CN102371842A - 具陶瓷煞车部的碳纤维轮框及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有陶瓷煞车部的碳纤维轮框及其制法，碳纤维轮框两侧分别形成一个煞车部，煞车部上通过熔喷制程熔喷有保护皮膜，该保护皮膜具有一个结合于煞车部的散热铝膜以及一个结合于散热铝膜的隔热陶瓷层，该散热铝膜与该煞车部具有优异的分子密着力，该隔热陶瓷层与该散热铝膜具有优异的分子密着力，进一步提供一种耐磨与易散热的碳纤维轮框。

Description

具陶瓷煞车部的碳纤维轮框及其制法

技术领域

本发明主要涉及一种具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，尤其涉及一种煞车部表面熔喷有一层散热铝膜，且于散热铝膜外侧熔喷有一层隔热陶瓷层的碳纤维轮框。

背景技术

目前高级自行车的零组件选用碳纤维复合材料已蔚为风气。碳纤维材料先天的高强度、高刚性以及轻量化的材料特性，应用在自行车零组件上，确实可以满足自行车产业的要求。

然而，碳纤维复合材料的轮框使用时日一久，经由煞车皮不断摩擦后将会使碳纤维复合材料的轮框产生磨损的问题，且碳纤维复合材料的轮框因为摩擦生热而容易发生脱层的现象，树脂基材因受热导致轮框结构体刚性下降。碳纤维复合材料的轮框与传统的金属框相比，轮框费用较高，消费者对于这种高价的碳纤维复合材料的轮框存有较高的期待，因此不容易接受碳纤维复合材料的轮框磨损与脱层的现象，如何增加碳纤维复合材料的轮框的使用寿命是申请人极欲解决的一大课题。

金属表面光滑为等方向性分子结构，耐磨、具热传导、摩擦热较小且易散热。

碳纤维复合材料为非等方向性结构，其靠补强纤维材的走向决定材料结构强度与刚性。基材树脂间提供纤维间的结合力与受外力(Loading)时的传递功用。虽然树脂在复材结构决定强度力(F)几乎可被忽略，但当结构体因摩擦生热时，树脂基材因受热而软化，因软化而影响到复材结构体的刚性；更加严重的是，树脂因受热而破坏了纤维间的结合力乃至造成脱层、分离。当此两种结构材料分别被用于制造自行车轮框时，可显现的问题点必须针对材质特色撷取不同材料的优点回避其缺点，此种观念即“广义的复合材料”应用观念。

现有金属铝材自行车轮框因其材质受限于较重(铝材比重为2.7g/cm³，碳纤维复合材料比重为1.5-1.6g/cm³)且刚性较差。目前国际市场追求刚性性能产品的推陈出新，碳纤维复合材料应用于自行车轮框是市场一大热门，同时也是自行车零件碳纤维复合材料化的最后一项难题(自行车零件碳纤维复合材料化共分四大阶段：第一阶段-前叉与后叉；第二阶段-曲柄、座管与握把；第三阶段-三角车架；第四阶段-轮框)。将碳纤维复合材料结构体用于自行车轮框确实在实现“高性能产品”这一目标。例如：轻量化、高刚性化与可设计性造型等复材优点。但是，自行车零件在其它零件部位(前述第一、二、三阶段)很快都全球商品化并普及化，迄今为止，唯独第四阶段的自行车轮框在全球范围内无一成功产品，其根本原因在于煞车时，碳纤维复合材料结构体先天性无法抵抗摩擦生热，即产生的后遗症：第一、结构体Z轴层靠胶合，不像X、Y轴方向有补强纤维材，只要热度超过树脂基材的玻璃温度转换点(Tg)，材质即软化乃致破坏了胶结力。第二、当碳纤维复合材料结构体因温度提升，除了结构体软化刚性降低，自行车偏摆无法骑，更因结构表层脱离造成强度不够，发生断裂现象。另外，因碳纤维复合材料结构表面产生比金属材质更高的摩擦热又无法热传导散热，也是造成碳纤维复合材料自行车轮框无法成功商品化的原因。目前国际上引颈期盼的碳纤维复合材料自行车轮框还仅止于选手竞赛用车，拼速度少煞车，要性能暂能忍受摩擦热造成的困扰。解决办法以耐高温树脂或复材结构材料(如玻璃纤维、玄武岩纤维等提高耐磨及抗高温的性能需要)，其结果只有改善但永远无法解决先天性复合材料不耐磨与无法耐高温(煞车时可达250℃，一般复材树脂只耐110℃的玻璃温度转换点而已)。

