CN109549305A

CN109549305A - 伞骨及其制备方法和伞

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Publication number: CN109549305A
Application number: CN201811536887.0A
Authority: CN
Inventors: 曾燮榕; 王浩杰; 邹继兆; 邓希达
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: CN109549305B

Abstract

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种伞骨及其制备方法和伞。所述伞骨包括骨芯、包覆所述骨芯的金属镀层，以及位于所述骨芯和所述金属镀层之间相邻设置的高分子填料层；其中，所述骨芯包括多根非晶合金丝，且所述非晶合金丝由胶粘剂相互粘结。本发明特有结构的伞骨不仅提高了硬度，使用时不易翻折和防止摩损，同时具有很好的抗腐蚀性，使用寿命长，而且伞骨密度要比传统伞骨降低8‑15％，具有使用轻便的特点。

Description

伞骨及其制备方法和伞

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种伞骨及其制备方法和伞。

背景技术

伞(如雨伞、遮阳伞和落地伞)作为生活中不可或缺的物品，在晴雨天气下扮演者不同角色，特别是在我国的东南沿海台风覆盖地区，伞体的质量尤为关键。伞骨作为伞体的结构支撑，直接关系着伞的使用质量。

目前，伞骨质量不够理想，往往出现强度低，硬度不足，抗拉能力差，摩擦损坏严重，迎风扭转或折断等诸多问题。此外，市场上的三折、四折圆骨收缩伞最受欢迎，为了小巧轻便且便于携带，往往通过减小骨架直径和减少骨架数目来实现，这样也造成了伞骨的机械性能大打折扣，问题不断。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种伞骨及其制备方法和伞，旨在解决现有伞骨硬度不足、强度过低，导致使用时易翻折和摩擦损坏的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种伞骨，所述伞骨包括骨芯、包覆所述骨芯的金属镀层，以及位于所述骨芯和所述金属镀层之间相邻设置的高分子填料层；其中，所述骨芯包括多根非晶合金丝，且所述非晶合金丝由胶粘剂相互粘结。

本发明提供的伞骨中，将传统伞骨内的退火丝或黑铁丝更换为直径更小的非晶合金丝材料，实现了微细化效果，使得本发明伞骨材料机械性能显著提高；而用高分子填料替换传统的金属填料，可充分利用高分子材料特有的柔韧性和弹力，使得本发明的伞骨重量降低便于携带收纳，也可节省制伞所使用的伞骨数目；总之，通过非晶合金丝和高分子填料层的共同作用，使得本发明特有结构的伞骨不仅提高了硬度，使用时不易翻折和防止摩损，同时具有很好的抗腐蚀性，使用寿命长，而且伞骨密度要比传统伞骨降低8-15％，具有使用轻便的特点。

本发明另一方面提供一种伞骨的制备方法，包括如下步骤：

提供非晶合金丝；

将多根所述非晶合金丝相邻排列在一起，然后置于胶黏剂中粘结固定后，得到骨芯；

将高分子填充材料包覆在所述骨芯表面，得到高分子填料层；

将包裹有所述骨芯的高分子填料层表面沉积金属镀层，得到所述伞骨。

本发明提供的伞骨的制备方法工艺简单，成本低，首先通过用胶黏剂将非晶合金丝粘结固定在一起组成骨芯，然后在骨芯表面制备高分子填料层，进一步在高分子填料层表面沉积金属镀层，该制备方法最终得到的伞骨不仅具有很好的硬度，同时具有很好的抗腐蚀性，而且伞骨密度要比传统伞骨低，具有使用寿命长、轻便的特点。

最后，本发明提供一种伞，包括支撑伞骨和若干根伞面伞骨，以及将所述支撑伞骨一端与每根所述伞面伞骨一端相互连接的伞骨结，所述伞面伞骨和支撑伞骨为本发明的上述伞骨或本发明的上述制备方法得到的伞骨。

本发明提供的伞中，支撑伞骨和伞面伞骨均有本发明特有的伞骨组成，因该伞骨不仅具有很好的硬度，同时具有很好的抗腐蚀性，而且伞骨密度要比传统伞骨低，使得该伞具有使用轻便、抗风能力强的特点。

