CN107263885B

CN107263885B - 一种非晶合金条带改性羽毛球拍框及其制备方法

Info

Publication number: CN107263885B
Application number: CN201710305688.8A
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: 2019-06-25
Anticipated expiration: 2037-05-03
Also published as: CN107263885A

Abstract

本发明公开一种非晶合金条带改性羽毛球拍框及其制备方法，其中，所述方法包括步骤：A、在依次叠加的碳纤维层中添加浸有环氧树脂的非晶合金条带，形成混合层材料；B、将所述混合层材料放入成型模具内，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框。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条带，将所述锆基或钛基非晶合金条带与碳纤维树脂复合材料叠加在一起，用于制备羽毛球拍框，能有效提升羽毛球拍框的强度和弹性储能、增强击球效果，同时有效避免羽毛球拍框在击球过程中发生折断。

Description

一种非晶合金条带改性羽毛球拍框及其制备方法

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条带改性羽毛球拍框及其制备方法。

背景技术

目前市面上羽毛球拍的拍框大多采用碳纤维与增强环氧树脂组成的复合材料来制备，制备出的羽毛球拍具有良好的刚度、内耗及强度等综合特性；然而，通过对羽毛球拍进行力学仿真实验发现，羽毛球拍在击球过程中，如图1所示的拍框的1、2、3、4部位所受的应力非常大，从这四个部位折断的风险较大；

因此，碳纤维球拍的强度和弹性储能还有待提升，现有技术迫切需要生产出一种即可以提升高体育竞技水平，又可以防止在击球过程中拍框从所述四个部位折断的高性能球拍。

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条带改性羽毛球拍框及其制备方法，旨在解决现有羽毛球拍框刚性和强度较差，在使用过程中拍框易折断的问题。

本发明的技术方案如下：

一种非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，包括步骤：

A、在依次叠加的碳纤维层中添加浸有环氧树脂的非晶合金条带，形成混合层材料；

B、将所述混合层材料放入成型模具内，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框。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述步骤A中的非晶合金条带的成分，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。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述步骤A中的非晶合金条带的成分，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。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述步骤A中的非晶合金条带的成分，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。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述非晶合金条带的制备过程包括：

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、将融化的母合金喷在具预定转速的铜辊上，形成非晶合金条带。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述铜辊表面的转速为15-80m/s。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述非晶合金条带的厚度为10-500μm，宽度为1-8mm。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述步骤A之前还包括：

A0、将所述碳纤维预先浸染环氧树脂。

所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其中，所述步骤A1中，在惰性气氛下，采用电弧熔炼发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。

一种非晶合金条带改性羽毛球拍框，其中，采用上述任意一种非晶合金条带改性羽毛球拍框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条带，将所述非晶合金条带与碳纤维树脂复合材料叠加在一起，用于制备羽毛球拍框，能有效提升羽毛球拍框的强度和弹性储能、增强击球效果，同时有效避免羽毛球拍框在击球过程中发生折断。

附图说明

图1为现有技术中羽毛球拍框结构示意图；

图2为本发明一种非晶合金条带改性羽毛球拍框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条带改性羽毛球拍框及其制备方法，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2，图2为本发明提供的一种非晶合金条带改性羽毛球拍框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、在依次叠加的碳纤维层中添加浸有环氧树脂的非晶合金条带，形成混合层材料；

S20、将所述混合层材料放入成型模具内，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框。

具体来说，本发明所采用的非晶合金条带为锆基非晶合金、钛基非晶合金或者同时含有锆基和钛基成分的非晶合金；较佳地，所述锆基非晶合金条带的成分，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。

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条带来制备羽毛球拍框，具体先通过将非晶合金条带与碳纤维聚合物复合材料叠加在一起，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，将羽毛球拍框的强度提高20%以上，同时提高羽毛球拍框整体的弹性储能30%以上；采用本发明制备的羽毛球拍框可增加击球时的球速，达到更好的击球效果。

具体来说，在所述步骤S10之前，需将所述碳纤维预先浸染环氧树脂形成碳纤维增强复合材料；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。

在所述步骤S10中，首先将所述浸染有环氧树脂的碳纤维进行堆叠，待堆叠到一定厚度后，加入预先制备好的非晶合金条带，所述非晶合金条带也浸染过环氧树脂；最后在所述非晶合金条带上继续叠加碳纤维，从而形成碳纤维增强复合材料与非晶合金条带堆叠的混合层材料；

