双层结构，但在该芯和最外面的包覆层之间增加各种层。可以增加介于两层和六层之间的包覆层。一些球采用注射成型的芯或覆盖层(在芯和包覆层之间)，但是大多数即使最畅销的球采用压缩成型的聚丁二烯芯。
大多数市售可得的高尔夫球是由非金属橡胶和塑料(如弹性体、离聚物、聚氨酯、聚异戊二烯、尼龙和其它类似的材料)制成的。然而，最近几年，市场上出现了具有空心金属芯的高尔夫球。该设计利用了金属芯的高刚度(当与典型的高尔夫球材料的刚度相比时)的优势以制造同时具有高准确度(更少左旋球和右偏球)的特性以及改善的投掷特性的高尔夫球。相比于上述更加典型的模塑球，这些类型的高尔夫球仍然具有一些缺点，包含粗硬手感和距离的小损失。
在高尔夫球的部分简单地使用金属不足以显著提高高尔夫球的刚度。这样的设计具有几个缺点，包含当用球杆击打时，空心金属球设计不够耐用以抵挡冲击力。这能够导致永久变形。
其它最近的开发没有提供刚度显著更高的核心。
因此，存在对具有高刚度的芯，不呈现出现有高尔夫球的缺点的高尔夫球的持续且未得到满足的需要。
发明内容
提供了一种具有高刚度的球形芯，耐用并能够维持结构完整和对称性，且具有良好的手感、回弹和飞行轨迹的高尔夫球。该高尔夫球包含球形芯和环绕该球形芯的包含例如当受到高尔夫球杆压缩时可以承受力的耐用的共混聚合物的一个或多个外层。球形芯是实心的且可以为聚合物基复合材料、金属基复合材料、或者纳米结构材料。在一个示例中，球形芯为组分的共混物，其中组分之一为可注射成型的聚合物、可压缩成型的聚合物或弹性体，或二者的组合。球形芯还可以包含高模量的材料，如石墨烯、碳化硅、氮化硅或另一种无机材料或化合物。环绕球体的外层可以为可注射成型的聚合物、可压缩成型的聚合物、或包括至少两种组分的共混物的共混聚合物。
一方面，高尔夫球包括包覆层和球形芯。包覆层具有外表面和内表面，外表面具有凹坑，内表面与外表面相对且限定出空腔。空腔中的球形芯包括聚合物基复合材料且具有400MPa至200GPa的刚度。聚合物基复合材料包括有机或无机增强相。增强相可以为氮化硅、碳化硅、二硼化钛、碳化钛、氧化铝、氧化锆、碳化硼、碳纤维、碳纳米管或石墨烯。增强相为球形芯重量的5％至80％。聚合物基复合材料包括聚合物，聚合物例如为尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。聚合物基复合材料还可以包含弹性体。在球形芯和包覆层之间可能存在至少一个附加层。球形芯具有从110至200的ATTI硬度(compression)和大于0.7的恢复系数。
另一方面，高尔夫球包括包覆层和球形芯。包覆层具有外表面和内表面，外表面具有凹坑，内表面与外表面相对且限定出空腔。空腔中的球形芯包括金属基复合材料且具有400MPa至200GPa的刚度。金属基复合材料包括金属和增强相。金属可以为铁、镁、钛、铝、钴、钼、钨、镍或其合金。增强相可以为氮化硅、碳化硅、二硼化钛、碳化钛、氧化铝、氧化锆、碳化硼、碳纤维、碳纳米管或石墨烯。增强相为球形芯重量的5％至80％。在球形芯和包覆层之间可能存在至少一个附加层。球形芯具有从110至200的ATTI硬度和大于0.7的恢复系数。
另一方面，高尔夫球包括包覆层和球形芯。包覆层具有外表面和内表面，外表面具有凹坑，内表面与外表面相对且限定出空腔。空腔中的球形芯包括纳米结构材料且具有400MPa至200GPa的刚度。纳米结构材料包含碳钢、不锈钢或钛且具有小于1μm的粒度。纳米结构材料还可以包含纳米级的增强相。在球形芯和包覆层之间可能存在至少一个附加层。球形芯具有从110至200的ATTI硬度和大于0.7的恢复系数。
另一方面，提供了一种制备高尔夫球的方法。采用多螺杆挤出机将陶瓷纤维在聚合物中进行用于控制球形芯的刚度以使刚度为400MPa至200GPa的限定时间量的共混。
附图说明
为了进一步理解本公开的性质和目的，应当结合附图参考以下详细描述，其中：
