专利名称：长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及球拍框架的制造方法，特别是指一种长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法。
以长纤维补强热塑性塑胶所制成的球拍框架由于具有动态刚性的特性，也就是说，该种球拍框架可以较强的刚性来对应强力球，亦可以较和缓的反应来对付触击球及高缓慢球，因此，已广为消费者所喜爱。美国普林斯(prince)公司于最近开发出一种制造该种球拍框架的新方法并已获台湾专利局准予的专利(申请案号80101407号)，该方法的特征首先是将多根长碳或玻璃纤维和热塑性材料制成的纤维丝混合穗编成一束状物，然后以这些束状物制出一挠性的套筒状物，再将该套筒状物置入模具内加热加压，使介于各长纤维束间的热塑性材料可以流动并使该套筒状物依模具的形状成型，最后则是冷却该套筒状物使热塑性材料固化。依该方法所制造出来的球拍虽然具有动态刚性的特性以及减振特性，但是仍存在缺点，其中之一是在将长纤维束与热塑性材料纤维丝共同编织成纤维束时非常的烦琐费时;再者，该种制法是借混合于长碳或玻璃纤维束间的热塑性材料纤维丝的熔融流动来形成基材，因此熔融的热塑性材料是否可渗入各长碳、玻璃纤维之间对于制成物的强度影响甚大，如
图1所示，于该制法中相互交穿的长纤维1及2会形成多数的交结3，在这些交结3处的纤维相叠较其它处紧密，因此融熔的热塑性材料很难完全渗入这些交结处，如此往往使得制成后的球拍框架无法达到预期的强度，更有甚者，球拍框架在击球时会发出如撕裂的声响。这种制法的又一缺点是制成的套筒状物各部位密度相同，因此该套筒状物对应于球拍框架较大尺寸的部位在形成球拍框架后受撑张的程度必较其它部位为大，换言之，这些部位在形成球拍框架后其密度会较其它部位小而使得强度被减弱。
因此，本发明的主要目的即在提供一种长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其在制程上较常用的制法精简且可节省大量工时。
本发明的另一目的则在提供一种长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其可使热塑性塑胶均匀完全地渗透于各补强长纤维束之间，换言之，同一层长纤维束间不会有交结处产生。
本发明的再一目的乃在提供一种长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其纤维走向可加以控制故而会产生预期的角刚性(Angularstiffness)。
本发明的又一目的是提供一种长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其可使所制成的球拍框架的各部位保持相同的材料密度。
依据本发明的制法，是将至少一层热塑性塑胶薄膜及一层具预定纤维走向的补强长纤维依序叠置卷绕成一管状物，在卷绕时，首先取用至少一条长纤维束将一热塑性塑胶薄膜层卷绕于一心模上，该心模的形状可视所须制成球拍框架的外观形状而设计，在一较佳实施例中，该心模呈圆形杆状，该补强长纤维层则是在该心模旋转下以沿其长轴方向位移的方式依序缠绕于该热塑性塑胶薄膜层的表面，如果所需制成的球拍框架为多层状时，在该补强长纤维层缠绕完成后可依序再将另一热塑性塑胶薄膜层及另一补强长纤维层以同样方式卷绕于前述第一管状物上，当然，该另一补强长纤维层的纤维走向可与第一管状物不同，在本发明的一较佳实施例中，各热塑性塑胶薄膜层以及补强长纤维层于卷绕后使其两端收束于置于心模相对位置的一套管上，如此可以较为容易地将管状物自心模取下，当管状物自心模取下后先以一可挠性塑胶薄管塞穿其内部然后将之置于一模具的模穴内，在模具闭合后则以加压气体引入该可挠性塑胶薄管内做为内部压力，在此同时，对该模具加热至高于热塑性塑胶熔点的温度，于是，熔融的热塑性塑胶将渗入补强长纤维层的各纤维束之间，而管状物本身则借由内部压力依模穴的形状成型，最后待热塑性塑胶完全熔化后，在对该管状物维持内部压力的情况下，冷却该模具，借此，待热塑性塑胶固化后，即可取出此固化的球拍框架。前述的可挠性塑胶薄管在材料的选择上必须使其熔点较热塑性塑胶为高，而且其亦可先套穿于心模后再将热塑性塑胶薄膜层及补强长纤维层依序卷绕于其表面上。
在本发明的一较佳方法中，可挠性塑胶薄管是于管状物尚未形成之前预先套穿于心模的表面上。
在本发明的另一较佳方法中，可选用带状的热塑性塑胶薄膜然后在心模的旋转下以沿其长轴方向位移的方式依序卷绕于心模或补强长纤维层的表面上，如此更可加快制造速度。此外，热塑性塑胶薄膜可使其为一种网状的薄膜，如此在熔化的速度上会加快。
