CN114654763A - 羽毛球拍中管制作工艺及羽毛球拍中管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种羽毛球拍中管制作工艺及羽毛球拍中管，包括步骤：S1、选取高韧性纤维，裁剪合适的纤维长度，搓成圆棒芯并浸泡于热固性树脂稀释液中，浸泡后取出晾干并使树脂硬化；S2、将硬化后的圆棒芯研磨至真圆，制得中管芯部；S3、将环氧树脂涂覆在中管芯部上晾干；S4、裁剪多张环氧树脂基碳纤维增强预浸料，按不同的角度铺层；S5、预浸料铺层卷制中管芯部得中管预型；S6、将OPP带均匀的缠绕在中管预型上，烘烤使中管预型硬化成中管粗胚；S7、将中管粗胚多余材料裁剪，研磨至真圆，制成中管。本发明的优势在于：便于产业化加工，使每批次的产品性能均一；能增加整个中管的刚度、抗冲击和弯折强度，避免球拍因中管脆性断裂导致的拍头飞出。
Description
技术领域
本发明属于体育器材技术领域，尤其涉及一种羽毛球拍中管制作工艺及羽毛球拍中管。
背景技术
羽毛球运动是一种攻防转换非常快的运动，羽毛球拍拍框因为有网线编织形成了一个整体，因而与拍框连接的中管位置成为反馈运动员发力和击球力度的通道，尤其在杀球动作时，除了摆动手臂将球往下压之外，更需利用腕力加扣杀增加瞬间击球的力量，从而了使球获得更大的速度和角度，在这一过程中，中管承受较大的冲击而易发生形变，成为最容易脆性断裂的部位。
为保证球拍的轻质且减少挥拍时的阻力，现在的球拍设计中，中管的直径有细化的趋势，特别是近几年的中管直径甚至达到6.2mm甚至以下，这就使得中管安全系数下降，挥拍击球时若中管发生断裂脱离，会对对手或球场周边人群的人身安全造成威胁。
为解决上述问题，在保证羽毛球拍中管直径不增大的前提下增加中管的抗弯折强度和韧度，专利CN202822652U中提供了一种方案，在中管的中心设置弹性材料层，复合后的中管即使断裂，但其中心的弹性材料不会断裂，避免拍头甩出，降低风险。
专利CN112088035A中提供了一种实心中管的加工工艺，分为外层筒部和内层的芯部，筒部采用热固性纤维片卷制，芯部使用热固性强化树脂单独制作，将芯部插入筒部的内部，根据需要通过粘合等方式固定制得中管。
上述工艺在实际使用时仍存在一些问题：由于芯部和筒部分开制作，且芯部的树脂和筒部的碳纤维间界面结合强度较低，仅采用粘合的方式结合并不牢固，易发生界面间的断裂，使制得的成品中管在使用时有异音的风险；并且生产过程中需要使用模具来使纯树脂芯部成型，这也容易使得芯部出现各部分性能不均一的问题，生产出的成品批次一致性不高。
发明内容
针对现有技术中芯部和筒部装配的加工方式导致界面结合强度较低，羽毛球拍中管成品批次一致性不高的问题，本发明提供一种羽毛球拍中管制作工艺，该工艺能快速、产业化生产批次一致性强的中管。
本发明的技术方案如下：一种羽毛球拍中管制作工艺，包括如下步骤：
S1、选取高韧性纤维，裁剪合适的纤维长度，搓成圆棒芯并浸泡于热固性树脂稀释液中，浸泡后取出晾干并使树脂硬化；
S2、将硬化后的圆棒芯研磨至真圆，制得中管芯部；
S3、继续将环氧树脂涂覆在中管芯部上晾干；
S4、裁剪多张环氧树脂基碳纤维增强预浸料，按不同的角度铺层；
S5、将涂有环氧树脂的中管芯部放置于预浸料铺层的边缘，卷制得中管预型；
S6、将OPP带均匀的缠绕在中管预型上，烘烤使中管预型硬化成中管粗胚；
S7、将中管粗胚多余的材料裁剪，研磨至真圆，制成所需规格的中管。
优选的，步骤S1和S2间还包括如下步骤：
S1-1、初次硬化后的圆棒芯表面涂覆环氧树脂，常温晾干；
S1-2、裁剪环氧树脂基碳纤维增强预浸料，按照碳纤维角度为0°的方向卷制涂覆有热固性树脂的圆棒芯，并硬化处理。
进一步地，步骤S1中的高韧性纤维为芳纶纤维、尼龙纤维、UHMWPE纤维、PBO纤维、低模量碳纤维中至少一种。
进一步地，步骤S1中的热固性树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯中任一种。
进一步地，步骤S1中的热固性树脂为环氧树脂，树脂硬化过程为在140-160℃烘烤硬化100-150min。
进一步地，步骤S4中环氧树脂基碳纤维增强预浸料依次按角度±45°、0°、±30°铺层，各层预浸料长度相同，宽度依需求调整。
进一步地，步骤S1-2中硬化条件为在140-160℃下热压20-30min。
进一步地，步骤S6中硬化条件为在80-100℃下烘烤30min，然后在140-160℃下烘烤100-150min。
上述的羽毛球拍中管制作工艺可应用在纤细杆材加工中。
一种羽毛球拍中管，采用上述羽毛球拍中管制作工艺制成。
