熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈，其特征在于：輪圈主體呈圓形，橫切面為U形，剎車面貼有摩擦層；所述的輪圈采用熱固性樹脂體系為基體，結(jié)合增強材料后經(jīng)模壓工藝加工成型；所述的摩擦層為多層結(jié)構(gòu)，由若干位于基體外側(cè)的隔熱層及若干位于隔熱層外側(cè)的耐磨層構(gòu)成；所述的隔熱層及耐磨層采用熱固性樹脂體系為基體，分別以玻璃纖維及碳纖維作為增強材料。該摩擦層采用多層次結(jié)構(gòu)，不僅能承受高強度的摩擦，可耐200℃的高溫，且還能將熱量迅速的導(dǎo)離輪圈，具有力學(xué)強度高，耐摩擦性能及耐老化性能優(yōu)異，綜合性能穩(wěn)定等特點。在保證輪圈整體的強度和韌性的前提下降低了其對耐熱、耐磨性能的要求，大大降低輪圈本身的成本。
【專利說明】熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自行車生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合材料自行車輪圈及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前高級自行車的零組件選用碳纖維復(fù)合材料已蔚為風(fēng)氣，碳纖維材料自身優(yōu)異的特性應(yīng)用在自行車零組件上，可以滿足自行車產(chǎn)業(yè)的某些高性能要求。高性能碳纖維復(fù)合材料自行車由市場產(chǎn)品被推廣過程，可歸納為四個階段:前、后叉階段；座管、握把階段；車架階段；輪圈階段。輪圈是碳纖維自行車所有零部件中，結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、性能要求最苛刻、成型工藝技術(shù)最難實現(xiàn)的一部分。
[0003]自從進入20世紀(jì)以來，國內(nèi)外的設(shè)計公司對碳纖維復(fù)合材料山地車架的制造工藝進行了大量的實驗研究和創(chuàng)新設(shè)計，各種性能優(yōu)異的車架層出不窮，使碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)越性得以充分體現(xiàn)。內(nèi)地的碳纖維復(fù)合材料車架在近兩年也取得較大進展，不管是車叉、車架、握把或者座管都達到了過節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。但是在樹脂基碳纖維自行車輪圈的制作方面還存在著很多問題，比如不耐摩擦；樹脂Tg值較低，導(dǎo)致輪圈整體壽命較短；柔韌度不好，容易脆斷等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈及其制備方法，來改善目前樹脂基碳纖維自行車輪圈耐摩擦性及柔韌度差、使用壽命短的技術(shù)不足，為目前碳纖維復(fù)合自行車的生產(chǎn)應(yīng)用開拓新的領(lǐng)域。
[0005]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈，其特征在于:輪圈主體呈圓形，橫切面為U形，剎車面貼有摩擦層；所述的輪圈采用熱固性樹脂體系為基體，結(jié)合增強材料后經(jīng)模壓工藝加工成型；所述的摩擦層為多層結(jié)構(gòu)，由若干位于基體外側(cè)的隔熱層及若干位于隔熱層外側(cè)的耐磨層構(gòu)成；所述的隔熱層及耐磨層采用熱固性樹脂體系為基體，分別以玻璃纖維及碳纖維作為增強材料。
[0007]所述的作為隔熱層及耐磨層基體的熱固性樹脂體系為具有熱固性的高分子材料，由熱固性樹脂添加增韌劑組成；所述的熱固性樹脂為4，4’-二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)，增韌劑為聚醚酮(PEK)、二苯砜(DDS)、納米碳化硅或者微米硅藻土的一種或幾種的混合。
[0008]所述的輪圈的增強材料是連續(xù)長纖維，為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維中的一種或幾種的混合體。
