[发明专利]生产纤维增强型热塑球拍框的工艺

说明书

本发明涉及生产比赛用球拍框的工艺，这些球拍包括：网球拍、墙球(racquetball)球拍、软橡皮球球拍(squash rackets)和羽毛球拍。本发明特别涉及生产纤维增强型[垫塑以后称之为“FRTP”)球拍框的工艺。根据本发明，简化了缠绕FRTP型材的操作，增强纤维取向的选择具有更大自由度，即使在FETP的小区域内，即使当每束FRTP型材中有大量增强纤维的FRTP型材以较大的纤维束中心间距绕芯棒缠绕时，增强纤维的密度几乎不变，并且在增强纤维的交叉处或在其周围不会存在纤维松散或富树脂区，因此能获得高强度、高质量和高均匀性的FRTP模压材料，该工艺提出了绕芯棒缠绕带状FRTP型材或宽型FRTP型材制成预型件的步骤；带状FRTP型材包括一层状件，该层状件包括提供基体树脂的热塑树脂膜和置于热塑树脂膜之间的带状加强纤维束，热塑树脂膜在沿层状件长度方向的边沿处熔合在一起；宽型FRTP型材包括若干带状FRTP型材，它们呈一线排列使相邻的一对带状FRTP型材相互搭接形成搭接部，由此形成相邻一对带状FRTP型材中的加强纤维束的侧边部，沿加强纤维束长度方向的各侧边部相互靠近而置，相邻的一对带状FRTP型材在搭接部熔接在一起，使加强纤维的取向在同一方向上。

作为传统的生产FRTP拍框的工艺，一种生产网球拍框的工艺已公知，在该工艺中将FRTP型材绕芯棒缠绕制成拍框预型件。(美国专利No.4871491等)

在这类生产工艺中，使用下列型材：

1)每束包含大量纤维(约12000根)的纤维束，它们由混纺的加强碳纤维和基体树脂纤维构成；

2)由基体树脂粉涂覆加强碳纤维并使基体树脂粉部分熔化而得到的型材；

3)由加强碳纤维和基体树脂结合而形成的带状型材；

4)将上述1)的混纺纤维束排成一排并通过受压下加热使其熔合在一起而得到的型材。

然而，根据生产FRTP拍框的传统工艺使用上述1)类混纺纤维束时，纤维是长形的并具有几乎是圆的断面；因此尽管以高张力使纤维束绕长形体缠绕使纤维束拉伸而暂时获得纤维束的平的形状，但由于这种平的形状不在受压下加热就能维持，所以在绕芯棒缠绕混纺纤维所制成的模压拍框的小面积内加强碳纤维的密度会变化(也就是说，会出现“稀疏结构”的区域)在缠绕的纤维束之间的间隙中会出现富树脂区。

另外，当混纺纤维以交叉螺旋方式缠绕使加强碳纤维相交时，加强碳纤维的交叉处变得又厚又粗。当这样的混纺碳纤维制成的预型件在受压下加热时，加强碳纤维变得松懈，或者在加强碳纤维交叉的附近会产生气泡，这样制得的预型件也较厚。此外，在缠绕的加强碳纤维束之间还会出现富树脂区。

另外，使用这类混纺纤维不易获得均匀的拍框，因为很难制成加强碳纤维和基体树脂纤维均匀分布的纤维束。

再者，使用这类纤维束缠绕时，夹具或类似物的磨擦引起加强碳纤维的部分磨损，从而造成起毛。这种情况下加强碳纤维会产生灰尘，加强碳纤维的强度也会下降。

在使用上述2)类型材时，熔化太多的基体树脂粉使型材变硬，这样使其很难绕芯棒缠绕，另外，即使能缠绕，在纤维束的上下缠绕之间，也产生空间或在预制品的表面出现不规则的情况；因此很难获得高质量的FRTP拍框。另一方面，熔化太少的基体树脂粉，造成一些树脂粉损失，这样造成型材的基体树脂的不均匀涂覆，因此很难获得均匀的拍框。

使用上述3)类或4)类型材时，由于这种型材太硬在常温下不能缠绕，因此缠绕时需加热以使其软化。另外为了将缠绕后形成的预型件放入有拍枢形状的模腔中，需将预型件弯成拍框形状，但很难将缠绕状态的型材再加热。

当使用加强碳纤维作增强件在缠绕时使加强碳纤维的方向与拍框预型件中心线呈直角时，需要一种宽度大、纤维长度短和柔韧的FRTP型材；然而上述3)类型材在常温下太硬，加热会使加强碳纤维松懈或分离，另一方面，当使用上述1)类纤维束或上述2)或4)类型材时会出现纤维束分离；因此从以上1-4类材料中不能制得宽型型材。

本文使用以下定义：

圈：缠绕FRTP型材的装置的FRTP型材进给机构的一个完整来回。

束：未铰在一起的连续的纤维束。

股：缠绕型材装置上的一个单程，其中带状FRTP型材与芯棒的轴呈一个方向缠绕。

层：以2股闭合图形的方式形成的一系列缠绕圈，一股呈+α°角，另一股呈-α°角。