CN110772766B

CN110772766B - 一种非晶合金加强型球拍及其制备方法

Info

Publication number: CN110772766B
Application number: CN201911014607.4A
Authority: CN
Inventors: 谢盛辉; 肖春林; 何亮
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: CN110772766A

Abstract

一种非晶合金加强型球拍的制备方法，包括步骤：步骤S1：在碳布两端均连接非晶合金条带，非晶合金条带一端延伸出碳布10mm‑100mm；步骤S2：将碳布卷成长条状，然后将延伸出的非晶合金条带包裹在长条状碳布一端，再裹上碳纱；步骤S3：将卷制好的长条状碳布做成球拍拍框的初始形状；步骤S4：在拍杆与球拍拍框连接处中部开卡槽，将非晶合金片插入卡槽中；步骤S5：以碳纤维布缠绕拍杆与球拍拍框连接处，将拍杆与球拍拍框连接形成拍胚，并放入成型模具内，在120‑160℃的加热条件下固化成型，待冷却后，取出模具内已成型的半成品羽毛球拍。本发明利用非晶合金材料的高强度、高弹性、高硬度、重量轻等优异性能，增强球拍拍框与拍杆连接处强度，降低此处发生断裂的风险。

Description

一种非晶合金加强型球拍及其制备方法

技术领域

本发明涉及运动器械领域，特别涉及一种非晶合金加强型球拍及其制备方法。

背景技术

球拍一般由拍框、拍杆、手柄顺次连接而成，目前市面上的羽毛球拍、网球拍的拍框和拍杆大多采用碳纤维复合材料制成，由增强环氧树脂材料包裹碳纤维带构成的骨架，增强球拍强度。然而，为了减轻球拍的重量，拍杆和拍框基本采用中空结构，这样会使得拍杆与拍框之间的连接稳定性降低，当快速击球时，拍杆与拍框连接处容易出现断裂或扭曲形变，从而导致手、拍杆、拍框不同步而无法打出运动者想要的击球效果。

因此，碳纤维复合材料制成的球拍的拍杆和拍框连接的稳固性还有待提升，现有技术迫切需要研发出一种即可以保证球拍结构稳定坚固，制备过程工艺简单，使用原料少，不会造成球拍重量的明显增加的球拍，以解决快速击球过程中球拍容易出现拍杆与拍框连接处发生断裂或不同步扭曲变形的问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种非晶合金加强型球拍及其制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种非晶合金加强型球拍的制备方法，包括步骤：

步骤S1：在碳布两端均连接非晶合金条带，非晶合金条带一端延伸出碳布10mm-100mm；

步骤S2：将碳布卷成长条状，然后将延伸出的非晶合金条带包裹在长条状碳布一端，再裹上碳纱；

步骤S3：将卷制好的长条状碳布做成球拍拍框的初始形状；

步骤S4：在拍杆与球拍拍框连接处中部开卡槽，将浸有环氧树脂的非晶合金片插入卡槽中；

步骤S5：以碳纤维布缠绕拍杆与球拍拍框连接处，将拍杆与球拍拍框连接形成拍胚，并放入成型模具内，在120-160℃的加热条件下固化成型，待冷却后，取出模具内已成型的半成品羽毛球拍。

进一步的，所述步骤S5中，首先以碳纤维布缠绕拍杆与球拍拍框连接处，将拍杆与球拍拍框连接形成拍胚，将两片Y形非晶合金块分别贴在拍杆与拍框连接处两侧，再以碳纤维布缠绕固定。

进一步的，所述步骤S4中还包括：将Y形非晶合金块的两翼分别插入球拍拍框的两侧内孔，Y形非晶合金块的下翼贴在所述拍杆的外侧，所述Y形非晶合金块设有两块，分别设置在所述非晶合金片两侧，再以碳纤维布缠绕Y形非晶合金块和球拍拍框，使上述Y形非晶合金块与球拍拍框及拍杆紧密结合。