[0009]一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈的制備方法，包括如下步驟:
[0010]I)預(yù)浸料制作:利用熱固性樹脂原料為基體，連續(xù)長纖維為增強材料制作單向布預(yù)浸料；利用熱固性樹脂原料為基體，玻璃纖維為增強材料制作隔熱層預(yù)浸料；利用熱固性樹脂原料為基體，碳纖維為增強材料制作耐磨層預(yù)浸料；
[0011]2)摩擦層制作:將若干層耐磨層預(yù)浸料與若干層隔熱層預(yù)浸料進行粘貼拼裝后，放入模具中，在高溫高壓下經(jīng)模壓工藝成型，冷卻后即得摩擦層；
[0012]3)輪圈制作:將之前預(yù)制的單向布預(yù)浸料進行粘貼拼裝，之后在輪圈的U型槽內(nèi)放入耐溫耐壓的氣囊；然后在輪圈的兩邊各貼附上一層摩擦層，將粘貼好的單向布預(yù)浸料、氣囊及摩擦層一起放入模具中，將模具放入液壓機中進行加熱加壓，經(jīng)模壓工藝后冷卻，即獲得熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈。
[0013]所述的步驟2)中，制備摩擦層的模具分為上、下兩個模板，模具的尺寸和傾斜角度針對特定的輪圈規(guī)格；耐磨層預(yù)浸料與若干層隔熱層預(yù)浸料進行粘貼拼裝后，先通過人工剪裁在EVA模型上貼附得到摩擦層的基本形狀，然后將摩擦層從模型上取下，放入模具中經(jīng)模壓成型。
[0014]所述的步驟3)中，制備輪圈所用模具分為上、下兩個模板，同時輪圈的空腔需要氣囊輔助實現(xiàn)，首先通過人工剪裁在EVA模型上貼附得到輪圈的基本形狀，再用氣囊撐起輪圈的中空結(jié)構(gòu)，然后放入模具內(nèi)，經(jīng)模壓成型工藝后冷卻即獲得復(fù)合材料自行車輪圈，將氣囊刺破將其取出。
[0015]在所述的步驟2)及步驟3)中，模具的加熱溫度控制均分為三個階段，首先為預(yù)成型階段，溫度控制在180°C -190°C;然后為固化反應(yīng)階段，加壓倉溫度與固化反應(yīng)速率有關(guān)，溫度范圍為210°C -220°C;最后為定型階段，保證樹脂固化完全，溫度范圍為250°C -260V,固化完成后隨液壓機自然冷卻。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:由于輪圈主體外設(shè)有肩負耐磨、耐熱、隔熱的摩擦層，從而可在保證輪圈整體的強度和韌性的前提下降低了其對耐熱、耐磨性能的要求，大大降低輪圈本身的成本；而摩擦層由熱固性樹脂基體復(fù)合材料制成，采用多層次結(jié)構(gòu)，不僅能承受高強度的摩擦，可耐200°C的高溫，且還能將熱量迅速的導(dǎo)離輪圈，具有力學(xué)強度高，耐摩擦性能及耐老化性能優(yōu)異，綜合性能穩(wěn)定等特點。于此同時，本發(fā)明所公開的上述摩擦層的制備方法具有效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，特別適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈摩擦層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈摩擦層貼附結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，1、耐磨層，2、隔熱層，3、輪圈主體，4、摩擦層。
【具體實施方式】
[0020]參看圖1、2所示，輪圈主體3外側(cè)設(shè)有摩擦層4，摩擦層4由隔熱層2及耐磨層I構(gòu)成，耐磨層I是最耐磨的一層同時也肩負著導(dǎo)走熱量的任務(wù)，隔熱層2主要起到阻擋剎車產(chǎn)生的熱量向輪圈主體3傳導(dǎo)的作用。由于摩擦層4的存在，對于復(fù)合材料的輪圈主體3來說不需要太高的熱性能和耐磨性能，可大大降低輪圈主體3本身的制作成本。
[0021]實施例一
