生產纖維增強型熱塑球拍框的工藝的製作方法
2023-05-28 14:19:31
專利名稱：生產纖維增強型熱塑球拍框的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及生產比賽用球拍框的工藝，這些球拍包括網球拍、牆球(racquetball)球拍、軟橡皮球球拍(squash rackets)和羽毛球拍。本發明特別涉及生產纖維增強型[墊塑以後稱之為「FRTP」)球拍框的工藝。根據本發明，簡化了纏繞FRTP型材的操作，增強纖維取向的選擇具有更大自由度，即使在FETP的小區域內，即使當每束FRTP型材中有大量增強纖維的FRTP型材以較大的纖維束中心間距繞芯棒纏繞時，增強纖維的密度幾乎不變，並且在增強纖維的交叉處或在其周圍不會存在纖維鬆散或富樹脂區，因此能獲得高強度、高質量和高均勻性的FRTP模壓材料，該工藝提出了繞芯棒纏繞帶狀FRTP型材或寬型FRTP型材製成預型件的步驟；帶狀FRTP型材包括一層狀件，該層狀件包括提供基體樹脂的熱塑樹脂膜和置於熱塑樹脂膜之間的帶狀加強纖維束，熱塑樹脂膜在沿層狀件長度方向的邊沿處熔合在一起；寬型FRTP型材包括若干帶狀FRTP型材，它們呈一線排列使相鄰的一對帶狀FRTP型材相互搭接形成搭接部，由此形成相鄰一對帶狀FRTP型材中的加強纖維束的側邊部，沿加強纖維束長度方向的各側邊部相互靠近而置，相鄰的一對帶狀FRTP型材在搭接部熔接在一起，使加強纖維的取向在同一方向上。
作為傳統的生產FRTP拍框的工藝，一種生產網球拍框的工藝已公知，在該工藝中將FRTP型材繞芯棒纏繞製成拍框預型件。(美國專利No.4871491等)在這類生產工藝中，使用下列型材1)每束包含大量纖維(約12000根)的纖維束，它們由混紡的加強碳纖維和基體樹脂纖維構成；2)由基體樹脂粉塗覆加強碳纖維並使基體樹脂粉部分熔化而得到的型材；3)由加強碳纖維和基體樹脂結合而形成的帶狀型材；4)將上述1)的混紡纖維束排成一排並通過受壓下加熱使其熔合在一起而得到的型材。
然而，根據生產FRTP拍框的傳統工藝使用上述1)類混紡纖維束時，纖維是長形的並具有幾乎是圓的斷面；因此儘管以高張力使纖維束繞長形體纏繞使纖維束拉伸而暫時獲得纖維束的平的形狀，但由於這種平的形狀不在受壓下加熱就能維持，所以在繞芯棒纏繞混紡纖維所製成的模壓拍框的小面積內加強碳纖維的密度會變化(也就是說，會出現「稀疏結構」的區域)在纏繞的纖維束之間的間隙中會出現富樹脂區。
另外，當混紡纖維以交叉螺旋方式纏繞使加強碳纖維相交時，加強碳纖維的交叉處變得又厚又粗。當這樣的混紡碳纖維製成的預型件在受壓下加熱時，加強碳纖維變得鬆懈，或者在加強碳纖維交叉的附近會產生氣泡，這樣製得的預型件也較厚。此外，在纏繞的加強碳纖維束之間還會出現富樹脂區。
另外，使用這類混紡纖維不易獲得均勻的拍框，因為很難製成加強碳纖維和基體樹脂纖維均勻分布的纖維束。
再者，使用這類纖維束纏繞時，夾具或類似物的磨擦引起加強碳纖維的部分磨損，從而造成起毛。這種情況下加強碳纖維會產生灰塵，加強碳纖維的強度也會下降。
在使用上述2)類型材時，熔化太多的基體樹脂粉使型材變硬，這樣使其很難繞芯棒纏繞，另外，即使能纏繞，在纖維束的上下纏繞之間，也產生空間或在預製品的表面出現不規則的情況；因此很難獲得高質量的FRTP拍框。另一方面，熔化太少的基體樹脂粉，造成一些樹脂粉損失，這樣造成型材的基體樹脂的不均勻塗覆，因此很難獲得均勻的拍框。
使用上述3)類或4)類型材時，由於這種型材太硬在常溫下不能纏繞，因此纏繞時需加熱以使其軟化。另外為了將纏繞後形成的預型件放入有拍樞形狀的模腔中，需將預型件彎成拍框形狀，但很難將纏繞狀態的型材再加熱。
當使用加強碳纖維作增強件在纏繞時使加強碳纖維的方向與拍框預型件中心線呈直角時，需要一種寬度大、纖維長度短和柔韌的FRTP型材；然而上述3)類型材在常溫下太硬，加熱會使加強碳纖維鬆懈或分離，另一方面，當使用上述1)類纖維束或上述2)或4)類型材時會出現纖維束分離；因此從以上1-4類材料中不能製得寬型型材。
本文使用以下定義圈纏繞FRTP型材的裝置的FRTP型材進給機構的一個完整來回。
束未鉸在一起的連續的纖維束。
股纏繞型材裝置上的一個單程，其中帶狀FRTP型材與芯棒的軸呈一個方向纏繞。
層以2股閉合圖形的方式形成的一系列纏繞圈，一股呈+α°角，另一股呈-α°角。
從以上情況看出，本發明的目的是提供一種生產FRTP拍框的工藝，根據本工藝，纏繞FRTP型材的操作變得容易了，加強纖維取向的選擇具有大的自由度，即使在FRTP的小區域內，即使當每束FRTP型材中有大量加熱纖維的FRTP型材以較大的纖維束中心間距繞芯棒纏繞時，加強纖維的密度幾乎不變，並且在加強纖維的交叉處或在其周圍不會出現纖維鬆懈或富樹脂區，這樣能獲得高強度高質量和高均勻性的FRTP模壓製品。
