CN114642866B - 一种碳纤维复合匹克球拍及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维复合匹克球拍及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维复合匹克球拍及其制备方法，属于运动器材技术领域，一种碳纤维复合匹克球拍，包括拍身和手柄，拍身和手柄包括碳纤维复合材料制备而成；制备方法包括如下步骤：将45‑50％的基体树脂放入模具中，将碳纤维织布铺在基体树脂表面，然后在碳纤维织布表面加入剩余基体树脂，压实，把模具推入炉台加热，在180℃条件下固化2h，冷却4‑6min，得到一种碳纤维复合匹克球拍。基体树脂属于热固性酚醛树脂，通过改性剂对其进行改性，引入不饱和烷基长链。降低酚醛树脂的交联密度，对于降低其耐火、耐热及耐腐蚀性具有促进效果。

Description

一种碳纤维复合匹克球拍及其制备方法
技术领域
本发明属于运动器材技术领域，具体地，涉及一种碳纤维复合匹克球拍及其制备方法。
背景技术
在身体的活动量和活动度上，匹克球比羽毛球和乒乓球的活动度和活动量大，所以在锻炼身体上比羽毛球和乒乓球好。匹克球的活动量和运动量比网球为小，打不太动网球的人就适宜于打匹克球作为经常运动的锻炼项目。用的球拍形如较大的乒乓球拍，最初是木制的，目前有较轻的玻璃纤维、EVA，PE材料蜂窝纸，混合材料和碳纤维板的。
由木板制作而成的匹克球拍，重量重，手感差，硬度较硬；运动员在运动时，弹性比较差，手感不好，耐用性差，使用寿命短。碳纤维或玻璃纤维制作而成的匹克球拍，由于匹克球拍比较复杂，制作难度较大，耗时较长；且品质不稳定，容易出现夹纱、缺料、内折或内断等问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种碳纤维复合匹克球拍及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种碳纤维复合匹克球拍，包括拍身和手柄，拍身和手柄包括碳纤维复合材料制备而成；
所述碳纤维复合材料包括如下重量份原料：碳纤维织布10-20份，基体树脂60-70份；
进一步地，基体树脂通过如下步骤制备：
步骤S11、将苯酚和对甲苯磺酸混合，然后加入改性剂，升温至104℃，搅拌反应2h，然后结束后，降温至50℃，得到混合物a；
步骤S12、向混合物a中加入甲醛溶液，然后用氢氧化钡调节pH值为9，升温至95℃，搅拌反应4h，加入填料，搅拌混合，得到基体树脂。
进一步地，步骤S11中苯酚、对甲苯磺酸和改性剂的用量比为10mL：0.01g：1.8-2g；步骤S12中甲醛溶液的质量分数为36％；混合物a、甲醛溶液和填料的用量比为1g：14mL：0.2g。
进一步地，所述填料为石墨粉、碳纳米管、氧化铝、氧化镁、碳酸钙或滑石粉中的一种。
进一步地，所述改性剂通过如下步骤制备：
步骤S21、将亚麻油、甲酸混合，在温度为50℃条件下，加入过氧化氢，加完后升温至80℃，搅拌反应3h，反应结束后，将得到的反应液静置，保留上层液体，得到环氧亚麻油；利用过氧化氢作为氧化剂，将亚麻油结构上的部分双键氧化成环氧基团，为后续反应提供反应位点；
步骤S22、在温度为120℃条件下，将环氧亚麻油、辛烯基琥珀酸酐和四丁基溴化铵混合，搅拌反应3h，得到改性剂。环氧亚麻油上的环氧基团和辛烯基琥珀酸酐发生反应，引入不饱和烷基长链。
进一步地，步骤S21中亚麻油、甲酸、过氧化氢的用量比为30g：3mL：8g；步骤S22中环氧亚麻油、辛烯基琥珀酸酐和四丁基溴化铵的用量质量比为10：2：0.25。
进一步地，碳纤维织布为聚丙烯基T-300型碳纤维，使用时进行除油处理，以含有60g/LNaOH、20g/LNa2CO3以及40g/LNa3PO4的343K三元碱性水溶液作为除油剂，在超声振动作用下对经过除胶预处理的碳纤维织布进行30min的除油处理。除油完毕后，采用稀H2SO4溶液以及清水对编织布分别进行两次超声清洗。
一种碳纤维复合匹克球拍的制备方法，包括如下步骤：