进一步的，在步骤S4中，所述非晶合金片缠绕非晶合金条带，插入卡槽后，以加热可膨化树脂或涂有环氧树脂的发泡材料填充。

进一步的，在步骤S1中，所述非晶合金条带的厚度为10-500μm，宽度为1-8mm；所述非晶合金条带添加到碳布的部分的长度为10-60mm，延伸出碳布外的长度为20mm-100mm。

进一步的，在步骤S4中，所述非晶合金片的厚度为0.2-2mm，长度为20-60mm，宽度为2-10mm，且非晶合金片呈弧形结构。

进一步的，所述Y形非晶合金块的厚度为0.3-2mm，所述Y形非晶合金块的前后侧面为弧形面，其前后侧面的弧度与所述球拍拍框、拍杆的连接面弧度相适配。

进一步的，所述步骤S1中的非晶合金条带的成分，按原子百分比计包括：40-50％的Zr、11-14％的Ti、7-13％的Cu、2-10％的Ni以及20-30％的Be。

进一步的，Y形非晶合金块的成分，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。

进一步的，非晶合金片的成分，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。

进一步的，所述Y形非晶块的制备过程如下：

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添加至真空度大于1×10^-3Pa的电弧炉中，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，熔炼次数为双数次，得到熔炼均匀的母合金；

A2：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铜模里冷却，形成Y形非晶合金块。

进一步的，所述非晶合金片的制备过程与所述Y形非晶块的制备过程一致。

进一步的，步骤S1中非晶合金条带的制备过程如下：

A：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添加至真空度大于1×10^-3Pa的电弧炉中，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，熔炼次数为6-8次，得到熔炼均匀的母合金；

B：将融化的母合金喷在预定转速的铜辊上，形成非晶合金条带。

进一步的，步骤B中，所述铜辊的转速为1000rpm-5000rpm。

进一步的，一种非晶合金加强型球拍的制备方法，还包括以下步骤：

步骤S6：在拍杆与手柄前沿接触位置卷绕2-4层的非晶丝带碳布层；在拍杆末端套接非晶环，非晶环上环绕连接有双数个非晶丝弹簧，所述非晶丝弹簧以非晶环中轴线为中心线向外发散；

步骤S7：以发泡材料包裹拍杆及非晶丝弹簧，以碳布缠绕后，放入内空手柄内；

步骤S8：放入成型模具中，在120-160℃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。

进一步的，步骤S6中：所述非晶丝带碳布层由碳布表面粘接浸有环氧树脂的非晶合金丝带形成。

一种非晶合金加强型球拍，其中，采用上述任意一种非晶合金加强型球拍的制备方法制备而得。

本发明的有益效果在于：

1、本发明利用非晶合金材料的高强度、高弹性、高硬度、重量轻等优异性能，可使球拍拍框与拍杆连接处相比于传统拍强度增加20-50％，不会造成球拍重量的明显增加，大大降低了此处发生断裂的风险，且结构稳定性强，可解决快速击球过程中球拍容易出现拍杆与拍框连接处发生断裂或不同步扭曲变形的问题，从而使得手与拍杆、拍框同步性稳定，方便击球者控制击球点和落球点。

2、非晶合金的弹性模量相对较低，相对较低的杨氏模量意味着非晶合金具有更好的弹性，非晶合金的泊松比也通常较低，这使得非晶合金具有较高的弹性伸长率和较高的弹性能。拍杆与拍框连接处加入具有高强度的非晶合金，可以使得其具有良好的弹性伸长率和较高的弹性能，可使球拍在增加20-50％强度的基础上，还能大弧度减小击球过程中对球拍的冲击力，对冲击力产生消减效果，不仅使球拍寿命更长，还减少球对打球者手部冲击力的10％-40％，从而降低手在击球过程中受伤的风险。

附图说明

图1为本发明一种非晶合金加强型球拍的制备方法实施例一的流程图；

图2为本发明一种非晶合金加强型球拍的制备方法实施例二的流程图；

图3为本发明一种非晶合金加强型球拍的制备方法实施例三的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种非晶合金加强型球拍的制备方法，包括步骤：