本發明在總體上通過提供一種生產纖維增強型熱塑品的工藝而達到上述目的，該工藝包括以下步驟製備一繞管作為預型件，該預型件限定一內空間，該預型件由繞芯棒纏繞帶狀纖維加強型熱塑型材而製成，上述帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀件，該層狀件包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，上述膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊沿處熔接在一起；將芯棒從預型件中取出；將預型件放入具有由內壁限定的空腔的模具中；加熱預型件使熱塑樹脂熔化，同時從預型件的內空間向空腔的內壁加壓；冷卻預型件；將纖維加強型熱塑物從模具中取出。
更具體地說，根據本發明的第一種情況，通過提供一種生產FRTP拍框的工藝而達到上述目的，該工藝包括以下步驟製備一繞管作為預型件，該預型件限定一內空間，該預型件由繞芯棒纏繞帶狀FRTP型材而製成，上述帶狀FRTP型材包括一層狀件，該層狀件包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，每層膜由具有某種熔點的熱塑樹脂構成，膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊沿處熔接在一起；將芯棒從預型件中取出；
將預型件放入具有拍框形狀的內壁限定的空腔的模具中；在至少是熱塑樹脂熔點的溫度下加熱預型件，同時從預型件的內空間向空腔的內壁加壓；冷卻預型件使其變硬以獲得FRTP拍框；將FRTP拍框從模具中取出。
根據本發明的第二種情況，通過提供一種生產FRTP拍框的工藝而達到上述目的，該工藝包括以下步驟製備一繞管作為預型件，該預型件限定一內空間，該預型件由繞芯棒纏繞寬型FRTP型材而製成，寬形FRTP型材包括若干帶狀FRTP型材，每個帶狀FRTP型材包括一層狀物，上述層狀物包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，每層膜由具有某種熔點的熱塑樹脂構成，膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊沿處熔接在一起；上述若干帶狀FRTP型材排成一線使相鄰的一對帶狀FRTP型材相互搭接以形成搭接部並由此形成在相鄰的一對帶狀FRTP型材中加強纖維束的側邊部，各側邊部沿加強纖維束的長度方向靠近布置，相鄰的一對帶狀FRTP型材在搭接部熔接在一起，使加強纖維的取向在單一方向；從預型件中取出芯棒；將預型件放入由具有拍框形狀的內壁限定的空腔的模具中；在至少是熱塑樹脂熔點的溫度下加熱預型件，同時從預型件的內空間向空腔的內壁加壓；冷卻預型件使其變硬以獲得FRTP拍框；將FRTP拍框從模具中取出。
在本發明的上述第一種情況中，FRTP型材可繞與芯棒長軸傾斜的芯棒纏繞。
本發明的上述第一種情況和第二種情況還可包括這樣的步驟在將預型件放入模具中之前繞預型件纏繞第二寬型FRTP型材，纏繞的方法是使加強纖維的方向與預型件的中心線正交。
另外，本發明的上述第一種情況和第二種情況還可包括這樣的步驟在將預型件放入模具之前繞預型件纏繞第二寬型FRTP型材，纏繞的方法是使加強纖維的方向與預型件的中心線平行。
上述第二寬型FRTP型材可與本發明第二種情況中使用的寬型FRTP型材有相同結構。
本發明所述的「纏繞」包括下述方式，例如將FRTP型材繞芯棒螺旋纏繞；將FRTP型材繞芯棒以交叉螺旋方式連續纏繞使其相交，使FRTP型材平行於(0°纏繞角)芯棒長軸地繞芯棒纏繞，以及類似方式。
根據本發明的生產FRTP拍框的工藝，特別結合纏繞帶狀FRTP型材的步驟，這種型材不會在其長度方向的兩側造成加強纖維束的分離，並且該型材既薄又柔又平，因此使纏繞操作更方便並能在短時間內完成；另外，加強纖維取向的選擇具有大的自由度，更容易形成多層，即使在FRTP的小區域內，即使當每束FRTP型材中有大量增強纖維的FRTP型以較大的纖維束中心間距繞芯棒纏繞時，加強纖維的密度幾乎不變，加強纖維的交叉處不會變粗，並且在加強纖維的交叉處或在其周圍不會產生纖維疏鬆或富樹脂區。
另外，由於上述FRTP型材內的基體樹脂為位於平的加強纖維束的各表面上的膜，因此保護了加強纖維束；這樣當型材繞芯棒纏繞時，即使型材由於張力而壓緊夾具，也不會由於摩擦使加強纖維起絨毛，因此能避免由於加強纖維起毛而造成的加強纖維起灰和加強效果減弱。再者即使在一個加強纖維束中所含加強纖維的數量較大，全部纖維仍容易包入基體樹脂中。
因此，通過本發明的生產FRTP拍框的工藝，能製造高質量、高均勻性的FRTP模壓製品。另外有利的是，該模壓製品具有穩定的強度，它能滿足高要求的設計，並能獲得重量輕、尺寸大、提高抗疲勞或拉伸耐久性的產品。