图1为包含三个元素：由高刚度的球体组成的最里面的芯、中间覆盖层和包覆层的高尔夫球的局部截面透视图；
图2为包含三个元素：由高刚度的球体组成的最里面的芯、中间覆盖层和包覆层的三层高尔夫球的截面图；
图3为包含两个元素：由高刚度的球体组成的最里面的芯和包覆层的双层高尔夫球的截面图；和
图4为包含四个元素：由高刚度的球体组成的最里面的芯、内部覆盖层、外部覆盖层和包覆层的四层高尔夫球的截面图。
具体实施方式
尽管就某些实施例对所要求保护的主题进行描述，但是其它实施例，包含没有提供本文所阐述的全部益处和特征的实施例，也在本公开的范围内。在不脱离本公开的精神或范围的情况下可以做出多种结构、逻辑和方法步骤的改变。因此，本公开的范围仅通过参考所附权利要求来限定。
本文所公开的为用于刚度为400MPa至200GPa的高尔夫球的球形芯。具有该高刚度球形芯的高尔夫球提供了更好的比赛特性。较高刚度的芯影响旋转速率(诸如回旋、侧旋、来复旋(rifle spin))、水平和垂直发射角、以及发射速度。
芯的刚度可能归因于用于构造球体的材料的性质(诸如硬度、弹性模量和韧性等)。芯的刚度还可能归因于材料是否为金属、陶瓷、聚合物、弹性体、或这些材料中的两种或更多种与其它材料的复合材料。球体的表面性质和整体尺寸和形状(如惯性矩、截面模量)等是影响芯的刚度的其它因素。另外，环绕球形芯的聚合物或其它材料的性质影响比赛性能。
本文所公开的高尔夫球包括具有凹坑图案的外包覆层和球形芯，该球形芯的刚度为现今市场上多数高尔夫球中发现的典型的聚丁二烯芯的刚度的至少约2倍或至少约5倍。本文所公开的高尔夫球的刚度可能小于现今市场上的空心金属芯的刚度。
ATTI硬度测试可以用于测量刚度。ATTI硬度测试测量了当暴露于弹簧所施加的力时高尔夫球或高尔夫球芯的挠度。式[1]示出了挠度和ATTI硬度之间的关系。
ATTI硬度＝200-(挠度×1000) [1]
典型的聚丁二烯芯具有小于110的ATTI硬度。典型的空心金属芯具有大于190的ATTI硬度。本文所公开的改善的高尔夫球芯的ATTI硬度为110至200，包含其间的所有值和范围。
本文所公开的高尔夫球可以为双层高尔夫球，其中球由包覆层以及硬球形芯组成。本文所公开的高尔夫球还可以为采用多于双层，诸如三层、四层、五层等的其它多层设计，其中球体作为最里面的球形芯。因此，本文所公开的球形芯可以用于图1至图4的实施例中的任何一个或其它高尔夫球设计。
图1示出了高尔夫球11，高尔夫球11包含刚性球形芯12，刚性球形芯12被第一聚合物层13环绕，第一聚合物层13与表面14一起形成两部分球形体。该两部分球形体被包含本领域已知的用来改善飞行特性的凹坑或其它表面特征的包覆层15所环绕。包覆层15具有外表面和内表面，外表面具有凹坑，内表面与外表面相对且限定出空腔。包覆层15的外表面和内表面一起限定了包覆厚度，其为约4mm，但是可以为约1mm和约6mm之间的任意厚度，包含其间的所有值和范围，或为约2mm和约5mm之间的任意厚度。具有表面凹坑图案的包覆层15由以商品名(由杜邦公司制造)出售的聚合物制成。在另一个示例中，包覆层15由离聚物、氨基甲酸酯、巴拉塔树胶、聚丁二烯、其它合成弹性体或适合于高尔夫球包覆层的任何其它材料。包覆层15还形成高尔夫球的直径。在一个实施例中，高尔夫球的直径为约42.67mm(1.68英寸)，但是可以为等于、大于或小于42.67mm且能够比赛的任意直径。例如，USGA法定的高尔夫球的直径为1.68英寸或更大。在一个示例中，高尔夫球的直径可以在约40mm和约45mm之间，包含其间的所有值和范围。
球形芯12的直径可以为约10mm(0.39英寸)至约38mm(1.5英寸)的任意直径，包含其间的所有值和范围。例如，USGA法定的具有刚性芯的高尔夫球具有小于或等于0.9英寸的芯直径。在一个示例中，高尔夫球11的球形芯12具有小于约31.75mm(1.25英寸)的直径，包含其间的所有值和范围。在另一个示例中，高尔夫球11的球形芯12具有小于或等于约22.86mm(0.90英寸)的直径。在再另一个示例中，球形芯12具有约0.9英寸至约0.25英寸的直径。
