一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框及其製備方法與流程
2023-06-01 20:14:31 1
本發明涉及運動器械領域，尤其涉及一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框及其製備方法。
背景技術：
目前市面上羽毛球拍的拍框大多採用碳纖維與增強環氧樹脂組成的複合材料來製備，製備出的羽毛球拍具有良好的剛度、內耗及強度等綜合特性；然而，通過對羽毛球拍進行力學仿真實驗發現，羽毛球拍在擊球過程中，如圖1所示的拍框的1、2、3、4部位所受的應力非常大，從這四個部位折斷的風險較大；
因此，碳纖維球拍的強度和彈性儲能還有待提升，現有技術迫切需要生產出一種即可以提升高體育競技水平，又可以防止在擊球過程中拍框從所述四個部位折斷的高性能球拍。
因此，現有技術還有待於改進和發展。
技術實現要素：
鑑於上述現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框及其製備方法，旨在解決現有羽毛球拍框剛性和強度較差，在使用過程中拍框易折斷的問題。
本發明的技術方案如下：
一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，包括步驟：
a、在依次疊加的碳纖維層中添加浸有環氧樹脂的非晶合金條帶，形成混合層材料；
b、將所述混合層材料放入成型模具內，在120-130℃的加熱條件下固化成型，待冷卻後，取出模具內已成型的羽毛球拍框。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述步驟a中的非晶合金條帶的成分，按原子百分比計包括：30-70%的zr、5-40%的cu、5-30%的ni、0-20%的al以及0-10%的過渡金屬元素。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述步驟a中的非晶合金條帶的成分，按原子百分比計包括：40-50%的zr、8-15%的ti、5-15%的cu、2-10%的ni以及20-30%的be。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述步驟a中的非晶合金條帶的成分，按原子百分比計還包括：30-50%的ti、5-35%的zr、5-30%的ni、5-45%的cu、5-35%的be、0-4%的b、0-6%的sn、0-5%的si以及0-9%的ag。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述非晶合金條帶的製備過程包括：
a1、在惰性氣氛下，按原子百分比計，將相應比例的單質金屬混合物熔煉成母合金；
a2、將融化的母合金噴在具預定轉速的銅輥上，形成非晶合金條帶。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述銅輥表面的轉速為15-80m/s。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述非晶合金條帶的厚度為10-500μm，寬度為1-8mm。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述步驟a之前還包括：
a0、將所述碳纖維預先浸染環氧樹脂。
所述的非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法，其中，所述步驟a1中，在惰性氣氛下，採用電弧熔煉發對所述單質金屬混合物進行熔煉，每熔煉一次，翻轉一次，熔煉次數大於4次，得到熔煉均勻的母合金。
一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框，其中，採用上述任意一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法製備而得。
有益效果：本發明利用非晶合金材料的高強度、高彈性以及高剛度等優異性能，預先製備出具有相應性能的鋯基或鈦基非晶合金條帶，將所述非晶合金條帶與碳纖維樹脂複合材料疊加在一起，用於製備羽毛球拍框，能有效提升羽毛球拍框的強度和彈性儲能、增強擊球效果，同時有效避免羽毛球拍框在擊球過程中發生折斷。
附圖說明
圖1為現有技術中羽毛球拍框結構示意圖；
圖2為本發明一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法較佳實施例的流程圖。
具體實施方式
本發明提供一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框及其製備方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
請參閱圖2，圖2為本發明提供的一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法較佳實施例的流程圖，如圖所示，其中包括步驟：
s10、在依次疊加的碳纖維層中添加浸有環氧樹脂的非晶合金條帶，形成混合層材料；
s20、將所述混合層材料放入成型模具內，在120-130℃的加熱條件下固化成型，待冷卻後，取出模具內已成型的羽毛球拍框。