另外，通過纏繞上述FRTP型材而製成的預型件是柔軟的且不笨重，很容易在模具中放置預型件，因此成型操作更容易並且不需要高的技巧。
再者，由於FRTP型材非常柔軟可使在纏繞時上下層FRTP型材之間不留空隙，因此，即使在成型期間內壓降低，FRTP型材也能與模具的形狀完全一致。
還有，由於加強纖維束的材料可選用不貴的加強纖維束例如每束具有12000個纖維的碳纖維束，因此所用的型材不貴，這樣降低了所製得的FRTP拍框的成本。
另外，當結合下述步驟即上述類型的寬型FRTP型材繞預型件纏繞其方式是使加強纖維與預型件的中心線正交時，所得的優點是徑寬型FRTP型材纏繞的部分得以加強，由此可獲得高強度的拍框。
圖1是根據本發明生產FRTP拍框工藝中所用的帶狀FRTP型材的斷面圖；圖2是根據本發明的生產FRTP拍框工藝中所用的寬型FRTP型材的斷面圖；圖3是纏繞的側視圖，其中用圖1所示的帶狀FRTP型材纏繞在芯棒上；圖4是纏繞的側視圖，它示出了纏繞帶狀FRTP型材的方法；圖5A、5B示出了由一種纏繞方法纏繞出的第一層，在該方法中，相對於沿芯棒長度方向延伸的軸形成了正夾角的一股和負夾角的一股；圖5A示出了第一層的側面圖；圖5B是芯棒和第一層一半的斷面圖；圖6A、6B示出了用一種纏繞方法纏繞出的第二層，在該方法中，相對於芯棒中心線的纏繞角β＝0；圖6A顯示第二層的側視圖；圖6B是芯棒和第二層一半的斷面圖；圖7A、7B顯示由一種螺旋纏繞方法所形成的層狀構件的第三層(最外層)，在該方法中，形成了相對於芯棒12中心線13為正負纏繞角γ的兩股，圖7A是側視圖；圖7B是斷面圖；圖8是由纏繞FRTP型材所得到的繞管側視圖；圖9是彎成網球拍框形的繞管的立體圖；圖10是由另外的FRTP型材所加強的預型件的立體圖，其中寬型FRTP型材繞將成為頭部的預型件部分纏繞，其纏繞方式是，在寬型FRTP型材中的加強纖維的長度方向同預型件的中心線呈直角延伸，另一條寬型FRTP型材繞將成為把手部分的預型件部分纏繞，纏繞方式是，加強纖維的長度方向沿平行於預型件中心線的方向延伸。
圖11是網球拍框模型的平面圖；圖12是根據本發明的生產拍框工藝所製得的FRTP拍框的平面圖。
下面將解釋本發明的生產FRTP拍框工藝的例子。這些生產工藝的例子簡單地闡述了本發明的一些方面；但本發明並不局限於這些例子。在本發明的範圍內可對這些製造工藝做出改變。
下面首先根據本發明生產FRTP球拍框工藝所用的FRTP型材的實例進行描述。
圖1示出了FRTP型材的第一個例子。圖中標號1表示帶狀FRTP型材。
帶狀FRTP型材1具有包括層狀物4的又薄又平的主體，其中帶狀加強纖維束2位於提供基體樹脂的熱塑樹脂膜3和3之間(每個熱塑樹脂膜3和3都比加強纖維束2寬)，其中熱塑樹脂膜3和3在沿層狀物4的長度方向的每個邊部5和5處熔接在一起。
上述帶狀加強纖維束2具有又薄又平的主體，它由具有6000-24000根纖維的斷開的圓斷面纖維束或碳纖維構成。帶狀加強纖維束2的厚度至多是1mm，最好至多是0.5mm。帶狀加強纖維束2的寬度至少是其厚度的4倍，最好是厚度的10倍。在該例子中，構成帶狀加強纖維束2的加強纖維可以是芳族聚醯胺纖維(aramid fiber)、玻璃纖維、碳纖維或類似物。在本發明中，加強纖維2最好不包含任何合股纖維，或即使包含，合股纖維率也應較低。
熱塑樹脂膜3的厚度至多是100μm，較好的是至多為50μm，最好是5-30μm。熱塑樹脂膜3的寬度應該是當上述帶狀加強纖維束2放在熱塑樹脂膜3和3之間時，加強纖維束2不會從層狀物4的邊部5和5處伸出，並且熱塑樹脂膜3和3能熔化在一起形成層狀物4的邊部5和5。
構成熱塑膜3的熱塑樹脂可以是聚醯酯、聚碳酸酯、聚亞苯基氧化物(polyphenyleneoxide)、聚醚醯亞(polyetherimide)或類似物。
在上述的熱塑樹脂膜3中最好有許多孔(圖中未示出)，孔的大小應在直徑為100μm-1mm範圍內，孔的分布可以是1-50個孔/cm2。
用具有這樣孔的熱塑樹脂膜3製成的帶狀FRTP型材1的細絲纏繞而得的預型件，在加熱預型件時由於內壓作用，留在帶狀加強纖維束2中的氣泡能透過孔釋放到帶狀FRTP型材的外面。因此這樣製得的拍框中不會殘留氣孔。
帶狀FRTP型材1的厚度至多為1.0mm，較好的是在0.1-1.0mm之間，最好至多為0.5mm。帶狀FRTP型材1的寬度在5-35mm之間。
在上述帶狀FRTP型材1中，帶狀加強纖維束2相對於熱塑樹脂膜3的體積率由加強纖維的體積率(Vf)表示，大約為30-60％。當然上述體積率並不局限於此範圍，它可根據在拍框中需要包含的加強纖維的量(Vf)而定。另外，帶狀加強纖維束3的號數可根據Vf值而定。
