CN1246380A

CN1246380A - 一种热塑性高尔夫球杆的制造方法

Info

Publication number: CN1246380A
Application number: CN98117390A
Authority: CN
Inventors: 黄振隆; 陈文祥; 吴友栋
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-03-08

Abstract

本发明提供一种热塑性高尔夫球杆的制造方法,主要是利用一金属片将铁芯上的热塑性复合材料固化成型。本发明的方法包括下列步骤:(a)提供高尔夫球杆铁芯,于铁芯上包覆热塑性复合材料;(b)加热此复合材料,使其呈融熔状态;(c)以至少一金属片包覆此覆有材料的铁芯,并借束紧金属片而将铁芯上的复合材料加热固化;以及(d)脱开上述金属片与铁芯,得到热塑性高尔夫球杆。

Description

一种热塑性高尔夫球杆的制造方法

本发明涉及一种高尔夫球杆的制造方法，且特别涉及一种热塑性高尔夫球杆的制造方法。

传统的复合材料高尔夫球杆，材质通常是以环氧树脂/碳纤维为主，此系统是属于热固性树脂，而复合材料高尔夫球杆的加工方法又分为a.片状卷绕法(Tape Rolling)b.缠绕法(Filament Winding)，树脂硬化温度为130～150℃间。

首先介绍现有技术中以片状制作热固性高尔夫球杆的流程。请参见图1，将树脂/纤维的片状半成品，例如是环氧树脂/碳纤维的预浸材料100，以卷绕成型的方式包覆在铁芯102上(步骤a1)，然后以OPP带缠在卷绕好预测材料的铁芯上(步骤a2)；其中所用的OPP带即是经过纵向及横向延伸(orientation)过的聚丙烯(PP)带。接着，在80～150℃下加热1～3小时(步骤a3)，由于加热时OPP带会收缩产生压力，施压时预浸材料同时产生硬化，使复合材料的高尔夫球杆的层与层之间非常致密地结合在一起，而得到品质很好的产品。将OPP带解开后(步骤a4)，接下来的步骤还包括：将所得的杆体裁成适当的长度(步骤(a5)，然后研磨杆身成为平滑表面及所要求的外径(步骤a6)，最后再经过一道烤漆涂装(步骤a7)，即可得到高尔夫球杆成品104。

至于缠绕法，则是以不同的方式将树脂与纤维包覆在铁芯上。请参见图2的流程，缠绕法是将碳纤维的原材料200含浸(wetting)在液体状态的环氧树脂202中(步骤b1)，然后将此含有环氧树脂的纤维缠绕(winding)在铁芯上(步骤b2)。之后，同样可利用缠OPP带、加热等程序将铁芯上的复合材料固化，而得到致密的高尔夫球杆204(步骤b3～b8)。

上述的热固性高尔夫球杆，其缺点是耐冲击韧性较差，而且环氧树脂等热固性材料不易回收，容易造成环境污染。另一方面，由于热塑性材料不但容易回收，而且具有制振及高冲击韧性等优点，所以以热塑性材料制造高尔夫球杆已成为未来之趋势，而其中又以聚硫苯(PPS；Polyphenylene Sulfide)及尼龙(Nylon)材质最具符合高尔夫球杆的特性。

热塑性材料在高尔夫球杆制造上亦可分为a.片状卷绕法及b.缠绕法两种制程，其流程大致与热固性材料相似，仅在缠OPP带及加温80～150℃更改为缠耐高温高收缩带及加温至高于热塑性材料的结晶熔点或软化点以上0～80℃；若更高温亦可，但有老化之缺陷。由于Nylon 6的结晶熔点为225℃，PPS的结晶熔点为278℃，均远高于OPP的结晶熔点160℃，因此传统上热固性材料用于成型的OPP带，在热塑性高尔夫球杆上已无法使用。

因此，若制造热塑性高尔夫球杆，欲寻找有类似OPP带相同功效的材料，势必选择其耐温性更高的材料。硅橡胶带(silicon rubbertape)可满足此需求，但硅橡胶带的耐温性约在270℃以下，290℃势必分解，所以硅橡胶带仅适用于Nylon 6材质。以硅橡胶带成型的效果良好，但其厚度太厚，不易制造出0.02～0.05mm的胶带，因为在此厚度的胶带没有强度，最薄仅能达到约0.5mm。所以热塑性高尔夫球杆若以硅橡胶带为收缩带，会有螺纹痕迹、深度太深等缺陷，会降低球杆的强度及刚性，而强度及刚性亦不太稳定。此外，硅橡胶带为热固性材料，亦不符合环保要求，而且硅橡胶带价格昂贵，相对提高成本。