[0022]以東麗T700碳纖維為增強體，TR1219A樹脂為基體制作單向布預(yù)浸料；以東麗T300平紋碳纖維布為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作耐磨層預(yù)浸料；以玻璃纖維作為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作隔熱層預(yù)浸料；先將耐熱層和隔熱層預(yù)浸料裁剪成輪圈摩擦部位的形狀，將5層耐熱層和I層隔熱層粘貼在一起，先行固化成摩擦層。利用碳纖維單向預(yù)浸料裁剪后在EVA材質(zhì)的模型上貼出大致的形狀，取出模型放入氣囊充氣；然后在輪圈的兩邊各貼附上一層摩擦層，放入模具用固化成型，得到耐磨性能較好的產(chǎn)品。
[0023]實施例二
[0024]以東麗T700碳纖維為增強體，TR1219A樹脂為基體制作單向布預(yù)浸料；以東麗T300平紋碳纖維布為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作耐磨層預(yù)浸料；以玻璃纖維作為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作隔熱層預(yù)浸料；先將耐熱層和隔熱層預(yù)浸料裁剪成輪圈摩擦部位的形狀，將4層耐熱層和2層隔熱層粘貼在一起，先行固化成摩擦層。利用碳纖維單向預(yù)浸料裁剪后在EVA材質(zhì)的模型上貼出大致的形狀，取出模型放入氣囊充氣；然后在輪圈的兩邊各貼附上一層摩擦層，放入模具用固化成型，得到耐磨性能較好的產(chǎn)品，同時也一定程度上提高了輪圈壽命。
[0025]實施例三
[0026]以東麗T700碳纖維為增強體，TR1219A樹脂為基體制作單向布預(yù)浸料；以東麗T300平紋碳纖維布為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作耐磨層預(yù)浸料；以玻璃纖維作為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作隔熱層預(yù)浸料；先將耐熱層和隔熱層預(yù)浸料裁剪成輪圈摩擦部位的形狀，將3層耐熱層和3層隔熱層粘貼在一起，先行固化成摩擦層。利用碳纖維單向預(yù)浸料裁剪后在EVA材質(zhì)的模型上貼出大致的形狀，取出模型放入氣囊充氣；然后在輪圈的兩邊各貼附上一層摩擦層，放入模具用固化成型，得到兼顧耐磨性和較長使用壽命的產(chǎn)品。
[0027]實施例四
[0028]以東麗T700碳纖維為增強體，TR1219A樹脂為基體制作單向布預(yù)浸料；以東麗T300平紋碳纖維布為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作耐磨層預(yù)浸料；以玻璃纖維作為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作隔熱層預(yù)浸料；先將耐熱層和隔熱層預(yù)浸料裁剪成輪圈摩擦部位的形狀，將2層耐熱層和4層隔熱層粘貼在一起，先行固化成摩擦層。利用碳纖維單向預(yù)浸料裁剪后在EVA材質(zhì)的模型上貼出大致的形狀，取出模型放入氣囊充氣；然后在輪圈的兩邊各貼附上一層摩擦層，放入模具用固化成型，得到較長使用壽命的產(chǎn)品，同時也一定程度上提高了輪圈的耐摩擦性能。
[0029]實施例五
[0030]以東麗T700碳纖維為增強體，TR1219A樹脂為基體制作單向布預(yù)浸料；以東麗T300平紋碳纖維布為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作耐磨層預(yù)浸料；以玻璃纖維作為增強體，4，4’ - 二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)樹脂為基體制作隔熱層預(yù)浸料；先將耐熱層和隔熱層預(yù)浸料裁剪成輪圈摩擦部位的形狀，將I層耐熱層和5層隔熱層粘貼在一起，先行固化成摩擦層。