圖2顯示FRTP型材的第二個例子。圖中標號10表示寬型FRTP型材。
寬型FRTP型材10包括若干(圖中為6個)如圖1所示的帶狀FRTP型材1，它們排成一排，使相鄰的一對帶狀FRTP型材1和1相互搭接，形成搭接部10a，在相鄰的一對帶狀FRTP型材1和1中的加強纖維束2和2的側邊部2a和2a互相靠近，相鄰的一對帶狀FRTP型材1和1在搭接部10a處熔合，因此加強纖維的取向為一個方向。
沿上述相鄰成對帶狀FRTP型材1和1中的加強纖維束2和2的長度方向上的側邊部2a和2a之間的間隙寬度W最好是儘可能小。通過使上述相鄰成對帶狀FRTP型材1和1中的加強纖維束2和2的側邊部2a和2a相互搭接而使間隙寬度W減少至零。假如上述相鄰成對的帶狀FRTP型材1和1中加強纖維束2和2之間間隙寬度W太大，加強纖維的密度在小區域內會變化或者當由寬型FRTP型材10繞芯棒製成的預型件在受壓下加熱時，加強纖維束2和2之間的間隙處會出現富樹脂區。
寬型FRTP型材10的厚度至多為1.0mm，較好的是在0.1-1.0mm之間，最好至多為0.5mm。
本發明所用的FRTP型材1和10，可如下面所解釋那樣的繞芯棒12纏繞以形成預型件44。
下面將解釋使用上述FRTP型材生產FRTP拍框工藝的例子。
在該例中，描述的是網球拍框的生產工藝，然而該生產工藝也可用於其它類比賽用球拍框，如牆球球拍、軟橡皮球球拍和羽毛球拍。
首先如圖3所示，將如圖1所示的帶狀FRTP型材1繞轉動芯棒12纏繞，該芯棒由一個可吹脹的管狀塑料軟殼17覆蓋。
纏繞型材的裝置包括一臺旋轉驅動器、長型芯棒12和FRTP型材進給機，該進給機沿芯棒12的長度縱嚮往返運動。進給機沿芯棒12的一個方向運動時，以一恆定角度螺旋地纏繞FRTP型材1，然後朝相反方向運動時，以與以前的角度相反的角度纏繞FRTP型材1。
這種螺旋纏繞連續進行到在FRTP型材1的正反兩個方向上所需的覆蓋芯棒12周面的圈數為止。
一旦用FRTP型材1覆蓋芯棒12周面的第一層16纏完後，則按設計者選定的類似方法來纏繞隨後的層。
圖4中，FRTP型材1的第一圈表示為FRTP型材1a，它以一定角度纏繞，該角度相對於芯棒12的長軸13一般為近似+45°。FRTP型材的第二圈以相反方向纏繞並表示為FRTP型材16，它以相對於芯棒12的長軸13近似-45°的角度纏繞。接下來的FRTP型材的圈數表示為FRTP型材1c、1d、1e和1f等，它們以同樣的方式纏繞直至覆蓋住芯棒12為止。這種纏繞形成環繞芯棒12的第一層16。
圖5A和5B顯示由一種纏繞方法纏繞出的第一層16，在該方法中，相對於芯棒12的中心線13形成了正夾角的一股和負夾角的一股；圖5A顯示第一層的側視圖；圖5B是芯棒12和第一層16一半的斷面圖。
芯棒12和第一層16一半的斷面圖顯示FRTP型材的±45°角的兩股。由正負纏繞角+α、-α形成的弧14的長度取決於帶狀FRTP型材1的寬度和FRTP型材1的纏繞角。在這個例子中，纏繞角α為45°，芯棒12的直徑層按纏繞9圈能覆蓋芯棒12計算。
然後，在以上形成的第一層16上，如圖6A、6B所示地纏繞在FRTP型材1形成第二層(中間層)18。圖6A、6B顯示由一種纏繞方向纏繞出的第二層18，在該方法中，相對於芯棒12中心線13的纏繞角β＝0、或平行於中心線；圖6A顯示第二層18的側視圖；圖6B是芯棒12和第二層18一半的斷面圖。在該例中，圖6B中芯棒12和第二層18的一半的斷面圖顯示需以β＝0°的纏繞角繞12圈才能覆蓋在芯棒12上的第一層16的周面。弧15的長度等於FRTP型材1的寬度。
之後在第二層18上，如圖7A、7B所示地纏繞FRTP型材1形成第三層(最外層)。圖7A、7B顯示這種層狀結構的第三層19，它的纏繞方法是相對於芯軸12的中心線13，以纏繞角γ形成如圖5A、5B所示的有正負夾角的兩股；圖7A是第三層的側視圖；圖7B是可吹脹的軟殼17和繞管44的斷面圖，繞管44由將FRTP型材1以夾角±α纏繞在可吹脹的軟殼17周面上的第一層16、將FRTP型材1以夾角±β°纏繞在第一層16外周上的第二層18和將FRTP型材1以夾角±γ纏繞在第二層18外周上的第三層19構成。在該例中，γ選定為45°，因此需要9圈才能覆蓋芯棒12上第二層18的周面。
因此，圖8所示的繞管44由第一層16、第二層18和第三層19構成。繞管44即是拍框的預型件44。圖8中標號44d表示預型件44的軸(即中心線)。
FRTP型材的正夾角一股的繞角最好在+20°-+60°之間。FRTP型材的夾角一股的繞角最好在-20°-60°之間。
另外，儘管這些條件可能在會隨拍框所要求的強度而變，將FRTP型材1繞芯棒12纏繞成層的較好方式是在相鄰的兩個FRTP型材1和1之間不留間隙。更好的纏繞方式是沿每個相鄰的一對FRTP型材1和1中的加強纖維束2的長度方向的邊緣部與另一FRTP型材纏繞的邊緣部幾乎接觸。