第二层14为聚合物材料，如乙烯(甲基)丙烯酸离聚物(如杜邦公司的HPFTM树脂)、聚醚嵌段酰胺(如Arkema集团制造的以商品名出售的材料)、聚丁二烯或本领域已知的用于高尔夫球的其它材料中的一种或多种。第二层13可以具有模塑构造。第二层14通常具有约1.52至1.60英寸(3.86至4.06厘米)的外径和0.05至0.65英寸(0.13至1.65厘米)的厚度，包含其间的所有值和范围。在另一个示例中，第二层14具有约0.21至0.55英寸(0.53至1.4厘米)的外径。
图2示出了改善的高尔夫球11的另一个实施例。高尔夫球11包含由薄的第一覆盖层13环绕、由第二覆盖层14环绕和进一步由包覆层15环绕的刚性球形芯12。
图3示出了改善的高尔夫球11的另一个实施例。高尔夫球11包含由薄的第一覆盖层13环绕和进一步由包覆层15环绕的刚性球形芯12。图3的高尔夫球11缺少图2中示出的第二覆盖层14。
图4示出了改善的高尔夫球11的再另一个实施例。高尔夫球11包含主要的刚性球形芯12a、环绕主要芯12a的被覆盖层14环绕且进一步被包覆层15环绕的空心球形芯13。空心球形芯13可以为金属的或塑料的。主要的刚性球形芯12a为聚合物基复合材料、金属基复合材料或碳基复合材料。
图1中的高尔夫球11或球形芯12的尺寸可以用于图2至图4中的一些或所有的高尔夫球11或球形芯12、12a中。
当分析高尔夫球(如图1至图4的高尔夫球)的比赛性能时，通常测量恢复系数(COR)。在给定的冲击速度下，COR是球的整体弹性的量度并通过(通常用空气炮)对球体固定不动的球进行射击来测试。用下式[2]计算球的COR：
COR＝冲击后球的速度/冲击前球的速度 [2]
本文所公开的改善的高尔夫球的COR为大于约0.7。在一个示例中，本文所公开的改善的高尔夫球的COR为大于0.75。使用聚合物基复合材料、金属基复合材料或纳米结构材料使得通过调节各种材料的性质使COR优化或调整。较刚性材料往往具有较小的挠度。
对于大多数现代的高尔夫球，在固定目标情况下，冲击后球的速度通常比冲击前高尔夫球的速度小约20％。在冲击过程中发生的动能(即速度)的损失是转化成球材料中的振动能的结果，该球材料在冲击时激发且当它们转化为分子水平的热量时振幅减小。能够使振动的损失最小化或减少振动的损失通常会减少由于冲击而丧失的动能，由此提高球的COR。在高尔夫球的振动响应方面能够发挥作用的另一个参数为球的抑制由冲击引起的振动的能力。抑制可以归因于环绕球形芯或设置在球形芯中的材料的性质，如材料的密度、粘度、弹性模量、摩擦系数等。材料可以为气体(加压或其它方式的)、液体、凝胶、泡沫、固体等。此外，材料的状态也是考虑因素，如材料是否为预应力的。可以对这些参数中的任何一个进行修改以调整高尔夫球的振动响应。
下式[3]描述了当在高冲击碰撞中击打时图1中所示的三层高尔夫球11的挠度。应当注意的是尽管等式描述了三层球的挠度，但是通过添加或减少项数，分析对其它类型的球同样有效。例如，在双层球的情况下，将与覆盖层相关的部分设置为0。
D＝(d包覆层×(F)+d覆盖层×(F)+d芯×(F))×F [3]
其中D为球的总变形(即所有层的挠度)，F为施加给球的力，d包覆层×(F)为包覆层的挠度，d覆盖层×(F)为覆盖层的挠度，且d芯×(F)为球形芯的挠度。包覆层的挠度、覆盖层的挠度和球形芯的挠度分别为所施加的力、层的厚度、结构和构造材料的所有因素的函数。对于小负载，三层高尔夫球的球形芯和弹性覆盖层往往以线性方式挠曲，且随着负载增加，三层高尔夫球的球形芯和弹性覆盖层变得越来越硬，因此以非线性的方式挠曲。
高尔夫球的各个层的挠度与其厚度和层的模量(其可以为关于所施加的力的非线性函数)有关。特定层的挠度可以随着层的组成而变化。
