CN107080927B

CN107080927B - 一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆及其制备方法

Info

Publication number: CN107080927B
Application number: CN201710305687.3A
Authority: CN
Inventors: 谢盛辉; 王东辉; 何亮
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2019-08-13
Anticipated expiration: 2037-05-03
Also published as: CN107080927A

Abstract

本发明公开一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆及其制备方法，其中，所述方法包括步骤：将浸有环氧树脂的碳纤维与非晶合金丝编织成布，静置24‑48h后待用；将静置后的织布进行裁剪并卷曲成型后，放入羽毛球拍杆成型模具中，在120‑130℃的加热条件下固化成型，待冷却后，取出模具内已成型的羽毛球拍杆。本发明将所述非晶合金丝与浸有环氧树脂的碳纤维混合编织后形成新型复合材料，用来制作羽毛球拍杆，可提升羽毛球拍杆的强度和弹性储能30%以上；同时本发明可通过调整织布中非晶合金丝的比例以及织布铺设在成型模具中的位置来调节球拍的平衡点，增强击球效果。

Description

一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆及其制备方法

技术领域

本发明涉及运动器械领域，尤其涉及一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆及其制备方法。

背景技术

目前市面上的羽毛球拍大多采用碳纤维增强环氧树脂复合材料来制备，制备出的羽毛球拍通常具有良好的刚度、内耗、强度等综合特性。

然而，对于对羽毛球拍要求较高的运动员，由于臂展，发力点的不同，常常需要不同重心、刚度和弹性比功的球拍来进一步提高击球速度。

现有碳纤维球拍的强度和弹性储能还不能够满足运动员的需求，现有技术迫切需要生产出一种可在设备上提升体育竞技水平的高性能球拍。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆及其制备方法，旨在解决现有碳纤维羽毛球拍杆的强度和弹性储能还有待提升的问题。

本发明的技术方案如下：

一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，包括步骤：

A、将浸有环氧树脂的碳纤维与非晶合金丝编织成织布，静置24-48h后待用；

B、将静置后的织布进行裁剪并卷曲成型后，放入羽毛球拍杆成型模具中，在120-130℃的加热条件下固化成型，待冷却后，取出模具内已成型的羽毛球拍杆。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，所述步骤A中的非晶合金丝的成分，按原子百分比计包括：30-70%的Zr、5-40%的Cu、5-30%的Ni、0-20%的Al以及0-10%的过渡金属元素。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，所述步骤A中的非晶合金丝的成分，按原子百分比计包括：40-50%的Zr、8-15%的Ti、5-15%的Cu、2-10%的Ni以及20-30%的Be。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，所述步骤A中的非晶合金丝的成分，按原子百分比计还包括：30-50%的Ti、5-35%的Zr、5-30%的Ni、5-45%的Cu、5-35%的Be、0-4%的B_、0-6%的Sn、0-5%的Si以及0-9%的Ag。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，所述非晶合金丝的制备过程包括：

A1、在惰性气氛下，按原子百分比计，将相应比例的单质金属混合物熔炼成母合金；

A2、采用喷射技术将融化的母合金喷射成所需直径的液流柱，对所述液流柱进行冷却处理，得到非晶合金丝。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，所述非晶合金丝的直径为0.01-0.1mm。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，按重量百分比计，所述织布包括1-50%的非晶合金丝。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，所述步骤B还包括：

B1、通过调整非晶合金丝的比例以及铺设在成型模具中的位置，调整羽毛球拍杆的刚度及重心位置。

所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其中，所述步骤A1中，在惰性气氛下，采用电弧熔炼法对所述单质金属混合物进行熔炼，每熔炼一次，翻转一次，熔炼次数大于4次，得到熔炼均匀的母合金。

一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆，其中，采用上述任意一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法制备而得。

有益效果：本发明利用非晶合金材料的高强度、高弹性以及高刚度等优异性能，预先制备出具有相应性能的锆基或钛基非晶合金丝，将所述非晶合金丝与浸有环氧树脂的碳纤维混合编织后形成新型复合材料，用来制作羽毛球拍杆，可提升羽毛球拍杆的强度和弹性储能30%以上；同时本发明可通过调整织布中非晶合金丝的比例以及织布铺设在成型模具中的位置来调节球拍的平衡点，增强击球效果。