再者，為了增強各部分(例如將成為以下描述的拍框的環箍狀頭部的頭部結構部分29或將成為把手部的把手結構部分30)，可在繞管(預型件)44中插入增強層，該層的形成是以纏繞角為0°或90°將小塊FRTP型材10纏繞在FRTP型材1的各層之間，或者纏在最內或最外層。
因為上述FRTP型材1和10以及由纏繞FRTP型材1和10所得的預型件44不是溼的而且是柔韌的，所以當將預型件從芯棒12上取出後並作如下所述的處理時，預型件可以保持其結構。
如圖8所示，當將芯棒12從繞管(預型件)44和軟殼17中取出後，通過將預型件44以及軟殼17的中心部彎成如圖9所示的環箍狀並將預型件44的兩端並在一起而使預型件44彎成網球拍框的形狀。彎成拍框形狀的繞管(即預型件44)主要由將成為環箍狀頭部的頭部構成部分29和將成為棒狀把手的把手構成部分30組成，其中的把手由預型件44的兩端並在一起而成。在構成頭部部分29的根處的近有叉連接部39，以使叉部連接起來。
接下來，在將預型件44和預型件44內的軟殼17放在如下所述的模具45內之前，最好通過如圖10所示將上述寬型FRTP型材10繞在預型件44的頭部構成部分269處提供一個頭部構成部分29的加強件，其中的纏繞方式是使在寬型FRTP型材10中的加強纖維的長度方向與預型件44的中心線44d正交。在這種情況下，儘管該纏繞數隨拍框要求的強度而變化，繞頭部構成部分29纏繞的寬型FRTP型材10的纏繞數可以是半圈至兩圈，最好接近一圈。因此，寬型FRTP型材10的長度僅為至少其足夠覆蓋頭部構成部分29周面的長度，也就是說，寬型FRTP型材10的長度是頭部構成部分29周長的一半至兩倍，所說的頭部部分以中心線44d為中心。另一方面，寬型FRTP型材10的寬度可近似等於頭部構成部分29的環箍部分的周長，也可稍窄一些。
儘管在上述纏繞方法中所採用的，本發明的寬型FRTP型材10在纖維方向的長度小於其寬度，然而它不會造成加強纖維的分離，因為分成小量纖維單元的加強纖維插在用於提供基體樹脂的熱塑樹脂膜之間，並且熱塑樹脂膜沿纖維方向的邊緣熔接在一起。
另外，最好如圖10所示，通過將上述寬型FRTP型材10繞預型件44的把手構成部分30纏繞可提供把手構成部分30的加強件，其中的纏繞方式是使在寬型FRTP型材10中的加強纖維的長度方向平行於預型件44的中心線44d。在這種情況下，儘管該纏繞數隨拍框要求的強度而變化，把手構成部分30纏繞的寬型FRTP型材10的纏繞數可以是半圈至兩圈，最好接近一圈。因此，寬型FRTT型材10的長度僅為至少其足夠覆蓋把手構成部分30周面的長度，也就是說，寬型FRTT型材10的長度幾乎等於把手構成部分30的長度或者稍為短些。另一方面，寬型FRTP型材10的寬度可以是把手構成部分30周長的一半至兩倍。
接下來，將已經彎成拍框形狀若需要還可用寬型FRTP型材10加強頭部構成部分29和/或把手構成部分30的預型件44如圖11所示放入模具45中，該模具具有空腔45a，空腔形狀與網球拍框的形狀一樣。空腔45a包括呈環形的頭部模型部分49和預型件44的兩端位於之中的把手模型部分50。作為一種可供選擇的方法，FRTP型材1可直接繞在未用軟殼覆蓋的芯棒上，當繞管(預型件)44從芯棒中取出後，再將軟管插入繞管中。
然後，將已另外準備好用於叉部(未示出)的型材插入空腔45a的叉部模型部分51並與叉部連接部分39相連。
然後，將延伸至模具45外面的軟殼17的兩端與壓力管52相連。這之後，閉合模具45，在至少是構成熱塑樹脂膜3的熱塑樹脂的熔點溫度下加熱，同時通過在軟殼17內加壓使預型件44緊緊壓向空腔45的表面，藉此使熱塑樹脂熔化。
接下來，通過冷卻使預型件44硬化而得到FRTP模壓製品。圖12示出了FRTP拍框60，它是從模具45中取出後的FRTP模壓製品。
該模壓FRTP拍框60包括頭部61，把手部分62、喉部63和叉部64。
通過在FRTP拍框60的頭部61和叉部64處鑽網孔，在把手62處纏包布，在頭部61和叉部64繃弦而將網球拍製成。
使用由熱塑樹脂膜3成形的熱塑樹脂塑料可增加衝擊強度、壓縮強度和剪切強度。
使用上述結構的FRTP型材1和10產生本發明效果的下列特性1)FRTP型材1和10中的加強纖維在長度方向是連續的。
2)FRTP型材中的加強纖維束2的變形較小，使纖維束2以平板狀纏在芯棒12上，因此改善了FRTP型材的機械強度。
3)加強纖維可以非限制的角度纏繞，或者換種方式可繞成層狀，層的厚度使其具有符合要求的較高的強度，輕度和柔韌性。
4)通過使用FRTP型材1和10預製成繞管44而提高繞管的機械剛度和強度。