因此要解决问题必须从根本的材料特点下手，并采用不同的创意制程达到预期的成功产品，在市场上已经有单独煞车部仍采用铝材质轮框，只是在内缘以碳纤维成型结合成一体的轮框，就是因为碳纤维复合材料结构体无法解决煞车产生的问题，所以只好保留金属材质。但碍于市场热衷于碳纤维自行车轮产品，以此设计推出市场，虽迎合了市场风潮却达不到性能要求，不但轮框无法轻量化、高刚性化，并且两种材质轮框也是胶合而成一结构体，因摩擦热而造成脱离的问题很多。总之，国际市场碳纤维复合材料自行车轮框至今仍然没有有效解决摩擦问题的产品推出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长的碳纤维复合材料轮框。

本发明首要解决的问题是，提供一种具有耐磨与易散热的碳纤维复合材料轮框。

本发明次要解决的问题是，提供保护皮膜与碳纤维复合材料轮框具有优异的分子密着力。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其包含有一个碳纤维轮框，其两侧分别形成一个煞车部，煞车部外侧形成一个外表面，该煞车部外表面上熔喷有一组保护皮膜，该保护皮膜具有一个结合于煞车部的散热铝膜以及一个结合于散热铝膜的隔热陶瓷层，该散热铝膜具有一个第一面以及一个第二面，该第一面通过熔喷结合于该煞车部的外表面而具有优异的分子密着力，使该散热铝膜能稳固地固定在该煞车部的外表面，该隔热陶瓷层具有一个结合面，该结合面通过熔喷结合于该散热铝膜的第二面而具有优异的分子密着力，使该隔热陶瓷层能稳固地固定在该散热铝膜的第二面。

其中该散热铝膜为铝合金粉末经熔喷后熔贴在煞车部，该隔热陶瓷层为陶瓷粉末经熔喷后熔贴在散热铝膜。

其中该碳纤维轮框还包括一个结合部，该结合部两端与该煞车部之间分别形成一个凸缘，该结合部能够承载轮胎。

其中该碳纤维轮框为管状型(Tubular Type)或夹钳型(Clincher Type)。

本发明还提供一种具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的制法，能够提供保护皮膜与碳纤维复合材料轮框间优异的分子密着力，其包含以下步骤：

1)备碳纤维轮框、铝合金粉末以及陶瓷材料；

2)利用熔喷制程将该铝合金粉末熔融状态下熔喷熔贴于该碳纤维轮框，形成散热铝膜；

3)利用熔喷制程将该陶瓷粉末熔融状态下熔喷熔贴于该散热铝膜，形成隔热陶瓷层。

其中该铝合金材料熔喷于该碳纤维轮框的煞车部，形成散热铝膜，该陶瓷材料熔喷于该散热铝膜外侧，形成隔热陶瓷层。

其中该铝合金材料以高温雾状颗粒熔喷于该碳纤维轮框，该陶瓷材料以高温雾状颗粒熔喷于该散热铝膜。或

其中该铝合金粉末以多次间断式熔喷于该碳纤维轮框，该陶瓷粉末以多次间断式熔喷于该散热铝膜。

本发明以“扩大了复合材料应用观念”结合了陶瓷耐磨及隔热优点，铝合金散热快速优点与碳纤维复合材料轻量化与高刚性特色，利用热压成型法成型碳纤维复合材料结构体，事后再以粉末熔喷方法，针对摩擦部位加以熔喷成一可靠结构体涂膜，恢复陶瓷耐磨及隔热，金属可热传导易散热的材质特色，达到充分的最高性能产品的要求。

附图说明

图1为本发明碳纤维轮框第一实施例夹钳型(Clincher Type)的立体外观图。

图2为本发明碳纤维轮框第一实施例的剖面示意图。

图3为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的制法的流程图。

图4为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的另一剖面示意图。

图5为本发明图4的局部放大图。

图6为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的熔喷示意图，表示煞车部外侧熔喷有一层散热铝膜。

图7为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的熔喷示意图，表示散热铝膜外侧熔喷有一层隔热陶瓷层。

图8为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框第一实施例的剖面示意图。

图9为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框煞车过程示意图。

图10为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的废热传递示意图。

图11为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框第二实施例的剖面示意图。

附图标记说明：1-具陶瓷煞车部的碳纤维轮框；10-碳纤维轮框；11-煞车部；111-外表面；12-结合部；13-凸缘；20-散热铝膜；21-第一面；22-第二面；30-隔热陶瓷层；31-结合面；32-摩擦面；A-保护皮膜；B-煞车片；H-废热。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

