一種自行車碳纖維車架及其制備方法
【專利說(shuō)明】一種自行車碳纖維車架及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請(qǐng)屬于碳纖維材料領(lǐng)域，尤其涉及自行車構(gòu)件工藝領(lǐng)域的自行車碳纖維車架及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]碳纖維自行車主要是中高檔的競(jìng)賽用自行車，作為新興材料，碳纖維主要應(yīng)用于車架、前叉、輪組等。碳纖維管又稱碳素纖維管，也稱碳管，碳纖管，是采用碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸入苯乙稀基聚脂樹(shù)脂經(jīng)加熱固化拉擠(纏撓)而成。在制過(guò)程中，可以通過(guò)不同的模具生產(chǎn)出各種型材，如:不同規(guī)格的碳纖維圓管，不同規(guī)格的方管，不同規(guī)格的片材，以及其它型材:在制作過(guò)程中也可以包3K進(jìn)行表面包裝美化等等。
[0005]碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。它比重不到鋼的1/4，但強(qiáng)度卻非常強(qiáng)。而且其耐蝕性出類拔萃，是新一代增強(qiáng)纖維。碳纖維廣泛用于民用、軍用、建筑、航天以及超級(jí)跑車領(lǐng)域。碳纖維管具有強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)、耐腐蝕，質(zhì)量輕、低密度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于風(fēng)箏、航空模型飛機(jī)、燈用支架、PC設(shè)備轉(zhuǎn)軸、蝕刻機(jī)、醫(yī)療器械、體育器材等機(jī)械設(shè)備。尺寸穩(wěn)定、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)小、自潤(rùn)滑和吸能抗震等一系列優(yōu)異性能。并具有高比模、耐疲勞、抗蠕變、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等。
[0006]自行車是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚拇焦ぞ?，其造價(jià)低廉，維修簡(jiǎn)單，使用方便，深受世界各國(guó)人民喜愛(ài)，形成了巨大的自行車消費(fèi)市場(chǎng)，隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛快發(fā)展，自行車已不僅僅是交通和運(yùn)輸工具，已具有集健身、旅游、競(jìng)賽等多種功能。自行車檔次的高低取決于材料的選擇和做工。典型的低、中、高檔自行車構(gòu)架分別由碳鋼、鉻鉬合金及鋁合金和碳纖維制造。碳纖維是一種新型的復(fù)合材料，它有重量輕、比強(qiáng)度高、比剛度大的優(yōu)點(diǎn)，而且具有可設(shè)計(jì)性和易成型性，從而使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)有更高的結(jié)構(gòu)效率。
[0007]世界各國(guó)都對(duì)研制新形態(tài)、新材料的自行車投入了巨大的人力、物力、財(cái)力。車架是自行車的骨架，它在很大程度上決定了自行車的造型和使用性能。美國(guó)、英國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣等都已開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出碳纖維自行車車架。用于碳纖維管生產(chǎn)方面的碳纖維含量多少，直接決定其力學(xué)性能表現(xiàn)和價(jià)值。碳纖維管具有質(zhì)輕、堅(jiān)實(shí)、抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但在使用時(shí)應(yīng)特別注意防電。
[0008]中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織并主持召開(kāi)了連云港迎雁新材料有限責(zé)任公司和連云港神鷹碳纖維自行車有限責(zé)任公司完成的“碳纖維自行車技術(shù)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目科技成果鑒定會(huì)。鑒定委員會(huì)專家在聽(tīng)取了項(xiàng)目完成單位的研發(fā)、查新、檢測(cè)和使用等報(bào)告，并實(shí)地考察了產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)后，一致認(rèn)為港城碳纖維自行車生產(chǎn)綜合技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，并達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