图1至图4中所示的球形芯12或12a的刚度影响高尔夫球的比赛性能。因此，球形芯的刚度可以为设计工具以实现高尔夫球中的某些性能特征。硬芯的刚度(当与典型的弹性体或聚合物的芯的刚度相比时)可以用作设计因素以控制高尔夫球的COR和其它性能特征。当创造在比赛中允许较少的左旋球和右偏球的设计方案时，设计者可以通过控制硬芯的刚度控制COR。
在一个示例中，图1至图4中所示的球形芯12或12a的刚度为约400MPa至约200MPa，包含其间的所有范围和数值。在另一个示例中，图1至图4中所示的球形芯12或12a的刚度为约600MPa至约100MPa。在再另一个示例中，图1至图4中所示的球形芯12或12a的刚度为约1GPa至约100MPa。
通过材料设计控制球形芯的刚度。本文所公开的高尔夫球提供了改善的性能特征，包含低侧旋速度、长距离和没有对回弹特征造成不利影响的强后施球(bite)。当不适当地击打时，球使左旋球和右偏球最小化。高尔夫球的设计允许球形芯、第二层或其它附加层以及外包覆层的材料和尺寸变化以优化性能特征。例如，更高的来复旋或更低的侧旋可以受更高的球形芯刚度的影响，其又可以减少左旋球或右偏球。该更高的刚度还可以产生提高的或优化的回旋。
在一个示例中，针对特定层制造了具有一系列旋转特性的高尔夫球。
可以采用如注射成型和/或压缩成型的方法和技术制造本文所公开的高尔夫球以使球为球形，具有相同的空气动力特性，且关于穿过其中心的任意轴线具有相同的惯性矩。如果将纳米结构材料合并到注射成型的聚合物中，在注射成型过程中增加的螺旋和背压可以改善材料在聚合物中的分散。
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料制成的球形芯中可以使用一种或多种聚合物和一种或多种增强相。除了最终的复合材料必须满足设计要求(诸如模量、韧性、表面光洁度)外，对可以使用的材料的类型没有限制。这些一种或多种聚合物和一种或多种增强相形成混合物，该混合物提供了不能在任何一种单一材料中获得的一组性能。用于当前的芯复合材料的注射成型聚合物包含但不限于尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)及其组合。在聚合物基复合材料中可以用作增强相的陶瓷包含但不限于，例如氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、二硼化钛(TiB2)、碳化钛(TiC)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、碳化硼(B4C)及其组合。碳纤维、碳纳米管(CNT)、石墨烯或其它材料可以用作增强相且当用于如上所述的聚合物基复合材料中时可以提供显著增强的聚合物或弹性体。此外，弹性体还可以用作基体或与聚合物混合以提供基体。
在一个实施例中，球形芯由一种或多种聚合物和一种或多种增强相组成。
在一个示例中，增强相为球形芯重量的约5％至80％，包含其间的所有值和范围。在另一个示例中，增强相为球形芯重量的约10％至60％。
在一个实施例中，聚合物基芯包括一种或多种聚合物，该聚合物包含乙烯(甲基)丙烯酸离聚物(如杜邦公司制造的HPFTM树脂)、聚醚嵌段酰胺(如Arkema集团制造的以商品名出售的材料)、氨基甲酸酯/聚氨酯、和/或聚丁二烯。将碳化硅晶须(SiC-W)材料加入到形成复合材料芯的聚合物和/或弹性体。SiC-W材料为球形芯的约5重量％和80重量％之间或者约10重量％至60重量％。可以以纳米复合材料的形式添加SiC-W，例如聚合物(如聚丙烯或其它聚合物)载体中含有的SiC-W。聚合物复合材料芯可以包括一个或多个层。高尔夫球可以包括环绕芯的一个或多个附加层。如果使用一个中间层或多个中间层，其被由硬的、耐用的适合用于高尔夫球的聚合物(如由杜邦公司制造的以商品名出售的聚合物)制成的包覆层所环绕。根据该实施例的高尔夫球相比于传统的高尔夫球可以具有更高的恢复系数和更高的准确度。