利用碳纖維單向預(yù)浸料裁剪后在EVA材質(zhì)的模型上貼出大致的形狀，取出模型放入氣囊充氣；然后在輪圈的兩邊各貼附上一層摩擦層，放入模具用固化成型，得到較長使用壽命的產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈，其特征在于:輪圈主體呈圓形，橫切面為U形，剎車面貼有摩擦層；所述的輪圈采用熱固性樹脂體系為基體，結(jié)合增強材料后經(jīng)模壓工藝加工成型；所述的摩擦層為多層結(jié)構(gòu)，由若干位于基體外側(cè)的隔熱層及若干位于隔熱層外側(cè)的耐磨層構(gòu)成；所述的隔熱層及耐磨層采用熱固性樹脂體系為基體，分別以玻璃纖維及碳纖維作為增強材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈，其特征在于:所述的作為隔熱層及耐磨層基體的熱固性樹脂體系為具有熱固性的高分子材料，由熱固性樹脂添加增韌劑組成；所述的熱固性樹脂為4，4’-二氨基二苯甲烷環(huán)(AG-80)，增韌劑為聚醚酮(PEK)、二苯砜(DDS)、納米碳化硅或者微米硅藻土的一種或幾種的混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈，其特征在于:所述的輪圈的增強材料是連續(xù)長纖維，為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維中的一種或幾種的混合體。
4.一種制備權(quán)利要求1所述熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈的制備方法，其特征在于:其包括如下步驟: O預(yù)浸料制作:利用熱固性樹脂原料為基體，連續(xù)長纖維為增強材料制作單向布預(yù)浸料；利用熱固性樹脂原料為基體，玻璃纖維為增強材料制作隔熱層預(yù)浸料；利用熱固性樹脂原料為基體，碳纖維為增強材料制作耐磨層預(yù)浸料； 2)摩擦層制作:將若干層耐磨層預(yù)浸料與若干層隔熱層預(yù)浸料進行粘貼拼裝后，放入模具中，在高溫高壓下經(jīng)模壓工藝成型，冷卻后即得摩擦層； 3)輪圈制作:將之前預(yù)制的單向布預(yù)浸料進行粘貼拼裝，之后在輪圈的U型槽內(nèi)放入耐溫耐壓的氣囊；然后在輪圈的兩邊各貼附上一層摩擦層，將粘貼好的單向布預(yù)浸料、氣囊及摩擦層一起放入模具中，將模具放入液壓機中進行加熱加壓，經(jīng)模壓工藝后冷卻，即獲得熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈的制備方法，其特征在于:所述的步驟2)中，制備摩擦層的模具分為上、下兩個模板，模具的尺寸和傾斜角度針對特定的輪圈規(guī)格；耐磨層預(yù)浸料與若干層隔熱層預(yù)浸料進行粘貼拼裝后，先通過人工剪裁在EVA模型上貼附得到摩擦層的基本形狀，然后將摩擦層從模型上取下，放入模具中經(jīng)模壓成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈的制備方法，其特征在于:所述的步驟3)中，制備輪圈所用模具分為上、下兩個模板，同時輪圈的空腔需要氣囊輔助實現(xiàn)，首先通過人工剪裁在EVA模型上貼附得到輪圈的基本形狀，再用氣囊撐起輪圈的中空結(jié)構(gòu)，然后放入模具內(nèi)，經(jīng)模壓成型工藝后冷卻即獲得復(fù)合材料自行車輪圈，將氣囊刺破將其取出。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熱固性樹脂基體復(fù)合材料自行車輪圈的制備方法，其特征在于:在所述的步驟2)及步驟3)中，模具的加熱溫度控制均分為三個階段，首先為預(yù)成型階段，溫度控制在180°C -190°C;然后為固化反應(yīng)階段，加壓倉溫度與固化反應(yīng)速率有關(guān)，溫度范圍為210°C -220°C;最后為定型階段，保證樹脂固化完全，溫度范圍為250°C -260V,固化完成后隨液壓機自然冷卻。
【文檔編號】C08K7/14GK103921618SQ201410130022
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】曹偉偉, 龍國榮, 朱波, 朱文韜, 張瑞林, 卞志良, 卞志勇 申請人:泰山體育產(chǎn)業(yè)集團有限公司, 山東泰山瑞豹復(fù)合材料有限公司