附图说明

图1为本发明一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明提供的一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其中包括步骤：

S10、将浸有环氧树脂的碳纤维与非晶合金丝编织成布，静置24-48h后待用；

S20、将静置后的织布进行裁剪并卷曲成型后，放入羽毛球拍杆成型模具中，在120-130℃的加热条件下固化成型，待冷却后，取出模具内已成型的羽毛球拍杆。

具体来说，本发明所采用的非晶合金丝为锆基非晶合金、钛基非晶合金或者同时含有锆基和钛基成分的非晶合金材料；较佳地，所述锆基非晶合金丝的成分，按原子百分比计包括：30-70%的Zr、5-40%的Cu、5-30%的Ni、0-20%的Al以及0-10%的过渡金属元素，其中，所述过渡金属元素为Nb、Ta、Mo、Er中的一种；进一步，所述同时含有锆基和钛基成分的非晶合金按质量百分比包括：40-50%的Zr、8-15%的Ti、5-15%的Cu、2-10%的Ni以及20-30%的Be；或者包括：30-50%的Ti、5-35%的Zr、5-30%的Ni、5-45%的Cu、5-35%的Be、0-4%的B_、0-6%的Sn、0-5%的Si以及0-9%的Ag。

锆基或钛基非晶合金在强度和弹性储能上，比目前制备羽毛球拍所用的碳纤维增强的聚合物复合材料具有更高的性能优势；具体地，锆基或钛基非晶合金材料的抗拉强度超过1800MPa，弹性极限超过1600MPa，弹性形变极限为2%，断裂前的弹性比功超过16MJ/m³；

在强度和弹性比功方面，所述锆基或钛基非晶合金比目前羽毛球拍所使用的碳纤维聚合物复合材料分别提高30%和200%以上。

本发明采用强度、韧性等综合性能优异的锆基或钛基非晶合金丝来制备羽毛球拍杆，具体先通过非晶合金丝与浸有环氧树脂的碳纤维混合编织后形成新型复合材料，然后通过加热固化成型的方式，来实现紧密接触；本发明实现了在不增加比重的前提下，可大幅提高羽毛球拍杆的刚度和强度30%以上，特别是提高整体的弹性储能30%以上，来增加击球时的球速；并且本发明可通过调整非晶合金丝在拍杆中放入的编织位置及含量来调节球拍的平衡点，增强击球效果。

进一步，在所述步骤S10之前，所述碳纤维和非晶合金丝均预先浸染有环氧树脂，碳纤维是一种碳含量很高的无机高分子纤维材料，其质量比铝轻，而强度却高于钢铁，将所述碳纤维浸染环氧树脂可形成碳纤维增强复合材料，将其应用于制备羽毛球拍具有质量轻、高比强度、高比模量、热膨胀系数小以及破损安全性能好等多种优势。

更进一步，将均浸染有环氧树脂的碳纤维与非晶合金丝编织成布，形成强度和弹性性能更佳的复合材料，静置24-48h后待用。

具体来说，所述非晶合金丝的制备过程如下；

S1、在惰性气氛下，按原子百分比计，将相应比例的单质金属混合物熔炼成母合金；

具体地，在惰性气氛下，按原子百分比计将相应比例的高纯单质金属组成的混合物添加至真空度优于1×10^-3Pa的电弧炉中，采用电弧熔炼法将所述混合物原料熔炼成母合金；较佳地，每熔炼一次，合金翻转一次，为保证母合金成分均匀，确保熔炼次数大于4次，例如熔炼5次。

S2、采用喷射技术将融化的母合金喷射成所需直径的液流柱，对所述液流柱进行冷却处理，得到非晶合金丝。

具体地，将熔炼均匀的母合金在真空度优于1*10^-3Pa的真空设备中，惰性气氛保护下，采用感应加热重新融化，采用喷射技术将合金熔体喷射成所需直径的液流柱，然后采用冷却液对所述液流柱进行冷却处理制得非晶合金丝，所述冷却液采用循环的室温水。