由前述可知，本发明的制法是直接将补强长纤维缠绕于热塑性塑胶薄膜层上，因此较之前述prince公司专利案须先以多根长纤维与热塑性纤维丝编织成束状再形成套筒状物可以节省甚多的工时，再者，Prince公司专利案中如要构成多层叠合的框体时，以成型后的多条套筒套穿叠置，因此各套筒间无法紧密的结合在一起，如此，会影响将套筒置入模具的时间，以及成型后的强度。而本发明提出的制法由于各层热塑性塑胶薄膜以及各层补强长纤维是依序卷绕一心模上，因此只要控制卷绕时的张力即可使各层紧密地结合在一起。
于本发明的制法中，同一补强长纤维层上的各纤维束是以同一纤维走向分布，故而不会有交结处产生，如此即无热塑性塑胶无法均匀渗入各纤维束间的缺点。
再者，于本发明的制法中其心模可视所需要的形状而设计，例如使对应于球拍框架尺寸较大的部分同样具有较大的尺寸，如此该部分的材料量会增多，因而将与其它部位具有相同的密度，此种优点在Prince公司的专利案中并未具备。
以下兹举出本发明的较佳实施例并配合附图做进一步的说明，其中图1为常用制法的部分示意图;
图2为本发明一较佳实施例中将纤维补强层缠绕于热塑性塑胶薄膜层上的示意图;
图3为依本发明一较佳实施例所制成的多层状管状物的部分剖视立体图;
图4为将图3中的管状物的各层展开时的立体图;
图5为将管状物置入模具的球拍框架形状模穴内的前视图;
图6为本发明的制法中以热塑性塑胶带形成薄膜层时的示意图;
图7为本发明的制法中热塑性塑胶薄膜层的表面呈网状时的示意图。
请参阅各附图，在本发明制法的一较佳实施例中，首先取用一长圆杆状的心模10置于一对托架11、12上，该心模10受一马达13驱动可以预定的速度旋转，一般是维持在30～150rpm，二套管14、15分别套穿于该心模10两端。
介于该二套管14、15间的心模10表面先包覆一层热塑性塑胶薄膜16，其厚度约为0.0008英&，目前市售的热塑性塑胶耐隆6/6，耐隆11，耐隆12，耐隆6/12、聚丙烯、ABS、聚乙烯等均可加以应用，而于本实施例中采用耐隆6/6，该材质具有低熔点、良好的流动性及韧性。
再次取用多条7200丹尼值12K的碳纤维束18经由一进料头20约与该心模10长轴方向呈30度相交的走向及约3ft/sec～5ft/sec的速度沿该心模10的长轴依序缠绕于该热塑性塑胶薄膜层16的表面而形成一补强长纤维层22，当然，本发明的制法亦可取用其它种类的长纤维束，如玻璃纤维、硼纤维等，前述各种纤维束于市面均可购得，而且最好是已经表面处理过的，例如于纤维束表面含浸有可与热塑性塑胶相容的偶合剂，可增进纤维束在往后模制步骤的湿润(wetting)效果。
热塑性塑胶薄膜层16与补强长纤维层22可构成一第一管状物24，如果所欲制成的球拍框架仅处两层结构则第一管状物24即可取下，继续往后的模制步骤，但一般球拍框架，如网球拍必须具有足够的强度，因此通常是采用多层结构，于是，本发明制法的一较佳实施例中是于第一补强长纤维层22的表面再依序卷绕一第二热塑性塑胶薄膜层26，一第一补强长纤维层28，其纤维走向是以负30度与该心模10的长轴相交，以及一第三热塑性塑胶薄膜层30，一第三补强长纤维层32，其纤维走向是以90度与该心模10的长轴相交，而为了使制成品的表面较为光滑，通常于最外层表面再包覆一第四热塑性塑胶薄膜层34，前述各薄膜层及补强长纤维层于卷绕完成后将其两端分别收束于各该套管14、15上而构成一多层状的管状物40(如图3所示)，依照经验得知，该管状物40不管有多少层数，其重量比最好在热塑性塑胶为30%-40%而补强纤维为60%～70%的范围内。
管状物40完成后将其自心模10取下，然后于其最内层套穿一可挠性薄管42，薄管42应由熔点高于热塑性塑胶的材料所制成，例如聚矽氧橡胶、高熔点耐隆，当然其亦应具有良好的伸长性、韧性以及抗撕裂性，在不同的实施例中，薄管42亦可预先套穿于心模10表面上。
图5所示为一模具的下半部44，该下半部44具有球拍框架形状的模穴46，制造时，将管状物40沿该模穴46置放于其上，其二端并合并使该薄管42的二相对末端48延伸出模穴46外，球拍框架的颈部50亦可以同样方式置放于该模穴46内。待该管状物40完全置放于该模穴46内后，将模具的上半部盖合于该下半部44上并以螺栓将二者固定。
当模具闭合后，将压力约在100～600PSi的加压气体引入薄管42内使其膨胀开来并形成管状管40的内部压力使其可依据该模穴46成型，在此同时，对该模具加热至足以使各热塑性塑胶薄膜层熔化的温度，若以耐隆6/6为材料其温度约华氏400～600度之间。待各热塑性塑胶薄膜层熔化后，其会受内部压力的挤压而渗入各补强长纤维层的各纤维束之间，于本发明的制法中为了使熔化的热塑性塑胶可均匀的渗入各纤维束之间，有节奏的增减加压气体的压力而使薄管42以收缩膨胀交互动作提供内部压力。
最后，将该模具冷却使熔融的热塑性塑胶固化，即可将成型的球拍框架自模具取出，前述加热及冷却的过程仅须足以使热塑性塑胶完全熔化，有充足的时间使熔化后的热塑性塑胶渗入至各纤维束之间，以及使其能重新固化即可，一般加热时间约为30～50分钟，而冷却时间则约为15～30分钟。当然这些时间亦可视模具的大小、温度及压力的不同而缩短。