参照图1与图2，为本发明碳纤维轮框第一实施例的立体外观图与剖面示意图。

本实施例的碳纤维轮框10为夹钳型(Clincher Type)，该碳纤维轮框10包括两个煞车部11与一个结合部12，该煞车部11外侧形成一个外表面111，该结合部12的两端分别连接该煞车部11，该结合部12与该煞车部11结合处分别形成一个凸缘13，该结合部12能够承载轮胎。

同时参照图3，为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的制法的流程图。备碳纤维轮框、铝合金粉末以及陶瓷粉末→利用熔喷制程(Melt Spraying)将该铝合金粉末熔融状态下，以高温雾状颗粒熔喷熔贴于该碳纤维轮框煞车部，形成一层散热铝膜，再利用熔喷制程将陶瓷粉末熔融状态下，以高温雾状颗粒熔喷熔贴于该碳纤维轮框煞车部的散热铝膜外侧，形成一层隔热陶瓷层。

参照图4以及图5，本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其铝合金粉末的熔喷位置在于碳纤维轮框10煞车部11的外表面111，主要目的在于解决煞车过程中产生的高热对碳纤维轮框10所产生的危害，并进一步增加碳纤维轮框10的使用寿命。

参照图6，该铝合金粉末熔融状态下，可多次间断式以高温雾状颗粒熔喷，使铝合金粉末熔贴并沉积于该碳纤维轮框10煞车部11的外表面111，形成一层散热铝膜20，避免一次熔喷过多高温雾状颗粒，导致该碳纤维轮框10煞车部11因温度过高而受损。散热铝膜20具有一个第一面21以及一个第二面22，该散热铝膜20第一面21通过熔喷结合于该煞车部11的外表面111而具有优异的分子密着力，使散热铝膜20能稳固地固定在碳纤维轮框10煞车部11的外表面111。散热铝膜20更具有良好的散热特性，能将煞车时产生的热量迅速地分散递传至其它部位，避免碳纤维轮框10煞车部11因高温而受损。

参照图7，该陶瓷粉末熔融状态下，可多次间断式以高温雾状颗粒熔喷，使陶瓷粉末熔贴并沉积于该碳纤维轮框10煞车部11外侧的散热铝膜20，形成隔热陶瓷层30，避免一次熔喷过多高温雾状颗粒，导致该碳纤维轮框10煞车部11因温度过高而受损。隔热陶瓷层30具有一个结合面31以及一个摩擦面32，该隔热陶瓷层30结合面31通过熔喷结合于该散热铝膜20的第二面22而具有优异的分子密着力，使隔热陶瓷层30能稳固地固定在散热铝膜20的第二面22。隔热陶瓷层30具有耐高温且耐磨的特性，耐高温的特性使隔热陶瓷层30能承受煞车过程中所产生的高温，耐磨的特性使隔热陶瓷层30于煞车过程不易产生磨耗且不会发生脱层现象，有效增加使用寿命且易于维护。隔热陶瓷层30更具有隔热的特性，因此煞车过程所产生的热量就不会大量传入散热铝膜20，进而保护碳纤维轮框10免受高温毁损。

参照图8，为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框1第一实施例的剖面示意图。本实施例中该碳纤维轮框10的煞车部11以熔喷制程熔喷有一层散热铝膜20，并于散热铝膜20外侧熔喷有一层隔热陶瓷层30，散热铝膜20与隔热陶瓷层30依序熔喷于煞车部11后形成一组保护皮膜A。该保护皮膜A与该煞车部11具有优异的分子密着力，进一步让该碳纤维轮框10的煞车部11具有耐磨且易散热的优异性质。

参照图9以及图10，其表示煞车片B于煞车过程中夹抵煞车部11上的保护皮膜A以达到降低车辆速度的功效。根据本实施例，该隔热陶瓷层30的摩擦面32用以提供煞车片B夹抵，煞车片B夹抵该隔热陶瓷层30摩擦面32时会因摩擦而产生废热H，由于隔热陶瓷层30能承受高温且阻绝了大部份的废热H，其余小部份传入保护皮膜A的散热铝膜20的废热H也因散热铝膜20具有良好的散热特性，因此将废热H迅速的递传至四周，避免废热H集中于一点产生高温而破坏该碳纤维轮框10。