在另一个实施例中，采用了包括聚合物基复合材料的材料组。例如，杜邦公司的HPF树脂提供了填充有陶瓷微粒和/或纤维(如碳化硅(SiC)纤维)和/或晶须的注射成型的基体。
在一个实施例中，高刚度的球形芯由含有球形芯的1重量％至20重量％之间的石墨烯的聚丁二烯组成且被共混聚合物层环绕，如乙烯(甲基)丙烯酸离聚物(如杜邦公司的HPFTM树脂)的混合物，该共混聚合物层被最外层表面包含凹坑图案的离聚物包覆层环绕。约1重量％和80重量％之间，包含其间的所有值和范围，或约10重量％和60重量％之间的共混聚合物层的聚合物共混物为聚丁二烯。
在另一个实施例中，复合球形芯由氮化硅和乙烯(甲基)丙烯酸离聚物(如杜邦公司的HPFTM树脂)的混合物的共混物制成并被共混聚合物覆盖层环绕，如乙烯(甲基)丙烯酸离聚物(如杜邦公司的HPFTM树脂)的混合物，该共混聚合物覆盖层被包含凹坑图案的离聚物包覆层环绕。在芯中，约10重量％和80重量％之间或约10重量％和60重量％之间的复合共混物为氮化硅。在覆盖层中，约1重量％和80重量％之间或约10重量％和60重量％之间的聚合物共混物为聚丁二烯。
聚合物基复合材料可以通过例如物理混合或原位聚合来制造。在物理混合中，通过如超声、高速剪切或辊磨的方法将增强相分散在聚合物基体中。可以将表面活性剂用作润湿剂以提高分散。在填充剂或添加剂的存在下原位聚合促使单体直接聚合。在原位聚合中，获得分子尺寸的增强相的分散，允许更大的混合和分离。用于制备聚合物和它们的复合材料的起始材料可以采用光聚合和缩聚反应步骤。在120Wcm-1的常规中压UV灯和光引发剂的帮助下可以完成UV-诱导的聚合。预先固化的/缩合的聚合物复合材料基体的最终交联在恒温烘箱中任选地可以加热进行。所有的制备和改性步骤或材料处理可以在受控气氛中进行。
在一个实施例中，采用多螺杆挤出机将陶瓷纤维共混进聚合物中一段时间以控制球形芯的刚度使得该刚度为400MPa至200GPa。
示例1
三层球-包括与以30重量％装载的碳化硅晶须共混的杜邦HPF 1000或HPF 2000树脂的聚合物复合芯，包括聚丁二烯弹性体的第二聚合物层，和由以商品名出售的聚合物(由杜邦公司制造)制成的包覆层。构造该芯具有0.90英寸(22.86毫米)的外径，聚丁二烯具有0.330英寸(8.38毫米)的层厚且由以商品名出售的聚合物(由杜邦公司制造)制成的包覆层具有0.060英寸(1.52毫米)的厚度。球的总质量为1.620盎司(45.93克)，外径为1.680英寸(42.67毫米)。
示例2
三层球-包括与以40重量％装载的氮化硅纤维共混的聚醚嵌段酰胺(诸如Arkema集团制造的以商品名出售的材料)树脂的聚合物复合芯，包括杜邦HPF 1000或HPF2000树脂的第二聚合物层和离聚物包覆层。构造该芯具有0.90英寸(22.86毫米)的外径，杜邦HPF 1000或HPF 2000具有0.330英寸(8.38毫米)的层厚且由以商品名出售的聚合物(由杜邦公司制造)制成的包覆层具有0.060英寸(1.52毫米)的厚度。球的总质量为1.620盎司(45.93克)，外径为1.680英寸(42.67毫米)。
金属基复合材料
金属基复合材料(MMC)为另一类可以用于制造刚性球形芯的复合材料。MMC包括至少两种组成部分：金属和增强相。可以采用的金属包含但不限于铁和合金，如碳钢、合金钢、和不锈钢，镁，钛，铝，钴，钼，钨，镍，和合金或这些金属和其它金属的混合物。增强相可以为另一种金属或陶瓷，有机或其它类型的材料。可以用作金属基复合材料中的增强相的陶瓷包含但不限于氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、二硼化钛(TiB2)、碳化钛(TiC)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、和碳化硼(B4C)。其他材料也可以用作或用于金属基复合材料中的增强相。例如，当用于上述复合材料中时，硬化钢、硬化不锈钢、碳纤维、碳纳米管(CNT)、石墨烯和其它材料可以提供变硬。