本发明的优势在于：相比于直接使用弹性树脂作为芯部再和筒部装配的中管制作工艺，本发明的工艺避免了纤维材质和树脂间界面结合强度较低，成品中管存在使用时异音的风险，同时也避免了使用研磨至真圆时中管芯部各部分一致性不高的问题，便于产业化的加工，使每批次的产品性能均一；能增加整个中管的刚度、抗冲击强度和抗弯折强度，使得采用该中管的球拍在打球过程中即使脆性断裂，内层的弹性芯部依然能起连接作用，防止拍头和中管的分离，极大的提高羽毛球拍使用时的安全性，也适用于自行车的辐条、箭杆、伸缩杆等有抗弯折需求的纤细杆材加工。
附图说明
图1为芳纶纤维制成的圆棒芯示意图；
图2为碳纤维预浸布卷制芳纶圆棒芯示意图；
图3为中管弹性芯部示意图；
图4为多角度铺层碳纤维预浸布卷制中管弹性芯部示意图；
图5为中管试样横截面示意图。
具体实施方式
下面将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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的中管制作工艺采用芳纶、尼龙、聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)、低模量碳纤维(模量<100Gpa,抗拉强度>3.0Gpa)等高韧性纤维来制作中管的弹性芯部，使用碳纤维预浸布制作中管的刚性结构部；弹性芯部和刚性结构部一同热固成型。
本发明的中管制作步骤如下：
S1、选取高韧性纤维，裁剪合适的纤维长度，搓成圆棒芯并浸泡于热固性树脂稀释液中，浸泡1分钟后取出晾干并使树脂硬化；
S2、初次硬化后的圆棒芯表面涂覆环氧树脂，常温晾干；
S3、裁剪环氧树脂基碳纤维增强预浸料，按照碳纤维角度为0°的方向卷制涂覆有热固性树脂的圆棒芯，并硬化处理；
S4、将硬化后的圆棒芯放入无心研磨机中研磨至真圆，制得中管芯部；
S5、继续将环氧树脂涂覆在中管芯部上晾干；
S6、裁剪多张环氧树脂基碳纤维增强预浸料，按碳纤维角度±45°、0°、±30°铺层；
S7、将涂有环氧树脂的中管芯部放置于预浸料铺层的边缘，卷制得中管预型；
S8、使用OPP缠绕机将OPP带均匀的缠绕在中管预型上，高温烘烤使中管预型硬化成中管粗胚；
S9、将中管粗胚多余的材料裁剪，使用无心研磨机研磨至真圆，制成所需规格的中管。
步骤S1中，热固性树脂可选用环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯中任一种，若选用环氧树脂，则需要140-160℃烘烤硬化，具体硬化温度和时间可依据所选用的环氧树脂细分类型选择；若选用乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性树脂，因硬化温度较低，在常温状态能基本实现硬化，则无需烘烤。
步骤S2-S3是对芳纶纤维芯进行的补强加固，主要作用是避免芳纶纤维制成的弹性芯部直接研磨真圆时可能会出现的部分芳纶纤维磨损断裂，影响中管芯部的均一性；但如为满足快速大批量生产的需要，节省整体工艺制作时间，也可省略步骤S2-S3，在步骤S1中增加搓成的圆棒芯的直径，硬化后直接研磨成所需规格。
采用芳纶、尼龙、UHMWPE纤维、PBO纤维、低模量碳纤维等高韧性纤维结合树脂硬化后作为中管芯部，相比于直接使用弹性树脂作为芯部，既能保证中管的轻质化，同时避免在无心研磨后中管芯部各部分一致性不高的问题，便于产业化的加工，使每批次的产品性能均一。
实施例1
现以芳纶纤维作为中管的弹性芯部，制作6mm*380mm规格的中管试样来为例来阐述本发明的实施方案：
实际球毛球拍中管的生产中，主要以高精度机械来控制各生产参数，产品性能的标准偏差较小，为易于理解本发明的加工工艺，实施例使用最直观的表述方式来描述本发明。
第一步、制作中管弹性芯部(如图1至3所示)
S1、裁断多根500mm长的芳纶纤维，搓成直径为1mm的圆棒芯，两头夹住圆棒芯，使其浸泡于环氧树脂稀释液中1min后取出、晾干、在150°下烘烤150分钟后使环氧树脂硬化；环氧树脂优选丁酮作为稀释溶剂；
S2、初次硬化后的芳纶圆棒芯1表面涂覆环氧树脂，常温晾干；(如图1所示)
S3、裁剪环氧树脂基碳纤维增强预浸料2，尺寸和角度如下：
| 纤维种类 | 角度 | 宽度mm | 长度mm |
| 碳纤维 | 0度 | 30 | 450 |
卷制涂覆有环氧树脂的圆棒芯后，放入内径3.0mm模具，在热压台上140-160℃热压30min，使之硬化；(如图2所示)
S4、将硬化的圆棒芯从模具上取出，放入无心研磨机，将圆棒芯的直径研磨到2.8mm，制得中管芯部3；(如图3所示)
第二步：制作6mm*400mm的中管试样(如图4至5所示)
S5、继续将环氧树脂涂覆在2.8mm的中管芯部3并晾干；
S6、裁剪多张环氧树脂基碳纤维增强预浸料4，尺寸和角度分别为：
| 项次 | 纤维种类 | 角度 | 宽度mm | 长度mm |
| 1 | 碳纤维 | +/-45度 | 70 | 400 |
| 2 | 碳纤维 | 0度 | 30 | 400 |
