專利名稱：一種用復合材料制造自行車架的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造自行車架的方法，尤其是涉及一種用復合材料制造自行車架 的方法。
背景技術(shù)：
自行車是一種常用的代步工具，如何生產(chǎn)出安全，輕便，環(huán)保，價格低廉的自行車 架一直是決定該行業(yè)發(fā)展的一個重要問題。用于制造自行車架的材料，主要有以下幾種鋁合金(Al-Mg-Si，Al-Zn-Mg-(Cu))很久以前就有用鋁合金制作的車架。輕而價格低是它的優(yōu)點，但老車手對它的反 應是雖輕但易彎曲。雖然經(jīng)過多次改進，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點。最近 的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對鋁管進行熱處 理等，制造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對車手來說，具有足夠的輕量與剛 性。鋁合金是純鋁中加入Mg，Zn, Si，Cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐 蝕等優(yōu)點，加入其他金屬后顯著提高了機械性能。自行車所使用的鋁合金多數(shù)為6000系 (Al-Mg-Si)和7000系(Al-Si-Mg-Cu)兩種，經(jīng)過熱處理(鋁耐高溫，在高溫下能改變性質(zhì)) 可以制成名種各樣的材料。鋁合金車架的缺點由于鋁是彈性率及剛性低的材料，因此采用粗的管道，或者改 變形狀如cross-over管、padded管等，另外，鋁合金車架必需進行熱處理，否則強度不夠， 而一般規(guī)模不大的工廠無能力購買熱處理設備。鈦、鈦合金(Ti，Ti-Al-V)美國在60年代首次使用鈦合金來制作自行車車架。鈦合金給人的印象是輕而硬。 早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長距離賽車，也不是適用于 所有的比賽，只適合用在山岳，或者需要輕型車的特定的場合。開始時鈦合金使一些人著 迷，曾經(jīng)有些熱衷于輕量化的騎手，把所有的螺絲都換成鈦合金制的才滿意。鈦金屬給一些 人錯覺，貴而稀有，實際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本 高，價格才較貴。金屬鈦比重輕、強度大，同時耐腐蝕性高的材料，一般用在特殊的環(huán)境里。 在金屬鈦里添加鋁、釩(Li. V)時強度顯著提高，熱處理也和鋁合金一樣通過時效處理可以 提高強度。鈦合金車架的優(yōu)點是純鈦金屬的強度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高 (和鋁比較)，也有利于設計，可以制作輕量而強度大的車架；鈦在一般的環(huán)境下幾乎不會 被腐蝕。其缺點是價格過高，鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過程復雜，技 術(shù)要求高，并花時間因此成本高；再有溶接加工極為困難，因為鈦和氧的親和力極強，和空 氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。因此用惰性氣 體小心焊接。由于以上原因鈦車架價格很貴。碳纖維(CERP)碳纖維車架的特征是輕、不彎曲、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性3能，在技術(shù)上看起來不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。自行車廠家 考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來制作車架。雖然存在上述的現(xiàn)實問題，但 是碳纖維車架還是具有其他素材所沒有的優(yōu)點，可以制造8、9kg左右的輕量自行車，這種 碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現(xiàn)其優(yōu)點，登坡順利而爽快。而不會像一些輕的鋁合金車 架，登坡時感到有一種向后拉的力量。碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西，非常輕， 但它是具有方向性的材料(拉伸強但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來解決缺 點ο碳纖維車架的優(yōu)點(1)可以制作重量輕的車架碳纖維車架非常輕，這是它的密 度和強的拉伸強度構(gòu)成的，捷安特的碳纖維車架非常輕，2000年的型號1.2kg重。( 沖擊 吸收性好碳纖維用來制作殘疾者運動時用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。利用 它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著 名的。但是各個廠家之間的品質(zhì)差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎后才能知道好或者 不好。其缺點是價格昂貴，和鈦合金相比，碳纖維車架的價格有過之而無不及，像頂級的碳 纖維車架的價格都要上萬。為克服上述材料的各種缺陷，現(xiàn)需提供一種性能良好，價格低廉的新型的用于制 造自行車架的材料。增強復合材料(Reinforced Composite)，是一種新型復合材料，具有比強度 高、比剛度大、材料性能可以設計、成型成本低等一系列優(yōu)點而被人們所關(guān)注。常見包 括玻璃纖維增強復合材料(Glass fiber reinforced composite)，碳纖維增強復合材 料(Carbon fiber reinforced composite)、芳綸纖維增強復合材料(Aramid fiber reinforcedcomposite)等等。與現(xiàn)有鋼、鋁合金等材料相比，增強復合材料具有以下優(yōu)勢⑴密度小可有效 降低車輛自身重量。