有鉴于此，本发明的主要目的就是提供一种热塑性高尔夫球杆的新颖制法，用以取代现有技术中利用收缩带的成型方法，可避免硅橡胶带所造成的缺陷，并减少成本。

本发明的另一目的为提供一种热塑性高尔夫球杆的制造方法，不仅可应用在尼龙材质的热塑性材料上，亦可应用在温度更高的PPS材料上。

本发明的又一目的为提供一种热塑性高尔夫球杆的制造方法，所制得的球杆不仅容易回收，而且具有制振及高冲击韧性等优点。

为达到上述目的，本发明所提供的制造方法，主要是利用金属片将铁芯上的热塑性复合材料固化成型，以取代传统中使用收缩带的成型方法。

本发明的方法可应用在片状卷绕法的制程上，包括下列步骤：(a)提供高尔夫球杆铁芯，于铁芯上包覆至少一层热塑性预浸材料。该步骤可以至少两种卷绕角度将该预浸材料包覆在该铁芯上；(b)加热此预浸材料，使其呈融熔状态；(c)以至少一金属片包覆该覆有预浸材料的铁芯，并借束紧该金属片而将铁芯上的预浸材料加热固化。以及(d)脱开上述金属片与铁芯，得到热塑性高尔夫球杆。

在本发明的整个叙述中，“固化”是指：热塑性预浸材料或缠绕法用的热塑性原材料，于加工过程加热时，加热至熔点以上，产生热塑材料熔融状态，可完全含浸碳纤，且层与层之间融合在一起，若再施以张力或压力，则可赶出气泡完全结合在一起形成一结构体，这个过程称为固化。再者，“预浸材料”是指：以纤维含浸在树脂或塑胶中的材料，其中纤维的种类包括碳纤、玻璃纤维、克维拉纤维等。

根据本发明的方法，上述步骤(a)所使用的热塑性预浸材料例如是：尼龙/碳纤维、聚硫苯/碳纤维、聚硫苯/玻璃纤维、PEEK(聚二醚酮，polyetheretherketone)/碳纤维、以及尼龙/玻璃纤维等。

本发明的方法亦可应用缠绕法的制程上，包括下述步骤：(a)提供高尔夫球杆铁芯，于该铁芯上缠绕含有热塑性塑胶及纤维的复合材料，以形成积层状的壳层；(b)加热该复合材料，使其中的热塑性塑胶呈融熔状态；(c)以至少一金属片包覆该覆有复合材料的铁芯，并借束紧该金属片而将铁芯上的复合材料加热固化；以及(d)脱开上述金属片与铁芯，得到热塑性高尔夫球杆。

在上述中，步骤(a)所使用含有热塑性塑胶及纤维复合材料例如：

1.Commingle(商品名)：热塑性塑胶纤维丝与碳纤混编(如BASFStructure Materials，Inc.的产品)。其中可为Commingle的尼龙6/碳纤维。

2.Tow powder(商品名)：碳纤维束中含有热塑性塑胶粉(如CustomComposite Material，Inc.的产品)。

3.Tow flex(商品名)：在一束碳纤维中被压成扁平形片状，片之上、下表面含浸热塑性塑胶，但碳纤维束中间并不含浸热塑性塑胶，故呈现柔软状态(如Custom Composite Material，Inc.的Tow flexII，G30-500 12K/N6 Ribbon)。

4.宽度约2～6mm的预浸材料：例如宽度约2～6mm的尼龙6/碳纤维，其中碳纤维完全含浸树脂，呈现较硬状态(如Quadrax AdvancedMaterials Systems，Inc.的材料)。

在上述片状卷绕法或缠绕法的制程中，步骤(b)是加热至高于热塑性材料的结晶熔点或软化点以上0～80℃。步骤(c)可借气压缸对金属片施加张力而将其束紧，且较佳的张力范围为1～100kg/cm²。至于所使用的金属片材质可为不锈钢、铝、铜，其中又以不锈材质的金属片较佳，厚度则以0.03～0.05mm最佳。

根据上述，由于本发明的方法是使用金属片来实施材料的固化，因此可省去价格昂贵的硅橡胶带；再加上金属高熔点的特性，因此该方法不仅可适用于尼龙，亦可用于结晶熔点更高的PPS材料，甚至金属片可重复使用。