附图说明

图1为本发明的圆柱体伞骨和长方体伞骨的截面图；

图2为本发明的三折长方体收缩伞的骨架示意图；

其中，图中各附图标记：

1-骨芯；11-非晶合金丝；12-胶粘剂；2-高分子填料层；3-金属镀层；4-支撑伞骨；5-伞面伞骨；6-伞骨结。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。在本发明的描述中，“多个”、“多根”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一方面，本发明实施例提供了一种伞骨，如图1所示，所述伞骨包括骨芯1、包覆所述骨芯1的金属镀层3，以及位于所述骨芯1和所述金属镀层3之间相邻设置的高分子填料层2；其中，所述骨芯1包括多根非晶合金丝11，且所述非晶合金丝11由胶粘剂12相互粘结。

本发明实施例提供的伞骨中，将传统伞骨内的退火丝或黑铁丝更换为直径更小的非晶合金丝材料，实现了微细化效果，使得本发明实施例伞骨材料机械性能显著提高；而用高分子填料替换传统的金属填料，可充分利用高分子材料特有的柔韧性和弹力，使得本发明实施例的伞骨重量降低便于携带收纳，也可节省制伞所使用的伞骨数目；总之，通过非晶合金丝和高分子填料层的共同作用，使得本发明实施例特有结构的伞骨不仅提高了硬度，使用时不易翻折和防止摩损，同时具有很好的抗腐蚀性，使用寿命长，而且伞骨密度要比传统伞骨降低8-15％，具有使用轻便的特点。

如图1所述，本发明实施例的伞骨可以是圆柱体伞骨或长方体伞骨，根据实际需求选用，优选长方体伞骨，在保证相同耗材下，长方体伞骨的介入可提高伞骨的支撑面，使得长方体伞骨的结构接触更加稳定，可操作表面增加。长方体伞骨的长宽比优选为(2.5-3)：1，如3mm×1.2mm或4mm×1.5mm，若长宽比值高，则会增加韧性，弱化其强度硬度；若比值低，则覆盖面积小，因此，该长宽比范围内的长方体伞骨的效果最佳。

进一步地，在本发明实施例的伞骨中，以所述非晶合金丝的原子百分含量为100％计，所述非晶合金丝包括如下原子百分比的成分：

Co：60-70％；Fe：2-7％；Si：8-14％；B：10-20％。

更优选地，非晶合金丝成分按照原子百分比计为Co_68.15Fe_4.35Si_12.25B_15.25，该成分非晶合金丝具有最佳的拉伸性能与断裂稳定性。

进一步地，在本发明实施例的伞骨中，所述骨芯中的非晶合金丝的直径为30-120μm，即本发明实施例的伞骨可以从传统的直径为1-2mm的退火丝或黑铁丝细化到直径为0.03-0.12mm的非晶合金丝，具有更好的微细化效果。

其中，该骨芯中的非晶合金丝的数量为多根，具体可以是200根以上，或300根以上，优选为400根以上；更优选地，所述伞骨包括500-2000根非晶合金丝；该数量范围和直径范围内的非晶合金丝组成的骨芯的平均抗拉强度约1727MPa，拉伸威布尔系数4.16，方差445MPa，具有很高的拉伸性能与断裂稳定性。

进一步地，在本发明实施例的伞骨中，所述高分子填料层的材料具备弹性，不阻碍非晶合金丝结构，而且耐候、防水、保温、阻燃、性质稳定，不与非晶合金丝结构即骨芯反应，具有良好的填充密封性；该高分子填料层的材料包括橡胶、塑料和纤维中的至少一种；其中，橡胶包括聚氨酯橡胶、三元乙丙橡胶以及硅酮密封胶等；塑料为结构塑料，纤维优选离心玻璃棉。所述高分子填料层的厚度为0.2-0.3mm；高分子填料层的目的在于减小制作成本、降低重量负担，并引入高分子性能优势，该高分子填料层的质量占伞骨总比例25-35％，高分子填料层过厚则有损结构机械强度，过薄则无法改善柔性，因此，0.2-0.3mm高分子填料层的效果较佳，最优选为0.25mm。

更进一步地，金属镀层可耐腐蚀、耐摩擦磨损，使得伞骨的表面呈平滑光泽膜；所述金属镀层的材料包括锌合金、铝合金和不锈钢中的至少一种；所述金属镀层的厚度为8-12μm。胶粘剂为金属胶粘剂，所述胶粘剂包括ergo.9900、KD-855和QN-505AB中的至少一种，以及环氧树脂胶粘剂，这些胶粘剂对非晶合金丝具有很好的粘结固定效果。