與鋁合金材料密度相比，減輕40 %，不但減輕了車輛重量，而且對材料 成本也有效減低；( 彈性特點較好可有效提高車輛行駛中的平順性，更易于吸收運動中 的振動和噪音；C3)易成型增強復合材料成型容易，成型周期快；(4)美觀一般鋼圈、鋁 合金等因生產(chǎn)所限，產(chǎn)品外形單調(diào)呆板，缺乏變化；而增強復合材料則因其成型容易，所以 有各式各樣的外觀設計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以直接成型、 無需焊接的復合材料制造自行車架的方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種用復合材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將連續(xù) 纖維增強熱塑性樹脂預浸帶置于熱壓機中，控制溫度為150-180°C，壓力為0. 5-lMPa，將連 續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶模壓成板材，再自然冷卻至40-60°C，最后將所得的板材切割 成自行車架即可。所述的連續(xù)纖維包括無機纖維、有機纖維或金屬纖維。所述的熱塑性樹脂包括聚烯烴、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、其他通用樹脂或 高性能工程塑料。
所述的無機纖維包括玻璃纖維、硼纖維或玄武巖纖維，所述的有機纖維包括芳香 族聚酰胺纖維或超高分子量聚乙烯纖維，所述的金屬纖維包括不銹鋼纖維。所述的聚烯烴包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或聚乙烯，所述的熱塑性聚酯包括聚 對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯，所述的聚酰胺包 括尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍1212或尼龍612，所述的其他通用樹脂包括聚氯乙烯、丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯或高抗沖聚苯乙烯，所述的高性能工程塑料包括聚醚 醚酮、聚苯硫醚、改性聚苯醚或聚醚酰亞胺。所述的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶的制備方法包括以下步驟將連續(xù)纖維從 紗架上的連續(xù)纖維卷引出并展開預熱至200-M0°C，然后導入交錯可開合雙擠出模頭組與 熔融的熱塑性樹脂進行預浸漬，再導入浸漬壓延輥組進行浸漬，最后經(jīng)冷卻輥壓裝置冷卻 至20-25°C進行定型后導入牽引卷繞裝置卷繞成型，即得到連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料 預浸帶。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)本方法可以直接切割成型，無需焊接；(2)連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶模壓成型的板材具有強度高，重量輕，抗沖擊 性好，成本低等特點。


圖1為生產(chǎn)連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶的裝置。圖中1為連續(xù)纖維束，2為連續(xù)纖維帶，3為浸漬后的連續(xù)纖維帶，10為紗架，11為 連續(xù)纖維卷，12為錠子支架，20為張力調(diào)節(jié)裝置，21為排絲口，22為張力輥，30為靜電消除 裝置，40為預加熱裝置，50為張力調(diào)節(jié)裝置，60為交錯可開合雙擠出模頭組、61為擠出模 頭、62為擠出模頭、621為軌道運動裝置，70為浸漬壓延輥組、71為輥、72為輥、73為輥，80 為冷卻輥壓裝置、81為上輥、82為下輥，90為卷繞裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1一種用復合材料制造自行車架的方法，該方法包括以下步驟將連續(xù)纖維增強熱 塑性樹脂預浸帶置于熱壓機中，控制溫度為180°C，壓力為0. 9MPa，將連續(xù)纖維增強熱塑性 樹脂預浸帶模壓成板材，再自然冷卻至50°C，最后將所得的板材切割成自行車架即可。連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶中的連續(xù)纖維為玻璃纖維，樹脂為均聚聚丙烯， 使用如圖1所示的裝置來制備該連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。該裝置包括紗架10，連 續(xù)纖維卷11，錠子支架12，張力調(diào)節(jié)裝置20，排絲口 21，張力輥22，靜電消除裝置30，預加 熱裝置40，張力調(diào)節(jié)裝置50，交錯可開合雙擠出模頭組60、擠出模頭61、擠出模頭62、軌道 運動裝置621，浸漬壓延輥組70、輥71、輥72、輥73，冷卻輥壓裝置80、上輥81、下輥82，卷 繞裝置90。連續(xù)玻璃纖維卷安裝在紗架10上的錠子支架12中，小心的將纖維束牽引通過安 裝在紗架上的導絲孔，經(jīng)導絲孔引出的纖維束通過張力調(diào)節(jié)裝置20中的排絲口 21，使纖維帶平行均勻排布，避免纖維帶間的相互交叉與磨損。然后平行排布的連續(xù)纖維帶穿過張力 輥22，給纖維帶施加一定的張力保證纖維的初步分散。經(jīng)靜電消除裝置30消除產(chǎn)生的靜 電。連續(xù)纖維帶的預熱裝置40采用紅外烘箱，連續(xù)纖維帶預熱到溫度230°C，經(jīng)預熱 的連續(xù)纖維帶經(jīng)張力調(diào)節(jié)裝置50導到擠出模頭61，待穿絲完成后再將擠出模頭62滑行進 入預定位置，兩模頭共作用產(chǎn)生一定的滲透壓力，熔融的均聚聚丙烯對連續(xù)纖維帶進行預 浸漬，擠出模頭的溫度設置在230°C，保證熔融的聚丙烯樹脂具有較低的黏度。通過交錯可開合式雙擠出模頭組60預浸漬的連續(xù)纖維帶導入浸漬壓延輥組70， 所包含的輥71、輥72和輥73的溫度都設定在210°C，保證了聚丙烯樹脂具有較低的黏度和 流動性，實現(xiàn)熔融樹脂對纖維的完全浸潤。經(jīng)過浸漬壓延輥組70完全浸漬后的連續(xù)纖維帶導入冷卻輥壓裝置80冷卻定型， 上輥81和下輥82均通有冷凝水，兩輥的間隙調(diào)節(jié)到0. 