当然，所述非晶合金条带也可以直接叠加在所述碳纤维层的最外层，即当碳纤维层堆叠到一定厚度后，直接在碳纤维层的最外层叠加一层非晶合金条带；由于非晶合金条带最大的优势是弹性极限很大，因此，将该非晶合金条带放置在最外层可最大限度的提升羽毛球拍的性能。

进一步，在本发明中，所述非晶合金条带的制备过程如下：

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；

具体来说，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，采用电弧熔炼发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、将融化的母合金喷在具预定转速的铜辊上，形成非晶合金条带。

具体来说，在惰性气氛保护下，采用感应加热将所述母合金重新融化，将融化的母合金喷在高速旋转的铜辊上，形成非晶合金条带；进一步，所述非晶合金条带的厚度通过铜辊的转速来调节；较佳地，所述铜辊表面的转速控制在15-80m/s之间；更进一步，本发明采用的铜辊为无氧紫铜，铜辊表面粗糙度保证在0.05μm以下，可有效保证非晶条带的导热和较低的界面热阻。

较佳地，在本发明中，所述非晶合金条带的厚度为10-500μm，宽度为1-8mm；通过调整非晶合金条带的宽度和厚度，可获得不同的强度和刚性性能，以满足羽毛球拍框的使用需求；本发明将整根非晶条带应用于羽毛球拍框的制备过程中，可让羽毛球拍框的整体弹性储能和刚度提升30%以上，同时拍框击球时四处应力很大的部位也得到了很大的强度提升，能够有效避免发生折断；本发明优选厚度200μm，宽度为5mm，将所述尺寸的非晶合金条带应用于羽毛球拍框制备中，可最大程度地提高羽毛球拍框的性价比。

进一步，在所述步骤S20中，将所述混合层材料放入成型模具内，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框；具体来说，所述碳纤维和非晶合金条带均浸染有环氧树脂，位于模具内的混合层材料在加热过程中，所述环氧树脂受热膨胀固化，从而使混合层材料形成与模具相同的羽毛球拍框形状。

更进一步，为了减少羽毛球拍框的制作成本，同时又能够起到增强羽毛球拍框强度和弹性储能的作用；本发明可将预先制备的非晶合金条带切成长度为10-60mm的小段，在制备羽毛球拍框的过程中，在如图1所示的四个部位的碳纤维层中加入所述切成小段的非晶合金条带；然后将所述加有小段非晶合金条带的碳纤维层放入成型模具内，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框。通过在碳纤维层中添加小段非晶合金条带，可在一定程度上提升羽毛球拍框的强度和弹性储能，能有效防止拍框应力集中处发生折断。

进一步，本发明还提供一种非晶合金条带改性羽毛球拍框，其中，采用上述任意一种非晶合金条带改性羽毛球拍框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条带，将所述锆基或钛基非晶合金条带与碳纤维树脂复合材料叠加在一起，用于制备羽毛球拍框，能有效提升羽毛球拍框的强度和弹性储能、增强击球效果，同时有效避免羽毛球拍框在击球过程中发生折断。

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

1.一种非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其特征在于，包括步骤：

B、将所述混合层材料放入成型模具内，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框；

所述非晶合金条带的厚度为10-500μm，宽度为1-8mm；

所述步骤A中，首先将所述浸染有环氧树脂的碳纤维进行堆叠，待堆叠到一定厚度后，加入预先制备好的非晶合金条带，所述非晶合金条带也浸染过环氧树脂；最后在所述非晶合金条带上继续叠加碳纤维，从而形成碳纤维增强复合材料与非晶合金条带堆叠的混合层材料；

所述步骤A中的非晶合金条带的成分，按原子百分比计包括：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。

2.根据权利要求1所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其特征在于，所述非晶合金条带的制备过程包括：

3.根据权利要求2所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，其特征在于，所述铜辊表面的转速为15-80m/s。

4.根据权利要求2所述的非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法，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。

5.一种非晶合金条带改性羽毛球拍框，其特征在于，采用权利要求1-4任意一种非晶合金条带改性羽毛球拍框的制备方法制备而得。