前述的各热塑性塑胶薄膜层可以呈张状，或者如图6所示以带状的热塑性塑胶薄膜60依序卷绕成型，而且，如图7所示，为了控制恰当的重量比，亦可使各热塑性塑胶薄膜层具有网状的表面62。
将以本发明制法所成型的球拍框架与依前揭Rrince公司专利案所制成者做比较时，其数据如下球拍种类抗挠模数弯曲强度破坏前的重压次数本发明制成15.20Msi180Ksi平均3000次的球拍框架
Prince公司专利案制成12.50Msi150Ksi平均1000次的球拍框架由上表将可轻易得知依本发明制法所成型的球拍框架的特性较以Prince公司专利案所制成的球拍框架为佳。
权利要求
1.一种长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，这种制法首先以至少一层热塑性塑胶薄膜以及一层具预定纤维走向的补强长纤维依序叠置卷绕于一具预定形状的心模上而构成一管状物，再自心模取下该管状物并置入一模具的模穴内，然后对该管状物施以预定的内部压力并加热至超过热塑性塑胶熔点的温度，用以使融熔的热塑性塑胶于这些补强长纤维层的各纤维丝之间流动且使该管状物依据模穴的形状成型，最后在维持前述的内部压力下，冷却该管状物，使热塑性塑胶固化；其特征在于前述管状物的热塑性塑胶薄膜层是预先卷绕于该心模上，而该补强长纤维层则是在该心模旋转下将长纤维束以同一纤维走向且沿该心模的长轴方向位移的方式连续地缠绕于该热塑性塑胶薄膜的表面。
2.依据权利要求1所述的长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于它包含形成一第二管状物的步骤，其是将一第二塑胶薄膜层直接卷绕于前一管状物的长纤维补强层的表面，然后再于该心模旋转下将长纤维束以同一纤维走向且沿该心模的长轴方向位移的方式缠绕于该第二热塑性塑胶薄膜层的表面，形成一第二补强长纤维层，借此构成一多层状的管状物。
3.依据权利要求1或2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于该热塑性塑胶薄膜层是以带状的热塑性塑胶沿该心模的长轴方向卷绕于其表面上，或者前一长纤维补强层的表面上。
4.依据权利要求1或2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于该热塑性塑胶薄膜层的表面呈网状。
5.依据权利要求1或2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于它还包含有于该管状物的最外层再卷绕一热塑性塑胶薄膜层的步骤。
6.依据权利要求2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于各管状物的补强长纤维层是以不同的纤维走向加以缠绕。
7.依据权利要求1或2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于它还包含有该心模在卷绕第一热塑性塑胶薄膜层之前，先套穿一可挠性塑胶薄管的步骤，该塑胶薄管的熔点较热塑性塑胶为高，用以在加热的同时于该塑胶薄管内引入加压气体做为内部压力。
8.依据权利要求1或2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于它还包含有该管状物自心模取下后而尚未置入模具之前，将一可挠性塑胶薄塞穿于该第一热塑性塑胶薄膜层内部的步骤，该塑胶薄管的熔点较热塑性塑胶为高，用以在加热的同时于该塑胶薄管内引入加压气体做为内部压力。
9.依据权利要求1或2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于在引入加压气体时，有节奏的增减气体的压力，用以使该塑胶薄管可以收缩膨胀交互动作的方式对该管状物提供内部压力。
10.依据权利要求1或2所述长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其特征在于至少有一管状物的补强长纤维层是以不同的密度加以缠绕。
全文摘要
一种长纤维补强热塑性塑胶球拍框架的制法，其是将至少一层热塑性塑胶薄膜及一层具预定纤维走向的补强长纤维依序叠置卷绕成一管状物，该管状物形成后于其中空内部塞套一可挠性薄管，再将其置入一模具模穴内，然后于该可挠性薄管内引入加压气体并同时对该模具加热至高于热塑性塑胶熔点的温度，待该热塑性塑胶薄膜层熔化并渗入各补强长纤维束之间后，再冷却该模具即可取用一依据模穴形状成型的球拍框架。
文档编号A63B49/02GK1091672SQ9310266
公开日1994年9月7日 申请日期1993年3月2日 优先权日1993年3月2日
发明者尤景三 申请人:尤景三