使用本發明的FRTP型材，即使當含有由大量纖維構成的加強纖維束2的帶狀FRTP型材1以較大的纖維束中心間距繞芯棒12纏繞時，由於FRTP型材是帶狀的和寬型的，在相鄰纏繞的FRTP型材之間幾乎不產生間隙，即使在FRTP的小面積上加強纖維的密度幾乎沒有差別(也就是說，基本上不會出現「稀疏結構」的區域)，在間隙中不會出現富樹脂區。另外，由於加強纖維束2的材料可選用不貴的加強纖維束例如每束具有12,000個纖維的碳纖維束，因此所用的型材不貴，這樣降低了FRTP拍框的造價。
再者，由於FRTP型材1叉平又薄而且為帶狀，所以即使當FRTP型材1纏繞成交叉螺旋形，加強纖維的交叉處不會變得又厚又粗，這樣在受壓下加熱由FRTP型材1製成的預型件時能避免加強纖維的鬆懈和出現富樹脂區。另外，由於FRTP型材1中的基體樹脂為膜狀，位於薄平加強纖維束2的兩個表面上，通常在加強纖維束2的表面上與纖維熔接，因此，即使加強纖維束2的纖維數較大整個纖維也容易包容在基體樹脂中。
另外，由於在加強纖維束2中的大部分纖維沒有與熱塑樹脂摻混，而同時熱塑樹脂膜3和3位於FRTP型材1長度方向的邊緣部分5和5熔合在一起，因此型材是柔韌的。再者，由於加強纖維束2由熱塑樹脂膜3和3覆蓋，因此當型材繞芯棒12纏繞時，加強纖維束2不會從型材長度方向的側邊分離並突出出去。
因此，纏繞FRTP型材1的操作簡化了，且能在短時間內完成纏繞。例如考慮預型件44的頭部構成部分29的周邊，可以這樣的方式方便地纏繞FRTP型材1使所含加強纖維的方向與預型件44的中心線44d正交；用這種方法，可使FRTP型材1方便地適用於更小的部分。另外，纏繞時即使加在型材上的張力較低，型材也不會膨鬆。FRTP型材1和1的上下層之間幾乎不會形成間隙；因此加強纖維的纏繞不會鬆懈，幾乎不出現加強纖維松馳區。
再者，由於上述FRTP型材1的基體樹脂為膜狀，它位於平的加強纖維束2的各表面上用以保護加強纖維束2；因此，當型材1繞芯棒12纏繞時，即使型材1由於張力而壓緊夾具，也不會由於摩擦使加強纖維出絨毛，因此能避免由於加強纖維起毛而造成的加強纖維起灰和加強效果減弱。另外即使在每束加強纖維中所含加強纖維的數量較大，整個纖維也容易包入基體樹脂中。
另外，由於FRTP型材1很薄，纏繞多層較方便，選擇加強纖維取向也有較大自由，因此可根據對產品的要求改變加強纖維的層數和取向，這樣可製造出滿足強度要求的拍框。
此外，由於纏繞FRTP型材1所製成的預型件44是柔性的並且不笨重，因此容易插進模具45中，這樣使成型操作更容易並且不需要高的技巧。
再者，由於FRTP型材1非常柔軟，纏繞時在FRTP型材的上下層之間不留空隙，因此即使成型期間內壓較低時，FRTP型材也能與模具的形狀完全一致。
因此，採用這個例子做為FRTP拍框生產工藝的流水線，能獲得高質量高均勻性的FRTP模壓件。另外該模壓件具有穩定的強度，可滿足高要求的設計，並能獲得重量輕、尺寸大、提高抗疲勞和拉伸耐久性的產品。
應當注意，儘管針對用帶狀FRTP型材纏繞芯棒12製成預型件44這種情況下作出了解釋，然而預型件44也可使用相似方法由寬型FRTP型材10製成。
另外，通過將上述寬型FRTP型材10繞預型件44的頭部構成部分29的周邊纏繞，纏繞方法是使在寬型FRTP型材10中的加強纖維的長度方向與預型件44的中心線44d正交，這樣可使頭部構成部分29得以加強能製成在頭部61處強度極高的拍框。
另外，通過將上述寬型FRTP型材10繞預型件44的把手構成部分30的周邊纏繞，方法是使在寬型FRTP型材10中的加強纖維的長度方向平行預製品44的中心線44d，這樣可使把手構成部分30得以加強並能製成在把手部分62處強度極高的拍框。
再者，儘管在上述生產FRTP拍框的例子中，針對用寬型FRTP型材10纏繞預型件44的頭部構成部分29的情況作出了說明，其中纏繞方式是使寬型FRTP型材10中的加強纖維的長度方向與預型件44的中心線44d正交，然而纏繞寬型FRTP型材10的位置並不局限於頭部構成部分29；可根據拍框要求的強度用FRTP型材10纏繞預型件44的需要加強的部分，其纏繞方式是使寬型FRTP型材1中的加強纖維的長度方向與預型件44的中心線44d正交。
再有，儘管在上述生產FRTP拍框的例子中，針對用寬型FRTP型材10纏繞預型件44的把手構成部分30的情況作出了說明，其中纏繞方式是使寬型FRTP型材10中的加強纖維的長度方向平行於預型件44的中心線44d，然而纏繞寬型FRTP型材的位置並不局限於把手構成部分30；可根據拍框要求的強度用FRTP型材10纏繞預型件44的需要加強的部分，其纏繞方式是使寬型FRTP型材10中的加強纖維的長度方向平行於預型件44的中心線44d。
另外，儘管在上述生產FRTP拍框的例子中，針對在用FRTP型材1纏繞芯棒12所形成的繞層中相鄰纏繞的FRTP型材1和1對之間沒有間隙的情況作出了解釋，當然也可使FRTP型材繞芯棒纏繞使相鄰纏繞的FRTP型材1和1對之間留有間隙而製成預型件。