步骤S1：在碳布两端连接浸有环氧树脂的非晶合金条带，非晶合金条带一端延伸出碳布10mm-100mm；

步骤S3：将卷制好的长条状碳布做成球拍拍框的初始形状；

步骤S6：在拍杆末端连接手柄，用发泡材料填充；

步骤S7：放入成型模具中，在120-160℃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。

进一步，本发明的拍杆采用上述步骤S1-步骤S3制备而得。

更详细的，步骤S1中非晶合金条带的制备过程如下：

B：将融化的母合金喷在预定转速为1000rpm-5000rpm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，通过调节铜辊的转速来调节所述非晶合金条带的厚度。

在本实施例中，在步骤S1中，所述非晶合金条带的厚度为10-500μm，宽度为1-8mm，密度为5-15条/mm；所述非晶合金条带添加到碳布的部分的长度为10-60mm，延伸出碳布外的长度为20mm-100mm。通过调整非晶合金条带的宽度、厚度、长度及密度的量，可获得不同的强度、弹性、抗疲劳抗冲击性能羽毛球拍的使用需求；本发明所采用的非晶合金条带为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、11-14％的Ti、7-13％的Cu、2-10％的Ni以及20-30％的Be，在该成分质量范围内，非晶合金条带具有很高的断裂韧性。其中，通过三点弯曲实验得到Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶缺口试样的断裂韧性KIC＝57.2±2.3MPa m1/2，说明即便非晶合金出现裂痕或缺陷，依旧具有良好的断裂韧性，因此，非晶合金条带的加入可以大大降低球拍拍框与拍杆连接处出现断裂及大变形的风险。本发明非晶合金条带优选厚度100μm，宽度为10mm，密度为10条/mm，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。

在本实施例中，步骤S5中，首先以碳纤维布缠绕拍杆与球拍拍框连接处，使拍杆与球拍拍框连接形成拍胚，将两片Y形非晶合金块分别贴在拍杆与拍框连接处两侧，再以碳纤维布缠绕固定。使用两片Y形非晶合金块夹在拍杆与球拍拍框两侧，直接的把拍框和拍杆连接为一个整体，击球时，拍框受到的力可以更及时地传到拍杆，对拍框具有一定的保护作用，且两片Y形非晶合金块夹住拍框和拍杆，对拍框与拍杆的结合一致性明显增强，尤其是在面对冲击和扭力时候，两片Y形非晶片协同抵抗冲击，效果更好。

所述Y形非晶块的制备过程如下：

具体的，所述Y形非晶合金块的尺寸通过铜模来调节；较佳地，铜模采用对开模设计，以利于顺利脱模；铜模内部还可涂覆耐热润滑离型剂或氮化硼涂料，以便于顺利脱模，而不损伤模具，且模具的设计利用Mold Flow软件分析，从而解决喷注过程因模具设计不合理而使非晶片形状不完美或不能形成非晶。

在本实施例中，步骤A1中单质金属混合物的熔炼次数为8次，步骤A2中制得的所述Y形非晶合金块的成分，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。锆基或钛基非晶合金在强度和弹性储能上，比碳纤维增强的聚合物复合材料具有更高的性能优势，可将球拍整体的弹性储能提高20-60％，将拍杆与球拍拍框连接处的强度提高20％以上。

进一步的，所述Y形非晶合金块的厚度为0.3-2mm，所述Y形非晶合金块的前后侧面为弧形面，其前后侧面的弧度与所述球拍拍框、拍杆的连接面弧度相适配。Y形非晶合金块夹在拍杆与球拍拍框连接处外部两侧，Y形非晶合金块的两翼固定拍框两侧，Y形非晶合金块夹的下翼固定在拍杆外壁，实现拍杆与拍框连接统一，通过碳纤维布紧密缠绕使得拍框与拍杆紧密结合。Y形非晶合金块加强拍杆与球拍拍框连接，拍击球时，两片Y形非晶合金块和内嵌在拍杆上的非晶合金片的三重加强，球拍拍框与拍杆处不会因为冲击而变形，不会因为扭力而使球拍扭曲变形。