本发明另一方面提供一种伞骨的制备方法，包括如下步骤：

S01：提供非晶合金丝；

S02：将多根所述非晶合金丝相邻排列在一起，然后置于胶黏剂中粘结固定后，得到骨芯；

S03：将高分子填充材料包覆在所述骨芯表面，得到高分子填料层；

S04：将包裹有所述骨芯的高分子填料层表面沉积金属镀层，得到所述伞骨。

本发明实施例提供的伞骨的制备方法工艺简单，成本低，首先通过用胶黏剂将非晶合金丝粘结固定在一起组成骨芯，然后在骨芯表面制备高分子填料层，进一步在高分子填料层表面沉积金属镀层，该制备方法最终得到的伞骨不仅具有很好的硬度，同时具有很好的抗腐蚀性，而且伞骨密度要比传统伞骨低，具有使用寿命长、轻便的特点。

进一步地，在上述步骤S01中，以所述非晶合金丝的原子百分含量为100％计，所述非晶合金丝包括如下原子百分比的成分：Co：60-70％；Fe：2-7％；Si：8-14％；B：10-20％。非晶合金丝的优选直径和数量上文已说明，此处不再详述。

进一步地，所述非晶合金丝的制备方法包括：将液态合金在惰性气氛中喷射到旋转的轧辊上，并以10-10³℃/s的降温速度冷却得到所述非晶合金丝。将新制的非晶合金丝按圆柱体或长方体排列并规律性编织，浸入胶粘剂中固定粘结，形成圆柱体或长方体的骨芯。

进一步地，在上述步骤S03中，将高分子填充材料包覆在所述骨芯表面，得到高分子填料层的步骤包括：将所述高分子填充材料加热熔融得到液态的填充材料，将固化剂加入所述液体的填充材料中，然后涂覆在所述骨芯表面，冷却固化，如此借助固化剂(如硅胶固化剂)的作用将高分子填充材料均匀裹覆在骨芯表面得到高分子填料层。可设置模型或少量多次裹覆。

进一步地，在上述步骤S04中，在高分子填料层表面沉积金属镀层得到三层结构的伞骨，该金属镀层可耐腐蚀、耐摩擦磨损，使得伞骨表面平滑光泽。具体过程为；先将高分子填料层表面进行去油、水洗、浸酸、漂洗等表面金属镀预处理，然后利用CVD(化学气相沉积)在其表面沉积厚度均匀的金属镀层，为提高镀层质量应微调电镀沉积温度、沉积室压力和反应气体分压。

本发明实施例提供的上述高分子/非晶合金丝复合的可约束的伞骨制作方法。通过非晶合金丝的核心支撑，确保其在优异的抗拉强度、弹塑性恢复和耐腐蚀稳定的基础上，吸收了高分子材料良好的流变回弹性，抗腐蚀能力增强；大大减小了材料的重量，有质量空间去改进骨数目；表面金属镀层既保持了金属的光泽，又使其机械性能进一步强化。上述方法制作的高分子/非晶合金丝复合的长方体伞骨，其抗拉强度可提高约15％，耐用性提高18％，回弹能力可提高10％。

最后，本发明实施例提供一种伞，如图2所示，包括支撑伞骨4和多根伞面伞骨5，以及将所述支撑伞骨4一端与每根所述伞面伞骨5一端相互连接的伞骨结6，所述伞面伞骨4和支撑伞骨5为本发明实施例的上述伞骨或本发明实施例的上述制备方法得到的伞骨。

本发明实施例提供的伞中，支撑伞骨和伞面伞骨均有本发明实施例特有的伞骨组成，因该伞骨不仅具有很好的硬度，同时具有很好的抗腐蚀性，而且伞骨密度要比传统伞骨低，使得该伞具有使用轻便、抗风能力强的特点。本发明实施例的伞可以是雨伞、遮阳伞、落地伞等多种实用伞。

进一步地，所述支撑伞骨与每根所述伞面伞骨之间还通过非晶合金丝相互连接；如此，实现伞骨T连接处的孔结构-非晶合金丝线强化约束。更进一步地，所述伞面伞骨的数量为6-8根。

本发明实施例的伞的制备过程包括：将上述制备得到的伞骨作为支撑伞骨和伞面伞骨，然后进行干燥去水、固化，防止结构脱层开裂。支撑伞骨和伞面伞骨通过伞骨结固定连接。伞面伞骨上设置有孔结构(在每个伞面伞骨上的位置相同)，该孔结构的孔径极小(直径0.8-1mm)，然后通过非晶合金丝线固定在孔结构上，将每根所述伞面伞骨与支撑伞骨连接，一旦遇到伞骨翻折扭转，非晶合金丝便可拉拽加强，强化效果如图2所示。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种伞的制备方法，包括如下步骤：