将45-50％的基体树脂放入模具中，将碳纤维织布铺在基体树脂表面，然后在碳纤维织布表面加入剩余基体树脂，压实，把模具推入炉台加热，在180℃条件下固化2h，将模具拉至冷却台，冷却4-6min，得到一种碳纤维复合匹克球拍。
本发明的有益效果：
一种碳纤维复合匹克球拍，包括拍身和手柄，拍身和手柄包括碳纤维复合材料制备而成，碳纤维复合材料包括碳纤维织布和基体树脂；基体树脂属于热固性酚醛树脂，在制备基体的过程中，通过改性剂对其进行改性，其中，改性剂以亚麻油为原料，先对其进行环氧化改性，引入环氧基团，然后与辛烯基琥珀酸酐发生反应，引入不饱和烷基长链。降低酚醛树脂的交联密度，对于降低其耐火、耐热及耐腐蚀性具有促进效果。
改性剂中含有较多的不饱和脂肪酸长链，适当地增加不饱和脂肪酸长链的含量有利于提高干燥速率，将改性剂的柔性烷基链引入到酚醛树脂结构中，进而达到提高其韧性及耐水性的目的。
以碳纤维织布作为连接体，基体树脂固化后将会提升球拍断面的稳定性，各向受力均衡，消除内部应力，从而大大提升拍框的刚性和抗扭性能，突破传统拍框断面刚性和抗扭性能局限。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备改性剂：
步骤S21、将亚麻油、甲酸混合，在温度为50℃条件下，加入过氧化氢，加完后升温至80℃，搅拌反应3h，反应结束后，将得到的反应液静置，保留上层液体，得到环氧亚麻油；控制亚麻油、甲酸、过氧化氢的用量比为30g：3mL：8g；
步骤S22、在温度为120℃条件下，将环氧亚麻油、辛烯基琥珀酸酐和四丁基溴化铵混合，搅拌反应3h，得到改性剂。控制环氧亚麻油、辛烯基琥珀酸酐和四丁基溴化铵的用量质量比为10：2：0.25。
实施例2
制备基体树脂：
步骤S11、将苯酚和对甲苯磺酸混合，然后加入实施例1制得的改性剂，升温至104℃，搅拌反应2h，然后结束后，降温至50℃，得到混合物a；控制苯酚、对甲苯磺酸和改性剂的用量比为10mL：0.01g：1.8g；
步骤S12、向混合物a中加入甲醛溶液，然后用氢氧化钡调节pH值为9，升温至95℃，搅拌反应4h，加入填料，搅拌混合，得到基体树脂。控制甲醛溶液的质量分数为36％；混合物a、甲醛溶液和填料的用量比为1g：14mL：0.2g。
实施例3
制备基体树脂：
步骤S11、将苯酚和对甲苯磺酸混合，然后加入实施例1制得的改性剂，升温至104℃，搅拌反应2h，然后结束后，降温至50℃，得到混合物a；控制苯酚、对甲苯磺酸和改性剂的用量比为10mL：0.01g：2g；
步骤S12、向混合物a中加入甲醛溶液，然后用氢氧化钡调节pH值为9，升温至95℃，搅拌反应4h，加入填料，搅拌混合，得到基体树脂。控制甲醛溶液的质量分数为36％；混合物a、甲醛溶液和填料的用量比为1g：14mL：0.2g。
实施例4
一种碳纤维复合匹克球拍的制备方法，包括如下步骤：
将实施例3制得的45％的基体树脂放入模具中，将碳纤维织布铺在基体树脂表面，然后在碳纤维织布表面加入剩余基体树脂，压实，把模具推入炉台加热，在180℃条件下固化2h，将模具拉至冷却台，冷却4min，得到一种碳纤维复合匹克球拍。
其中，碳纤维复合材料包括如下重量份原料：碳纤维织布10份，基体树脂60份；填料为石墨粉、碳纳米管、氧化铝、氧化镁、碳酸钙或滑石粉中的一种。碳纤维织布为聚丙烯基T-300型碳纤维，使用时进行除油处理，以含有60g/LNaOH、20g/LNa2CO3以及40g/LNa3PO4的343K三元碱性水溶液作为除油剂，在超声振动作用下对经过除胶预处理的碳纤维织布进行30min的除油处理。除油完毕后，采用稀H2SO4溶液以及清水对编织布分别进行两次超声清洗。
实施例5
一种碳纤维复合匹克球拍的制备方法，包括如下步骤：
将实施例3制得的48％的基体树脂放入模具中，将碳纤维织布铺在基体树脂表面，然后在碳纤维织布表面加入剩余基体树脂，压实，把模具推入炉台加热，在180℃条件下固化2h，将模具拉至冷却台，冷却5min，得到一种碳纤维复合匹克球拍。
其中，碳纤维复合材料包括如下重量份原料：碳纤维织布15份，基体树脂65份；填料为石墨粉、碳纳米管、氧化铝、氧化镁、碳酸钙或滑石粉中的一种。碳纤维织布为聚丙烯基T-300型碳纤维，使用时进行除油处理，以含有60g/LNaOH、20g/LNa2CO3以及40g/LNa3PO4的343K三元碱性水溶液作为除油剂，在超声振动作用下对经过除胶预处理的碳纤维织布进行30min的除油处理。除油完毕后，采用稀H2SO4溶液以及清水对编织布分别进行两次超声清洗。