为更进一步说明本发明的上述和其他目的、特征、和优点，下面列举出较佳实施例，并配合附图，详细说明如下：

附图简单说明

图1为现有技术中以片状卷绕法制作热固性高尔夫球杆的流程图；

图2为现有技术中以缠绕法制作热固性高尔夫球杆的流程图；

图3为根据本发明较佳实施例所述的含有金属薄片的机构。

实施例一：

本实施例是应用片状卷绕法的制程来制作热塑性高尔夫球杆：

(1)以尼龙6/碳纤维预浸材料为球杆之材料；

(2)将上述预浸材料裁成+45度及-45度各一张，长度为115公分，宽度足以将球杆铁芯卷上三层，另一张裁成0度，长度为115公分，宽度足以卷上六层；

(3)将+45度及-45度的预浸材料加热至280℃，重叠压合在一起；

(4)将步骤(3)所得的预浸材料放入石英管烘箱输送带中加热，温度设定在280℃至尼龙融熔为止；

(5)迅速将预浸材料移至加热的卷绕机(rolling table)上，卷绕机的温度设定为280℃，将预浸材料卷在铁芯上，先卷±45度的预浸材料，再卷0度；

(6)再迅速将铁芯及卷好的预浸材料移至如图3所示的含有金属薄片的机构上装置好，并移至高温炉内加热固化，其中高温炉的温度设定在280℃；

(6-a)首先，以金属薄片310包覆球杆铁芯300外围，然后固定在夹具320上，并锁紧。如图中所示，夹具上锁有铁环330，铁环由强力钢丝340连接至气压缸360；而在气压缸与铁环之间，可借由测力器350量测气压缸的施力大小；

(6-b)利用气压缸360沿图中所示方向施力，所施张力最后传递至金属薄片310上，金属薄片会将包覆着预浸材料的铁芯300束紧，在此同时靠边模具305亦往内束紧，因此金属薄片会仅仅束住球杆铁芯的热塑性材料和纤维，经过加热及施张力30分钟后，达到固化作用；

(7)待冷却后，解开金属薄片，取出已成型的铁芯与球杆；之后

(8)抽出铁芯，得到热塑性高尔夫球杆的半成品。

为得到热塑性高尔夫球杆成品，后续的步骤还包括：将所得的杆体裁成适当的长度，然后研磨杆身、烤漆涂装等步骤，由于这些步骤属于后段制程，并非为本发明之重点，在此不予详述。应注意的是，在图3中所示的含有金属薄片的机构仅用于举例说明，并非用以限定本发明，任何本领域熟悉的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可使用不同形式的机构或施力装置，来达到以金属片加热固化材料的目的。

实施例二

本实施例是应用缠绕法来制作热塑性高尔夫球杆：

(1)以Commingle的尼龙6/碳纤维为球杆之材料；

(2)准备球杆铁芯，在缠绕机上缠上Commingle的尼龙6/碳纤维材料；

(3)接着，仿照实施例一中步骤(6)～(8)，最后将铁芯抽出后，即可得到热塑性高尔夫球杆的半成品。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域熟悉的技术人员在不脱离本发明之精神和范围内，可作各种变化与修改，其都包括在本发明的范围之内。

Claims

1.一种热塑性高尔夫球杆的制造方法，其包括下述步骤：

(a)提供高尔夫球杆铁芯，于该铁芯上包覆至少一层热塑性预浸材料；

(b)加热该预浸材料，使其呈融熔状态；

(c)以至少一金属片包覆该覆有预浸材料的铁芯，并借束紧该金属片而将该铁芯上的预浸材料加热固化；以及

(d)脱开上述金属片与铁芯，得到热塑性高尔夫球杆。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述热塑性预浸材料选自尼龙/碳纤维、聚硫苯/碳纤维、聚硫苯/玻璃纤维、PEEK/碳纤维、以及尼龙/玻璃纤维。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中该热塑性预浸材料为尼龙/碳纤维的预浸材料。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述金属片的材质为不锈钢、铝、或铜。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其中该金属片的厚度为0.03～0.05mm。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其中步骤(a)是以至少两种卷绕角度将该预浸材料包覆在该铁芯上。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其中步骤(b)是加热至高于该热塑性材料的结晶熔点或软化点以上0～80℃。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其中步骤(c)可借由气压缸对该金属片施加张力而将该金属片束紧。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其中步骤(c)所述气压缸施加的张力范围可为1～100kg/cm²。

10.一种热塑性高尔夫球杆的制造方法，包括下述步骤：

(a)提供高尔夫球杆铁芯，于该铁芯上缠绕含有热塑性塑胶及纤维的复合材料，以形成积层状的壳层；

(b)加热该复合材料，使其中的热塑性塑胶呈融熔状态；

(c)以至少一金属片包覆该覆有复合材料的铁芯，并借束紧该金属片而将该铁芯上的复合材料加热固化；以及

(d)脱开上述金属片与铁芯，得到热塑性高尔夫球杆。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其中所述的复合材料选自：Commingle、Tow powder、Tow flex、以及宽度2～6mm的预浸材料。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其中该含有热塑性塑胶及碳纤的复合材料为Commingle的尼龙6/碳纤维。

13.根据权利要求10所述的制造方法，其中该金属片的材质为不锈钢、铝、或铜。

14.根据权利要求13所述的制造方法，其中该金属片的厚度为0.03～0.05mm。

15.根据权利要求10所述的制造方法，其中步骤(b)为加热至高于该热塑性材料的结晶熔点或软化点以上0～80℃。

16.根据权利要求10所述的制造方法，其中步骤(c)可借气压缸对该金属片施加张力而将该金属片束紧。

17.根据权利要求16所述的制造方法，其中步骤(c)所述气压缸施加的张力范围为1～100kg/cm²。