具體來說，本發明所採用的非晶合金條帶為鋯基非晶合金、鈦基非晶合金或者同時含有鋯基和鈦基成分的非晶合金；較佳地，所述鋯基非晶合金條帶的成分，按原子百分比計包括：30-70%的zr、5-40%的cu、5-30%的ni、0-20%的al以及0-10%的過渡金屬元素，其中，所述過渡金屬元素為nb、ta、mo、er中的一種；進一步，所述同時含有鋯基和鈦基成分的非晶合金按質量百分比包括：40-50%的zr、8-15%的ti、5-15%的cu、2-10%的ni以及20-30%的be；或者包括：30-50%的ti、5-35%的zr、5-30%的ni、5-45%的cu、5-35%的be、0-4%的b、0-6%的sn、0-5%的si以及0-9%的ag。
鋯基或鈦基非晶合金在強度和彈性儲能上，比目前製備羽毛球拍所用的碳纖維增強的聚合物複合材料具有更高的性能優勢；具體地，鋯基或鈦基非晶合金材料的抗拉強度超過1800mpa，彈性極限超過1600mpa，彈性形變極限為2%，斷裂前的彈性比功超過16mj/m3。
本發明採用強度、韌性等綜合性能優異的鋯基或鈦基非晶合金條帶來製備羽毛球拍框，具體先通過將非晶合金條帶與碳纖維聚合物複合材料疊加在一起，然後通過加熱固化成型的方式，來實現緊密接觸；本發明實現了在不增加比重的前提下，將羽毛球拍框的強度提高20%以上，同時提高羽毛球拍框整體的彈性儲能30%以上；採用本發明製備的羽毛球拍框可增加擊球時的球速，達到更好的擊球效果。
具體來說，在所述步驟s10之前，需將所述碳纖維預先浸染環氧樹脂形成碳纖維增強複合材料；碳纖維是一種碳含量很高的無機高分子纖維材料，其質量比鋁輕，而強度卻高於鋼鐵，將所述碳纖維浸染環氧樹脂可形成碳纖維增強複合材料，將其應用於製備羽毛球拍具有質量輕、高比強度、高比模量、熱膨脹係數小以及破損安全性能好等多種優勢。
在所述步驟s10中，首先將所述浸染有環氧樹脂的碳纖維進行堆疊，待堆疊到一定厚度後，加入預先製備好的非晶合金條帶，所述非晶合金條帶也浸染過環氧樹脂；最後在所述非晶合金條帶上繼續疊加碳纖維，從而形成碳纖維增強複合材料與非晶合金條帶堆疊的混合層材料；
當然，所述非晶合金條帶也可以直接疊加在所述碳纖維層的最外層，即當碳纖維層堆疊到一定厚度後，直接在碳纖維層的最外層疊加一層非晶合金條帶；由於非晶合金條帶最大的優勢是彈性極限很大，因此，將該非晶合金條帶放置在最外層可最大限度的提升羽毛球拍的性能。
進一步，在本發明中，所述非晶合金條帶的製備過程如下：
s1、在惰性氣氛下，按原子百分比計，將相應比例的單質金屬混合物熔煉成母合金；
具體來說，在惰性氣氛下，按原子百分比計將相應比例的高純單質金屬組成的混合物添加至真空度優於1×10-3pa的電弧爐中，採用電弧熔煉發將所述混合物原料熔煉成母合金；較佳地，每熔煉一次，合金翻轉一次，為保證母合金成分均勻，確保熔煉次數大於4次，例如熔煉5次。
s2、將融化的母合金噴在具預定轉速的銅輥上，形成非晶合金條帶。
具體來說，在惰性氣氛保護下，採用感應加熱將所述母合金重新融化，將融化的母合金噴在高速旋轉的銅輥上，形成非晶合金條帶；進一步，所述非晶合金條帶的厚度通過銅輥的轉速來調節；較佳地，所述銅輥表面的轉速控制在15-80m/s之間；更進一步，本發明採用的銅輥為無氧紫銅，銅輥表面粗糙度保證在0.05μm以下，可有效保證非晶條帶的導熱和較低的界面熱阻。
較佳地，在本發明中，所述非晶合金條帶的厚度為10-500μm，寬度為1-8mm；通過調整非晶合金條帶的寬度和厚度，可獲得不同的強度和剛性性能，以滿足羽毛球拍框的使用需求；本發明將整根非晶條帶應用於羽毛球拍框的製備過程中，可讓羽毛球拍框的整體彈性儲能和剛度提升30%以上，同時拍框擊球時四處應力很大的部位也得到了很大的強度提升，能夠有效避免發生折斷；本發明優選厚度200μm，寬度為5mm，將所述尺寸的非晶合金條帶應用於羽毛球拍框製備中，可最大程度地提高羽毛球拍框的性價比。
進一步，在所述步驟s20中，將所述混合層材料放入成型模具內，在120-130℃的加熱條件下固化成型，待冷卻後，取出模具內已成型的羽毛球拍框；具體來說，所述碳纖維和非晶合金條帶均浸染有環氧樹脂，位於模具內的混合層材料在加熱過程中，所述環氧樹脂受熱膨脹固化，從而使混合層材料形成與模具相同的羽毛球拍框形狀。
更進一步，為了減少羽毛球拍框的製作成本，同時又能夠起到增強羽毛球拍框強度和彈性儲能的作用；本發明可將預先製備的非晶合金條帶切成長度為10-60mm的小段，在製備羽毛球拍框的過程中，在如圖1所示的四個部位的碳纖維層中加入所述切成小段的非晶合金條帶；然後將所述加有小段非晶合金條帶的碳纖維層放入成型模具內，在120-130℃的加熱條件下固化成型，待冷卻後，取出模具內已成型的羽毛球拍框。通過在碳纖維層中添加小段非晶合金條帶，可在一定程度上提升羽毛球拍框的強度和彈性儲能，能有效防止拍框應力集中處發生折斷。
進一步，本發明還提供一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框，其中，採用上述任意一種非晶合金條帶改性羽毛球拍框的製備方法製備而得。
綜上所述，本發明利用非晶合金材料的高強度、高彈性以及高剛度等優異性能，預先製備出具有相應性能的鋯基或鈦基非晶合金條帶，將所述鋯基或鈦基非晶合金條帶與碳纖維樹脂複合材料疊加在一起，用於製備羽毛球拍框，能有效提升羽毛球拍框的強度和彈性儲能、增強擊球效果，同時有效避免羽毛球拍框在擊球過程中發生折斷。
應當理解的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。