实施例6
一种碳纤维复合匹克球拍的制备方法，包括如下步骤：
将实施例3制得的50％的基体树脂放入模具中，将碳纤维织布铺在基体树脂表面，然后在碳纤维织布表面加入剩余基体树脂，压实，把模具推入炉台加热，在180℃条件下固化2h，将模具拉至冷却台，冷却6min，得到一种碳纤维复合匹克球拍。
其中，碳纤维复合材料包括如下重量份原料：碳纤维织布20份，基体树脂70份；填料为石墨粉、碳纳米管、氧化铝、氧化镁、碳酸钙或滑石粉中的一种。碳纤维织布为聚丙烯基T-300型碳纤维，使用时进行除油处理，以含有60g/LNaOH、20g/LNa2CO3以及40g/LNa3PO4的343K三元碱性水溶液作为除油剂，在超声振动作用下对经过除胶预处理的碳纤维织布进行30min的除油处理。除油完毕后，采用稀H2SO4溶液以及清水对编织布分别进行两次超声清洗。
对比例1
将实施例3中的改性剂去掉，其余原料及制备过程保持不变。
对比例2
将对比例1制得样品替换实施例6中的基体树脂，其余原料及制备过程保持不变。
将实施例4-6和对比例2制得的样品在沸水中煮2h，然后测试其洛氏硬度损失率；测试初始分解温度。
表1
实施例4 实施例5 实施例6 对比例2
洛氏硬度损失率(％) 13.1 13.0 13.0 29.3
初始分解温度(℃) 350 350 350 300
从上表1可知，本发明制得的样品，耐水性能优异，其原因在于，引入改性剂中的烷基长链，固化时形成密集结构，降低气孔率，提高耐候性、耐水性，引入改性剂，提高分子量，提高基体树脂耐热性，进而提高使用寿命。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种碳纤维复合匹克球拍，包括拍身和手柄，其特征在于，拍身和手柄包括碳纤维复合材料制备而成；所述碳纤维复合材料包括如下重量份原料：碳纤维织布10-20份，基体树脂60-70份；
所述基体树脂通过如下步骤制备：
步骤S11、将苯酚和对甲苯磺酸混合，然后加入改性剂，升温至104℃，搅拌反应2h，然后结束后，降温至50℃，得到混合物a；
步骤S12、向混合物a中加入甲醛溶液，然后用氢氧化钡调节pH值为9，升温至95℃，搅拌反应4h，加入填料，搅拌混合，得到基体树脂；
所述改性剂通过如下步骤制备：
步骤S21、将亚麻油、甲酸混合，在温度为50℃条件下，加入过氧化氢，加完后升温至80℃，搅拌反应3h，得到环氧亚麻油；亚麻油、甲酸、过氧化氢的用量比为30g：3mL：8g；
步骤S22、在温度为120℃条件下，将环氧亚麻油、辛烯基琥珀酸酐和四丁基溴化铵混合，搅拌反应3h，得到改性剂；环氧亚麻油、辛烯基琥珀酸酐和四丁基溴化铵的用量质量比为10：2：0.25。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合匹克球拍，其特征在于，步骤S11中苯酚、对甲苯磺酸和改性剂的用量比为10mL：0.01g：1.8-2g；步骤S12中甲醛溶液的质量分数为36%；混合物a、甲醛溶液和填料的用量比为1g：14mL：0.2g。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合匹克球拍，其特征在于，所述填料为石墨粉、碳纳米管、氧化铝、氧化镁、碳酸钙或滑石粉中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合匹克球拍的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将45-50%的基体树脂放入模具中，将碳纤维织布铺在基体树脂表面，然后在碳纤维织布表面加入剩余基体树脂，压实，把模具推入炉台加热，在180℃条件下固化2h，冷却4-6min，得到一种碳纤维复合匹克球拍。
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