儘管本發明已參考一些優選實施例和某些可供選擇的情況進行了詳細描述，應當知道，這種描述僅僅為舉例，並不具有限制意義。值得指出的是，本領域技術人員在參考上述描述後可對本發明實施例的細節作出若干改變並得出本發明的其它實施例。可以認為所有這些改變和其它的實施例都在本發明權利要求書所要求保護的範圍和構思內。
最後，本申請要求的優先權是日本專利申請No、Hei8-52094申請日為96年3月8日，此處將其做為參考。
權利要求
1.一種生產纖維加強型熱塑製品的工藝，包括以下步驟製備一繞管作為預型件，該預型件限定一內空間，該預型件由繞芯棒纏繞帶狀纖維加強型熱塑型材製成，上述帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀件，該層狀件包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，每層膜由熱塑樹脂構成，上述膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊沿處熔接在一起；將芯棒從預型件中取出；將預型件放入具有由內壁限定的空腔的模具中；加熱預型件使熱塑樹脂熔化，同時從預型件的內空間向空腔的內壁加壓；冷卻預型件；將纖維加強型熱塑製品從模具中取出。
2.一種生產纖維加強型熱塑拍框的工藝，包括以下步驟製備一繞管作為預型件，該預型件限定一內空間，該預型件由繞芯棒纏繞帶狀纖維加強型熱塑型材製成，上述帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀件，該層狀件包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，每層膜由具有一定熔點的熱塑樹脂構成，上述膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊緣處熔接在一起；將芯棒從預型件中取出；將預型件放入具有拍框形內壁限定的空腔的模具中；在至少是上述熱塑樹脂熔點的溫度下加熱預型件，同時從預型件的內空間向空腔的內壁加壓；冷卻預型件使其變硬以獲得纖維加強型熱塑拍框；將纖維加強型熱塑拍框從模具中取出。
3.一種生產纖維加強型熱塑拍框的工藝，包括以下步驟製備一繞管作為預型件，該預型件限定一內空間，該預型件由繞芯棒纏繞寬型纖維加強型熱塑型材製成，上述寬形纖維加強型熱塑型材包括若干帶狀纖維加強型熱塑型材，每個帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀物，層狀物包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，每層膜由具有某一熔點的熱塑樹脂構成，上述膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊緣處熔結在一起；若干帶狀纖維加強型熱塑型材排成一線使相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材相互搭接以形成搭接部並由此形成在相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材中加強纖維束的側邊部，沿加強纖維束的長度方向的各側邊部彼此靠近布置，相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材在搭接部熔接在一起，這樣加強纖維的取向可在單一方向；從預型件中取出芯棒；將預型件放入具有拍框形內壁限定的空腔的模具中；在至少是熱塑樹脂熔點的溫度下加熱預型件，同時從預型件的內空間向空腔的內壁加壓；冷卻預型件使其變硬以獲得纖維加強型熱塑拍框；將纖維加強型熱塑拍框從模具中取出。
4.如權利要求2所述的生產纖維加強型熱塑型材的工藝，其中纖維加強型熱塑型材繞與芯棒長軸傾斜的芯棒纏繞。
5.如以利要求2所述的生產纖維加強型熱塑型材的工藝，還包括如下步驟在將預型件放入模具中之前繞預型件纏繞第二寬型纖維加強型熱塑型材；上述第二寬形纖維加強型熱塑型材包括若干帶狀纖維加強型熱塑型材，每個帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀物，上述層狀物包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，每層膜由具有某種熔點的熱塑樹脂構成，上述膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊緣處熔接在一起；若干帶狀纖維加強型熱塑型材排成一線使相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材相互搭接以形成搭接部，並由此形成在相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材中加強纖維束的側邊部，沿加強纖維束的長度方向的各側邊部彼此靠近布置，相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材在搭接部熔接在一起，這樣加強纖維的取向可在單一方向；其中第二寬型纖維加強型熱塑型材的纏繞方式是使加強纖維的方向與預型件的中心線正交。