更进一步，对于较粗的非晶合金丝，采用过冷液相区拉伸法获得尺寸更细的非晶丝；例如，将直径为0.1mm以上的非晶合金丝两端用夹头夹住，竖直放入真空度优于1*10^-3Pa的热处理炉中，加热至非晶合金的过冷液相区；在牵引力作用下，非晶合金丝均匀变形，长度伸长，直径减小，以获得直径0.01mm-0.1mm的非晶合金丝。

更进一步，在所述步骤S20中，首先对静置后的织布裁剪成相应形状，然后按照羽毛球拍杆制作工艺进行卷曲成型，卷曲后放入羽毛球拍杆成型模具内，制成初胚；之后将所述模具加热至120-130℃，使模具内的碳纤维树脂连同非晶合金丝一起固化成型，冷却后，即得到非晶合金丝改性的羽毛球拍杆；

进一步，在本发明中，按重量百分比计，所述织布包括1-50%的非晶合金丝，通过调整织布中非晶合金丝的比例以及织布铺设在成型模具中的位置，可实现对羽毛球拍杆的刚度及重心位置的调整。

总之，本发明采用非晶合金丝来制备羽毛球拍杆，在不增加比重的前提下，可将羽毛球拍杆的刚度、强度以及弹性性能提升30%以上，从而增加击球时的球速，提升竞技水平。

当然，本发明还可采用非晶合金丝来制备羽毛球拍框，其制备方法与羽毛球拍杆的制备方法类似。

进一步，本发明还提供一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆，其中，采用上述任意一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法制备而得。

综上所述，本发明利用非晶合金材料的高强度、高弹性以及高刚度等优异性能，预先制备出具有相应性能的锆基或钛基非晶合金丝，将所述非晶合金丝与浸有环氧树脂的碳纤维混合编织后形成新型复合材料，用来制作羽毛球拍杆，可提升羽毛球拍杆的强度和弹性储能30%以上；同时本发明可通过调整织布中非晶合金丝的比例以及织布铺设在成型模具中的位置来调节球拍的平衡点，增强击球效果。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其特征在于，包括步骤：

A、将浸有环氧树脂的碳纤维与非晶合金丝编织成布，静置24-48h后待用；

B、将静置后的织布进行裁剪并卷曲成型后，放入羽毛球拍杆成型模具中，在120-130℃的加热条件下固化成型，待冷却后，取出模具内已成型的羽毛球拍杆；

所述非晶合金丝的直径为0.01-0.1mm；

按重量百分比计，所述织布包括1-50%的非晶合金丝。

2.根据权利要求1所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其特征在于，所述步骤A中的非晶合金丝的成分，按原子百分比计包括：30-70%的Zr、5-40%的Cu、5-30%的Ni、0-20%的Al以及0-10%的过渡金属元素。

3.根据权利要求1所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其特征在于，所述步骤A中的非晶合金丝的成分，按原子百分比计包括：40-50%的Zr、8-15%的Ti、5-15%的Cu、2-10%的Ni以及20-30%的Be。

4.根据权利要求1所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其特征在于，所述步骤A中的非晶合金丝的成分，按原子百分比计还包括：30-50%的Ti、5-35%的Zr、5-30%的Ni、5-45%的Cu、5-35%的Be、0-4%的B_、0-6%的Sn、0-5%的Si以及0-9%的Ag。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其特征在于，所述非晶合金丝的制备过程包括：

6.根据权利要求1所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

7.根据权利要求5所述的非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法，其特征在于，所述步骤A1中，在惰性气氛下，采用电弧熔炼法对所述单质金属混合物进行熔炼，每熔炼一次，翻转一次，熔炼次数大于4次，得到熔炼均匀的母合金。

8.一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆，其特征在于，采用权利要求1-7任意一种非晶合金丝改性羽毛球拍杆的制备方法制备而得。