在一个实施例中，球形芯由一种或多种金属和一种或多种增强相组成。
在一个实施例中，钢或不锈钢与铝基体的硬化合金可以用于球形芯。
在一个示例中，增强相为球形芯重量的约5％至80％，包含其间的所有值和范围。在另一个示例中，增强相为球形芯重量的约10％至50％。在再另一个示例中，增强相为球形芯重量的约10％至30％。
可以采用如铸造、压力铸造、热压、热等静压、烧结、通过注射成型的无压烧结、通过压缩成型的无压烧结的方法或本领域中已知的其它方法制造金属基复合材料。
在一个示例中，通过将增强相混合进干燥的金属粉末，将该金属粉末压成球形，然后采用如烧结、等静压制和热压的方法通过温度和压力的结合使球体致密化来生产金属基复合材料。在另一个示例中，将增强相混合进熔融金属并采用真空、重力或压力辅助将形成的混合物铸成球形或近似球形并随后冷却至固体形式。如果需要，可以通过加工、研磨或其它技术将该固体形式进一步简化成最终的形状和尺寸。
纳米结构材料
纳米结构材料为另一类可以用于形成芯或用于如上所述的复合材料中的材料。将微观结构向下细化至纳米范围引起本体材料的特性发生变化且常常导致显著的性能改善。制成的具有纳米晶粒尺寸的纳米结构材料或分散体具有通常在晶粒尺寸为几十到几百微米数量级的常规材料中没有发现的属性。纳米结构材料还可以比常规材料具有例如不同的强度、硬度、成型性或抗裂纹扩展性能。
纳米结构材料呈现出基于在亚微米级控制材料的组成的特征以改变强度、刚度、延展性、硬度、成型性、抗裂纹扩展性能、其它物理和机械性能或其组合。例如，材料，包括金属，例如碳钢、不锈钢和具有受控晶粒尺寸的钛，可以用于制备由于晶粒尺寸具有有利特性的高尔夫球的球形芯。晶粒尺寸可以小于约1微米。
复合纳米结构材料还可以用于含有空心或实心金属球的高尔夫球的改性。例如，通过改变金属基复合材料中的纳米级增强相(即第二相分散体)的量可以调整用于球体的基础材料的强度和刚度。本文所公开的聚合物基复合材料或金属基复合材料的增强相材料可以用于纳米结构材料。
在一个实施例中，球形芯由一种或多种聚合物和一种或多种增强相组成或者由一种或多种金属和一种或多种增强相组成。
可以采用如铸造、压力铸造、热压、热等静压、烧结、通过注射成型的无压烧结、通过压缩成型的无压烧结的方法或本领域中已知的其它方法制造纳米结构材料。
尽管已经就一个或多个特定的实施例对本公开进行了描述，可以理解的是在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以形成本公开的其它实施例。因此，认为本公开仅由所附权利要求及其合理解释来限定。

Claims (28)

1.一种高尔夫球，包括：
包覆层，所述包覆层具有限定出多个凹坑的外表面和与所述外表面相对且限定出空腔的内表面；和
设置在所述空腔内的球形芯，其中所述球形芯包括聚合物基复合材料且具有400MPa至200GPa的刚度。
2.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括有机或无机增强相。
3.根据权利要求2所述的高尔夫球，其中所述增强相包括选自由氮化硅、碳化硅、二硼化钛、碳化钛、氧化铝、氧化锆和碳化硼组成的组的陶瓷。
4.根据权利要求2所述的高尔夫球，其中所述增强相包括选自由碳纤维、碳纳米管和石墨烯组成的组的材料。
5.根据权利要求2所述的高尔夫球，其中所述增强相为所述球形芯重量的5％至80％。
6.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括选自由尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)组成的组的聚合物。