参照图11，为本发明具陶瓷煞车部的碳纤维轮框1第二实施例的剖面示意图。第二实施例的碳纤维轮框10为管状型(Tubular Type)，该碳纤维轮框10包括两个煞车部11与一个结合部12，该结合部12的两端分别连接该煞车部11，该煞车部11与该结合部12连接处分别形成一凸缘13，该结合部12能够承载轮胎。本实施例的熔喷材料以熔喷制程熔喷于该煞车部11，其熔喷的方式相同于第一实施例，在此不多作赘述。

本发明碳纤维轮框提供了以铝合金粉末利用熔喷制程以高温雾状颗粒熔喷于该碳纤维轮框的煞车部形成散热铝膜，另散热铝膜与碳纤维轮框具有优异的分子密着力；再将陶瓷粉末利用熔喷制程以高温雾状颗粒熔喷于散热铝膜外侧形成，令隔热陶瓷层与散热铝膜具有优异的分子密着力，达到具有保护皮膜的碳纤维轮框，因而具有耐磨与易散热的优异性质。

本发明以碳纤维轮框为主体结构，提供高性能需求的轻量化与高刚性化产品，同时亦迎合市场风行的碳纤维产品的需求。

且以铝合金粉末经熔喷方式，分多次喷雾熔贴并沉积在煞车部，形成一个结合于煞车部的散热铝膜，再以陶瓷粉末经熔喷方式，分多次喷雾熔贴并沉积在散热铝膜，形成一个结合于散热铝膜的隔热陶瓷层。

经熔喷的煞车部因采用高温雾状熔贴表面，因此散热铝膜与碳纤维轮框主体结构材结合致密，且隔热陶瓷层与散热铝膜结合致密。因铝合金材质具原金属材质的导热、散热特性，加上陶瓷材质具耐高温、耐磨以及隔热特性，使得碳纤维轮框不会因温度升高而产生刚性破坏或脱层等现象。

本发明以“扩大了复合材料应用观念”结合了陶瓷耐磨及隔热优点，铝合金散热快速优点与碳纤维复合材料轻量化与高刚性特色，利用热压成型法成型碳纤维复合材料结构体，事后再以粉末熔喷方法，针对摩擦部位加以熔喷成一可靠结构体涂膜，恢复陶瓷耐磨及隔热，金属可热传导易散热的材质特色，达到充分的最高性能产品的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其特征在于：包含有一个碳纤维轮框，其两侧分别形成一个煞车部，煞车部外侧形成一个外表面，该煞车部外表面上熔喷有一组保护皮膜，该保护皮膜具有一个结合于煞车部的散热铝膜以及一个结合于散热铝膜的隔热陶瓷层，该散热铝膜具有一个第一面以及一个第二面，该第一面通过熔喷结合于该煞车部的外表面而具有优异的分子密着力，使该散热铝膜能稳固地固定在该煞车部的外表面，该隔热陶瓷层具有一个结合面，该结合面通过熔喷结合于该散热铝膜的第二面而具有优异的分子密着力，使该隔热陶瓷层能稳固地固定在该散热铝膜的第二面。

2.如权利要求1所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其中该散热铝膜为铝合金粉末经熔喷后熔贴在煞车部。

3.如权利要求2所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其中该隔热陶瓷层为陶瓷粉末经熔喷后熔贴在散热铝膜外。

4.如权利要求1所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其中该碳纤维轮框包括一个结合部，该结合部两端与该煞车部之间分别形成一个凸缘，该结合部能够承载轮胎。

5.如权利要求1所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其中该碳纤维轮框为管状型。

6.如权利要求1所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框，其中该碳纤维轮框为夹钳型。

7.一种具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的制法，其包括以下步骤：

备碳纤维轮框、铝合金粉末以及陶瓷材料；

利用熔喷制程将该铝合金粉末熔融状态下熔喷熔贴于该碳纤维轮框，形成散热铝膜；

利用熔喷制程将该陶瓷粉末熔融状态下熔喷熔贴于该散热铝膜，形成隔热陶瓷层。

8.如权利要求7所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的制法，其中该铝合金材料熔喷于该碳纤维轮框的煞车部，形成散热铝膜，该陶瓷材料熔喷于该散热铝膜外侧，形成隔热陶瓷层。

9.如权利要求7所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的制法，其中该铝合金材料以高温雾状颗粒熔喷于该碳纤维轮框，该陶瓷材料以高温雾状颗粒熔喷于该散热铝膜。

10.如权利要求7所述的具陶瓷煞车部的碳纤维轮框的制法，其中该铝合金粉末以多次间断式熔喷于该碳纤维轮框，该陶瓷粉末以多次间断式熔喷于该散热铝膜。

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