(1)将合金Co_68.15Fe_4.35Si_12.25B_15.25进行感应加热熔融，在氩气保护下溅射在旋转轧辊上，以10-10³℃/s的降温速度高速冷却得到直径为30-120μm的非晶合金丝，将1000根非晶合金丝呈长方体排列编织后浸入金属胶粘剂中进行粘结固定，得到骨芯。

(2)将新配的聚氨酯橡胶在反应釜中加热至170-200℃融化，将固化剂加入其中，然后涂覆在骨芯表面，依靠固化剂变温固化，使得聚氨酯层均匀裹覆在骨芯表面形成聚氨酯填料层，得到截面长宽比约为3mm×1.2mm的复合杆状材料。

(3)对复合杆状材料表面的聚氨酯填料层进行去油、水洗、浸酸和漂洗等预处理使其粘结性能提高。利用电弧喷涂机，620-650℃内进行化学气相沉积10μm厚的锌铝合金(重量比55％铝+43.4％锌+1.6％硅)，得到长方体伞骨。

(4)对长方体伞骨进行干燥去水、固化，防止结构脱层开裂。该长方体伞骨是一种内部CoFeSiB基非晶合金丝层+中间聚氨酯橡胶填料层+表面CVD锌铝镀膜的高分子复合裹覆非晶合金丝的长方体伞骨材料。

(5)将上述伞骨作为支撑伞骨和伞面伞骨，并通过伞骨结固定连接。在伞面伞骨T连接处附近通过合金钻获得直径0.8-1mm的孔结构，依靠80-100mm非晶合金丝线(固化和表面镀金)连接强化约束，由于非晶丝线距离一定，一旦伞骨翻折扭转，必定导致非晶丝紧绷，从而发挥其优异的抗拉性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种伞骨，其特征在于，所述伞骨包括骨芯、包覆所述骨芯的金属镀层，以及位于所述骨芯和所述金属镀层之间相邻设置的高分子填料层；其中，所述骨芯包括多根非晶合金丝，且所述非晶合金丝由胶粘剂相互粘结。

2.如权利要求1所述的伞骨，其特征在于，以所述非晶合金丝的原子百分含量为100％计，所述非晶合金丝包括如下原子百分比的成分：

Co：60-70％；Fe：2-7％；Si：8-14％；B：10-20％。

3.如权利要求1所述伞骨，其特征在于，所述非晶合金丝的直径为30-120μm；和/或

所述骨芯包括500-2000根非晶合金丝；和/或

所述高分子填料层的厚度为0.2-0.3mm；和/或

所述金属镀层的厚度为8-12μm。

4.如权利要求1所述伞骨，其特征在于，所述胶粘剂包括ergo.9900、KD-855和QN-505AB中的至少一种；和/或

所述高分子填料层的材料包括橡胶、塑料和纤维中的至少一种；和/或

所述金属镀层的材料包括锌合金、铝合金和不锈钢中的至少一种。

5.一种伞骨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供非晶合金丝；

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述非晶合金丝的制备方法包括：将液态合金在惰性气氛中喷射到旋转的轧辊上，并以10-10³℃/s的降温速度冷却得到所述非晶合金丝。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将高分子填充材料包覆在所述骨芯表面，得到高分子填料层的步骤包括：将所述高分子填充材料加热熔融得到液态的填充材料，将固化剂加入所述液体的填充材料中，然后涂覆在所述骨芯表面，冷却固化。

8.如权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，以所述非晶合金丝的原子百分含量为100％计，所述非晶合金丝包括如下原子百分比的成分：

Co：60-70％；Fe：2-7％；Si：8-14％；B：10-20％。

9.一种伞，包括支撑伞骨和多根伞面伞骨，以及将所述支撑伞骨一端与每根所述伞面伞骨一端相互连接的伞骨结，其特征在于，所述伞面伞骨和支撑伞骨为权利要求1-4任一项所述的伞骨或权利要求5-8任一项所述的制备方法得到的伞骨。

10.如权利要求9所述的伞，其特征在于，所述支撑伞骨与每根所述伞面伞骨之间还通过非晶合金丝相互连接；和/或

所述伞面伞骨的数量为6-8根。