7.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括选自由乙烯(甲基)丙烯酸离聚物、聚醚嵌段酰胺、氨基甲酸酯、聚氨酯和聚丁二烯组成的组的聚合物，且其中所述聚合物基复合材料还包括含有碳化硅的增强相，其中所述碳化硅为5重量％至80重量％。
8.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括聚丁二烯和石墨烯，其中所述石墨烯包括1重量％至20重量％。
9.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括聚合物树脂和装载量为30重量％的碳化硅晶须。
10.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括聚醚嵌段酰胺和40重量％的氮化硅纤维。
11.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括乙烯(甲基)丙烯酸离聚物和氮化硅，其中所述氮化硅为10重量％至80重量％。
12.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述聚合物基复合材料包括弹性体。
13.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述球形芯具有从110至200的ATTI硬度。
14.根据权利要求1所述的高尔夫球，其中所述球形芯具有大于0.7的恢复系数。
15.根据权利要求1所述的高尔夫球，还包括在所述球形芯和所述包覆层之间的至少一个附加层。
16.一种高尔夫球，包括：
包覆层，所述包覆层具有限定出多个凹坑的外表面和与所述外表面相对且限定出空腔的内表面；和
设置在所述空腔内的球形芯，其中所述球形芯包括金属基复合材料且具有400MPa至200GPa的刚度。
17.根据权利要求16所述的高尔夫球，其中所述金属基复合材料包括选自由铁、镁、钛、铝、钴、钼、钨、镍及其合金组成的组的金属，且其中所述金属基复合材料包括选自由氮化硅、碳化硅、二硼化钛、碳化钛、氧化铝、氧化锆、碳化硼、碳纤维、碳纳米管和石墨烯组成的组的增强相。
18.根据权利要求17所述的高尔夫球，其中所述增强相为所述球形芯重量的5％至80％。
19.根据权利要求16所述的高尔夫球，其中所述球形芯具有从110至200的ATTI硬度。
20.根据权利要求16所述的高尔夫球，其中所述球形芯具有大于0.7的恢复系数。
21.根据权利要求16所述的高尔夫球，还包括在所述球形芯和所述包覆层之间的至少一个附加层。
22.一种高尔夫球，包括：
包覆层，所述包覆层具有限定出多个凹坑的外表面和与所述外表面相对且限定出空腔的内表面；和
设置在所述空腔内的球形芯，其中所述球形芯包括纳米结构材料且具有400MPa至200GPa的刚度。
23.根据权利要求22所述的高尔夫球，其中所述纳米结构材料包括碳钢、不锈钢或钛，且其中所述纳米结构材料具有小于1μm的粒度。
24.根据权利要求22所述的高尔夫球，其中所述纳米结构材料包括纳米级的增强相。
25.根据权利要求22所述的高尔夫球，其中所述球形芯具有从110至200的ATTI硬度。
26.根据权利要求22所述的高尔夫球，其中所述球形芯具有大于0.7的恢复系数。
27.根据权利要求22所述的高尔夫球，还包括在所述球形芯和所述包覆层之间的至少一个附加层。
28.一种制造高尔夫球的方法，包括：
采用多螺杆挤出机将陶瓷纤维在聚合物中进行用于控制球形芯的刚度以使所述刚度为400MPa至200GPa的限定时间量的共混。
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