6.如權利要求3所述的生產纖維加強型熱塑型材的工藝，還包括這樣的步驟在將預型件放入模具中之前繞預型件纏繞第二寬型纖維加強型熱塑型材；上述第二寬形纖維加強型熱塑型材包括若干帶狀纖維加強型熱塑型材，每個帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀物，上述層狀物包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊緣處熔接在一起；上述若干帶狀纖維加強型熱塑型材排成一線使相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材相互搭接以形成搭接部，並由此形成在相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材中加強纖維束的側邊部，沿加強纖維束的長度方向的各側邊部彼此靠近布置，相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材在搭接部熔接在一起，這樣加強纖維的取向可在單一方向；其中第二寬型纖維加強型熱塑型材的纏繞方式是使加強纖維的方向與預型件的中心線正交。
7.如權利要求2所述的生產纖維加強型熱塑型材的工藝，還包括這樣的步驟在將預型件放入模具中之前繞預型件纏繞第二寬型纖維加強型熱塑型材；上述第二寬形纖維加強型熱塑型材包括若干帶狀纖維加強型熱塑型材，每個帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀物，上述層狀物包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊緣處熔接在一起；若干帶狀纖維加強型熱塑型材排成一線使相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材相互搭接以形成搭接部，並由此形成在相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材中加強纖維束的側邊部，沿加強纖維束的長度方向的各側邊部彼此靠近布置，相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材在搭接部熔接在一起，這樣加強纖維的取向可在單一方向；其中第二寬型纖維加強型熱塑型材的纏繞方式是使加強纖維的方向與預型件的中心線平行。
8.如權利要求3所述的生產纖維加強型熱塑型材的工藝，還包括這樣的步驟在將預型件放入模具中之前繞預型件纏繞第二寬型纖維加強型熱塑型材；上述第二寬形纖維加強型熱塑型材包括若干帶狀纖維加強型熱塑型材，每個帶狀纖維加強型熱塑型材包括一層狀物，上述層狀物包括一些供給基體樹脂的膜和位於膜之間的帶狀加強纖維束，膜比加強纖維束寬並且在沿層狀物長度方向的邊緣處熔接在一起；若干帶狀纖維加強型熱塑型材排成一線使相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材相互搭接，以形成搭接部並由此形成在相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材中加強纖維束的側邊部，沿加強纖維束的長度方向的各側邊部彼此靠近布置，相鄰的一對帶狀纖維加強型熱塑型材在搭接部熔接在一起，這樣加強纖維的取向可在單一方向；其中第二寬型纖維加強型熱塑型材的纏繞方式是使加強纖維的方向與預型件的中心線平行。
全文摘要
生產高強度、高質量和高均勻性FRTP排框的方法,其步驟為:在芯棒上纏繞帶狀或寬FRTP型材製成管狀預型件;帶狀型材包括用以供給基體樹脂的熱塑樹脂膜和位於熱塑樹脂膜間的帶狀加強纖維束的層狀件,熱塑樹脂膜沿層狀件長度方向的邊沿處熔接,寬型材包括排成一線的帶狀型材,相鄰帶狀型材對相互搭接形成搭接部,在相鄰帶狀型材對中的沿加強纖維束長度方向上加強纖維束的側邊部彼此相互靠近,相鄰帶狀型材對在搭接部熔接並使加強纖維束有單一取向。
文檔編號A63B49/02GK1169326SQ97110070
公開日1998年1月7日 申請日期1997年3月8日 優先權日1996年3月8日
發明者室井國昌 申請人:山葉株式會社