此外，在步骤S4中，所述非晶合金片缠绕非晶合金条带，插入卡槽后，以加热可膨化树脂或涂有环氧树脂的发泡材料填充，所述发泡材料可选择聚氨酯发泡材料。所述非晶合金片的厚度为0.2-2mm，长度为20-60mm，宽度为2-10mm，且非晶合金片呈弧形结构，非晶合金片用于固定在所述拍杆与球拍拍框连接处内部，所述非晶合金片的制备过程与所述Y形非晶块的制备过程一致，非晶合金片的成分，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。

非晶合金片通过非晶合金条带缠绕后插入拍杆的卡槽内，可以加强羽毛球拍杆与拍框的结合，通过加热可膨化树脂或涂有环氧树脂的发泡材料填充使非晶合金片与拍杆、拍框形成统一整体，进一步保障了结构的稳定性，各个部位相互补强促进，可降低拍框与拍杆连接处断裂的可能性，还可以增强球拍拍框与拍杆连接处整体的弹性储能，增强击球效果，使球拍寿命延长两倍以上。

实施例二：

本实施例与上述实施例一的区别在于：

如图2所示，一种非晶合金加强型球拍的制备方法，包括步骤：

步骤S3：将卷制好的长条状碳布做成球拍拍框的初始形状；

步骤S6：在拍杆末端连接手柄，用发泡材料填充；

进一步，本发明的拍杆采用上述步骤S1-步骤S3制备而得。

更详细的，所述步骤S4中还包括：将Y形非晶合金块的两翼分别插入球拍拍框的两侧内孔，Y形非晶合金块的下翼贴在所述拍杆的外侧，所述Y形非晶合金块设有两块，分别设置在所述非晶合金片两侧，再以碳纤维布缠绕Y形非晶合金块和球拍拍框，使上述Y形非晶合金块与球拍拍框及拍杆紧密结合。

所述Y形非晶合金块、非晶合金片内置在所述拍杆与球拍拍框连接处，多组非晶合金块组合，具有优良的超塑性，这使得拍杆与球拍拍框连接处的连接稳定性更好，刚性和柔韧性更好，不易断裂。

实施例三：

本实施例与上述实施例一或实施例二的区别在于：

如图3所示，一种非晶合金加强型球拍的制备方法，包括步骤：

步骤S3：将卷制好的长条状碳布做成球拍拍框的初始形状；

步骤S6：在拍杆与手柄前沿接触位置卷绕2-4层的非晶丝带碳布层；在拍杆末端套接非晶环，非晶环上环绕连接有双数个涂有环氧树脂的非晶丝弹簧，所述非晶丝弹簧以非晶环中轴线为中心线向外发散；

更详细的，步骤S6中：所述非晶丝带碳布层由碳布表面粘接浸有环氧树脂的非晶合金丝带形成。其中，非晶合金丝带的厚度为10-500μm，宽度为2-8mm；长度为40-100mm(可缠绕拍杆2-4层)，密度为8-20条/mm，贴在5-20mm宽，60-120mm的碳布，通过调整非晶合金条带的宽度、长度、单位面积非晶合金条带密度可调节与手柄前沿抗折损强度。

步骤S6中，所述非晶环的内直径需比羽毛球拍杆大01-0.5mm，线径0.1-1mm，高度1-5mm，通过改变非晶环的数量而获得不同减震效果及弹性储能。所述非晶环的制备过程与所述Y形非晶块的制备过程一致，双数个涂有环氧树脂的非晶丝弹簧等角度均匀连接在非晶环的外侧，所述非晶丝弹簧以非晶环中轴线为中心线向外发散，所述非晶弹簧采用直径为20-150μm的非晶丝在自动卷簧机卷制而得，弹簧部分长5-15mm，端部留有3-10mm的直非晶丝用来与非晶环连接，通过改变非晶丝弹簧的数量而获得不同减震效果及弹性储能。