[0009]碳纖維車架的特征是輕、鋼性好、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來(lái)不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。自行車廠家考慮到成本問(wèn)題，不大可能使用高等級(jí)的碳纖維來(lái)制作車架。雖然存在上述的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，但是碳纖維車架還是具有其他素材所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，可以制造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時(shí)最能體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，登坡順利而爽快。而不會(huì)像一些輕的鋁合金車架，登坡時(shí)感到有一種向后拉的力量。而隨著人性化理念的普及，及新型和諧社會(huì)的構(gòu)成，設(shè)計(jì)一種拉伸強(qiáng)度高、耐高溫、硬度高的自行車碳纖維車架及其制備方法是非常必要的。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]解決的技術(shù)問(wèn)題:
本申請(qǐng)針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種自行車碳纖維車架及其制備方法，解決現(xiàn)有自行車成本高、抗溫性差、拉伸強(qiáng)度低等技術(shù)問(wèn)題。
[0012]技術(shù)方案:
一種自行車碳纖維車架，所述自行車碳纖維車架的原料按重量份數(shù)配比如下=PVC10份；硬脂酸鋇0.6-1份；硬脂酸鎘0.2-0.6份；石蠟0.8-1.2份；炭黑1_5份；碳酸鈣5_25份；碳纖維40-80份；三堿式硫酸鉛1.5-5.5份；二堿式硬脂酸鉛0.5-2.5份；硫酸鋇為3-7份；增塑劑5-25份。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維車架的原料按重量份數(shù)配比如下:PVC100份；硬脂酸鋇0.7份；硬脂酸鎘0.3份；石蠟0.9份；炭黑2份；碳酸鈣10份；碳纖維50份；三堿式硫酸鉛2.5份；二堿式硬脂酸鉛I份；硫酸鋇為4份；增塑劑10份。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維車架的原料按重量份數(shù)配比如下:PVC100份；硬脂酸鋇0.9份；硬脂酸鎘0.5份；石蠟1.1份；炭黑4份；碳酸鈣20份；碳纖維70份；三堿式硫酸鉛4.5份；二堿式硬脂酸鉛2份；硫酸鋇為6份；增塑劑20份。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維車架的原料按重量份數(shù)配比如下:PVC100份；硬脂酸鋇0.8份；硬脂酸鎘0.4份；石蠟I份；炭黑3份；碳酸鈣15份；碳纖維60份；三堿式硫酸鉛3.5份；二堿式硬脂酸鉛1.5份；硫酸鋇為5份；增塑劑15份。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述增塑劑采用環(huán)氧大豆油。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維車架的制備方法，包括如下步驟:
第一步:按照重量份數(shù)配比稱取PVC、硬脂酸鋇、硬脂酸鎘、石蠟、炭黑、碳酸鈣、碳纖維、三堿式硫酸鉛、二堿式硬脂酸鉛、硫酸鋇和增塑劑；
第二步:將PVC、硬脂酸鋇、硬脂酸鎘、石蠟、炭黑投入攪拌機(jī)混合，混合速度為50-90r/min，混合均勾，升溫至40-60°C加入剩余原料，繼續(xù)混合10_30min ；
第三步:混合均勻后物料投入雙螺桿擠出機(jī)，料筒溫度160-180 0C、155-175 °C、150-170°C、155-175°C、145-165°C，螺桿溫度 135_155°C，機(jī)頭溫度 150-170°C、155-175°C、165-185 °C、185-205 °C、180-200 °C，螺桿轉(zhuǎn)速 30_35r/min，投料轉(zhuǎn)速 25-45 r/min，扭矩56-60%ο
[0018]
有益效果: 本發(fā)明所述一種自行車碳纖維車架及其制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:1、產(chǎn)品強(qiáng)度高，拉伸強(qiáng)度55-75MPa，扁平試驗(yàn)壓倒外徑1/2不破裂；
2、產(chǎn)品耐高溫，維卡軟化點(diǎn)80-100°C，彈性模量600-800MPa ;3、產(chǎn)品不易變形，縱向尺寸變化率1-3%，斷裂伸長(zhǎng)率8-12%，沖擊強(qiáng)度10-14kJ/m2;4、落錘沖擊試驗(yàn)0/10，摩擦系數(shù)0.1-0.14，成本低廉，操作簡(jiǎn)單，耐腐蝕，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
按照重量份數(shù)配比稱取PVC10份；硬脂酸鋇0.6份；硬脂酸鎘0.2份；石蠟0.8份；炭黑I份；碳酸鈣5份；碳纖維40份；三堿式硫酸鉛1.5份；二堿式硬脂酸鉛0.5份；硫酸鋇為3份；環(huán)氧大豆油5份。
[0021]將PVC、硬脂酸鋇、硬脂酸鎘、石蠟、炭黑投入攪拌機(jī)混合，混合速度為50r/min，混合均勾，升溫至40°C加入剩余原料，繼續(xù)混合lOmin。
[0022]混合均勻后物料投入雙螺桿擠出機(jī)，料筒溫度160°C、155°C、150°C、155°C、145°C，螺桿溫度135°C，機(jī)頭溫度150°C、155°C、165°C、185°C、180°C，螺桿轉(zhuǎn)速30r/min，投料轉(zhuǎn)速25 r/min，扭矩 56%。
[0023]產(chǎn)品強(qiáng)度高，拉伸強(qiáng)度55MPa，扁平試驗(yàn)壓倒外徑1/2不破裂；產(chǎn)品耐高溫，維卡軟化點(diǎn)80°C，彈性模量600MPa ;產(chǎn)品不易變形，縱向尺寸變化率3%，斷裂伸長(zhǎng)率8%，沖擊強(qiáng)度10kJ/m2;落錘沖擊試驗(yàn)0/10，摩擦系數(shù)0.14。
[0024]
實(shí)施例2:
按照重量份數(shù)配比稱取PVC100份；硬脂酸鋇I份；硬脂酸鎘0.6份；石蠟1.2份；炭黑5