| 3 | 碳纤维 | +/-30度 | 12 | 400 |
依次按照上述项次顺序进行铺层；各层的长度相同，宽度可依次递减，以保证成品中管的厚度适宜(如图4所示)
S7、将涂有环氧树脂的中管芯部放置于预浸料铺层的边缘，使中管芯部两端至少各留20mm，卷制得中管预型；
S8、使用OPP缠绕机将OPP带均匀的缠绕在中管预型上，先在80-100℃下烘烤30min，然后在140-150℃下烘烤150min，中管预型硬化成中管粗胚；
S9、将中管粗胚多余的材料裁剪，使用无心研磨机研磨成6mm*380mm规格，制成中管试样。(如图5所示)
对比例1
不含芳纶制作的弹性芯部，全部由碳纤维预浸布卷制而成的实心中管试样。制作步骤如下：
S1、裁剪尺寸为25mm*500mm的0°碳纤维预浸布搓成圆棒芯，放进钢模中加热硬化；
S2-S9步骤同实施例1，制得全碳纤维中管试样。
对上述方法加工制得的中管试样进行测试分析，分别测试两类产品的刚度、韧度、强度、断裂状况，测试结果如下表：
表1中管试样的性能对比
对于实施例1的步骤S1将芳纶纤维替换为直径为1mm的粗尼龙线，或采用超高分子量聚乙烯等纤维，同样会得到类似的结果，即含有弹性芯部的中管试样会增强中管的刚度、抗冲击强度和抗弯折强度。
以上方法中各步骤的规格参数可根据所需制成的中管规格进行相应的调整，采用本发明的方法制得的实心中管，弹性芯层具有高韧性，能增强整个中管的刚度、抗冲击强度和抗弯折强度，使得采用该中管的球拍在打球过程中即使外层的刚性结构部脆性断裂，内层的弹性芯部依然能起连接作用，使拍头不会从中管上分离飞出，极大的提高羽毛球拍使用时的安全性。
本发明的方法也可适用于自行车的辐条、箭杆、伸缩杆等纤细棒材的加工，提高棒材的刚度、抗冲击强度和抗弯折强度，并防止因棒材脆性断裂带来的安全隐患。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选取高韧性纤维，裁剪合适的纤维长度，搓成圆棒芯并浸泡于热固性树脂稀释液中，浸泡后取出晾干并使树脂硬化；
S2、将硬化后的圆棒芯研磨至真圆，制得中管芯部；
S3、继续将环氧树脂涂覆在中管芯部上晾干；
S4、裁剪多张环氧树脂基碳纤维增强预浸料，按不同的角度铺层；
S5、将涂有环氧树脂的中管芯部放置于预浸料铺层的边缘，卷制得中管预型；
S6、将OPP带均匀的缠绕在中管预型上，烘烤使中管预型硬化成中管粗胚；
S7、将中管粗胚多余的材料裁剪，研磨至真圆，制成所需规格的中管。
2.根据权利要求1所述的羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于：步骤S1和S2间还包括如下步骤：
S1-1、初次硬化后的圆棒芯表面涂覆环氧树脂，常温晾干；
S1-2、裁剪环氧树脂基碳纤维增强预浸料，按照碳纤维角度为0°的方向卷制涂覆有热固性树脂的圆棒芯，并硬化处理。
3.根据权利要求1所述的羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于：步骤S1中的高韧性纤维为芳纶纤维、尼龙纤维、UHMWPE纤维、PBO纤维、低模量碳纤维中至少一种。
4.根据权利要求1所述的羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于：步骤S1中的热固性树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯中任一种。
5.根据权利要求4所述的羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于：步骤S1中的热固性树脂为环氧树脂，树脂硬化过程为在140-160℃烘烤硬化100-150min。
6.根据权利要求4所述的羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于：步骤S4中环氧树脂基碳纤维增强预浸料依次按角度±45°、0°、±30°铺层，各层预浸料长度相同，宽度依需求调整。
7.根据权利要求2所述的羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于：步骤S1-2中硬化条件为在140-160℃下热压20-30min。
8.根据权利要求1所述的羽毛球拍中管制作工艺，其特征在于：步骤S6中硬化条件为在80-100℃下烘烤30min，然后在140-160℃下烘烤100-150min。
9.权利要求1-8任一所述的羽毛球拍中管制作工艺在纤细杆材加工中的应用。
10.一种羽毛球拍中管，其特征在于，采用权利要求1至8任一所述羽毛球拍中管制作工艺制成。
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