拍杆与手柄前沿接触位置采用非晶丝带碳布层进行缠绕，可使手柄前沿给拍杆的折损力被非晶丝带碳布层削弱至少20％，减少拍杆不均匀变形可能性发生，大大提高了球拍的使用寿命及击球体验。此外，拍杆末端伸入手柄的部位采用非晶环加非晶丝弹簧结构，当击球时候，拍杆受到大的冲击力传递到拍杆末端，冲击力可沿着非晶环分散传递到非晶丝弹簧，再利用非晶丝弹簧的弹性性能，可使传递到拍杆尾部的冲击力降低20-50％，从而经手柄传递到挥拍者手部的冲击力和震动损伤将减少20-50％。

综上所述，本发明采用强度、韧性等综合性能优异的非晶合金条带来制备拍杆和球拍拍框，非晶合金条带可以增强球拍拍框与拍杆连接处的强度和硬度，然后通过加热固化成型的方式，来实现紧密连接，在不增加球拍质量的前提下，可使球拍拍框与拍杆连接处相比于传统的强度增加20-50％，则大大降低此处发生断裂的风险，且结构稳定性强，可解决快速击球过程中球拍容易出现拍杆与拍框连接处发生断裂或不同步扭曲变形的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S3：将卷制好的长条状碳布做成球拍拍框的初始形状；

步骤S4：在拍杆与球拍拍框连接处中部开卡槽，将非晶合金片插入卡槽中；

步骤S5：以碳纤维布缠绕拍杆与球拍拍框连接处，将拍杆与球拍拍框连接形成拍胚，并放入成型模具内，在120-160℃的加热条件下固化成型，待冷却后，取出模具内已成型的半成品羽毛球拍；

所述步骤S5中，将拍杆与球拍拍框连接形成拍胚之后，放入成型模具前，将两片Y形非晶合金块分别贴在拍杆与拍框连接处两侧，再以碳纤维布缠绕固定。

2.根据权利要求1所述的一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，将所述步骤S5中将拍杆与球拍拍框连接形成拍胚之后，放入成型模具前，将两片Y形非晶合金块分别贴在拍杆与拍框连接处两侧，再以碳纤维布缠绕固定的操作替换为步骤S4中的如下步骤：将Y形非晶合金块的两翼分别插入球拍拍框的两侧内孔，Y形非晶合金块的下翼贴在所述拍杆的外侧，所述Y形非晶合金块设有两块，分别设置在所述非晶合金片两侧，再以碳纤维布缠绕Y形非晶合金块和球拍拍框，使上述Y形非晶合金块与球拍拍框及拍杆紧密结合。

3.根据权利要求1或2所述的一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述非晶合金片缠绕非晶合金条带，插入卡槽后，以加热可膨化树脂或涂有环氧树脂的发泡材料填充。

4.根据权利要求1所述的一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述非晶合金条带的厚度为10-500μm，宽度为1-8mm；所述非晶合金条带添加到碳布的部分的长度为10-60mm，延伸出碳布外的长度为20mm-100mm。

5.根据权利要求1所述的一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述非晶合金片的厚度为0.2-2mm，长度为20-60mm，宽度为2-10mm，且非晶合金片呈弧形结构。

6.根据权利要求1所述的一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，所述Y形非晶合金块的厚度为0.3-2mm，所述Y形非晶合金块的前后侧面为弧形面，其前后侧面的弧度与所述球拍拍框、拍杆的连接面弧度相适配。

7.根据权利要求1所述的一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种非晶合金加强型球拍的制备方法，其特征在于，步骤S6中：所述非晶丝带碳布层由碳布表面粘接浸有环氧树脂的非晶合金丝带形成。

9.一种非晶合金加强型球拍，其特征在于，采用权利要求1-8任意一种非晶合金加强型球拍的制备方法制备而得。