3mm。連續(xù)纖維帶經(jīng)冷卻定型輥定 型冷卻后得到厚度為0. 3mm，表面光滑浸漬完全的連續(xù)玻璃纖維增強熱塑性聚丙烯預浸帶。 最后，經(jīng)風冷卻至25°C，再卷繞成卷后進行包裝，就可得到連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶產(chǎn)品。實施例2—種用復合材料制造自行車架的方法，該方法包括以下步驟將連續(xù)纖維增強熱 塑性樹脂預浸帶置于熱壓機中，控制溫度為150°C，壓力為0. 5MPa，將連續(xù)纖維增強熱塑性 樹脂預浸帶模壓成板材，再自然冷卻至40°C，最后將所得的板材切割成自行車架即可。連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶中的連續(xù)纖維為超高分子量聚乙烯纖維，樹脂為 尼龍6。將連續(xù)纖維從紗架上的連續(xù)纖維卷引出并展開預熱至200°C，然后導入交錯可開合 雙擠出模頭組與熔融的熱塑性樹脂進行預浸漬，再導入浸漬壓延輥組進行浸漬，最后經(jīng)冷 卻輥壓裝置冷卻至20°C定型，再導入牽引卷繞裝置卷繞成型，即得到連續(xù)纖維增強熱塑性 復合材料預浸帶。實施例3一種用復合材料制造自行車架的方法，該方法包括以下步驟將連續(xù)纖維增強熱 塑性樹脂預浸帶置于熱壓機中，控制溫度為180°C，壓力為0. 5MPa，將連續(xù)纖維增強熱塑性 樹脂預浸帶模壓成板材，再自然冷卻至60°C，最后將所得的板材切割成自行車架即可。連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶中的連續(xù)纖維為不銹鋼纖維，樹脂為聚苯硫醚。 將連續(xù)纖維從紗架上的連續(xù)纖維卷引出并展開預熱至240°C，然后導入交錯可開合雙擠出 模頭組與熔融的熱塑性樹脂進行預浸漬，再導入浸漬壓延輥組進行浸漬，最后經(jīng)冷卻輥壓 裝置冷卻至20°C定型，再導入牽引卷繞裝置卷繞成型，即得到連續(xù)纖維增強熱塑性復合材 料預浸帶。
權(quán)利要求
1.一種用復合材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將連續(xù) 纖維增強熱塑性樹脂預浸帶置于熱壓機中，控制溫度為150-180°c，壓力為0. 5-lMPa，將連 續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶模壓成板材，再自然冷卻至40-60°C，最后將所得的板材切割 成自行車架即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復合材料制造自行車架的方法，其特征在于，所述的連 續(xù)纖維包括無機纖維、有機纖維或金屬纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復合材料制造自行車架的方法，其特征在于，所述的熱 塑性樹脂包括聚烯烴、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、其他通用樹脂或高性能工程塑料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復合材料制造自行車架的方法，其特征在于，所述的無 機纖維包括玻璃纖維、硼纖維或玄武巖纖維，所述的有機纖維包括芳香族聚酰胺纖維或超 高分子量聚乙烯纖維，所述的金屬纖維包括不銹鋼纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復合材料制造自行車架的方法，其特征在于，所述的聚 烯烴包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或聚乙烯，所述的熱塑性聚酯包括聚對苯二甲酸乙二醇 酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯，所述的聚酰胺包括尼龍6、尼龍66、 尼龍12、尼龍1212或尼龍612，所述的其他通用樹脂包括聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯共聚物、聚苯乙烯或高抗沖聚苯乙烯，所述的高性能工程塑料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、 改性聚苯醚或聚醚酰亞胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復合材料制造自行車架的方法，其特征在于，所述的連 續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶的制備方法包括以下步驟將連續(xù)纖維從紗架上的連續(xù)纖維 卷引出并展開預熱至200-M0°C，然后導入交錯可開合雙擠出模頭組與熔融的熱塑性樹脂 進行預浸漬，再導入浸漬壓延輥組進行浸漬，最后經(jīng)冷卻輥壓裝置冷卻至20-25°C進行定型 后導入牽引卷繞裝置卷繞成型，即得到連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料預浸帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用復合材料制造自行車架的方法，該方法包括以下步驟將連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶置于熱壓機中，控制溫度為150-180℃，壓力為0.5-1MPa，將連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶模壓成板材，再自然冷卻至40-60℃，最后將所得的板材切割成自行車架即可。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以直接切割成型，無需焊接，連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂預浸帶模壓成型的板材具有強度高，重量輕，抗沖擊性好，成本低等特點。
文檔編號B29C43/58GK102049830SQ20091019783
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者楊桂生 申請人:合肥杰事杰新材料有限公司