CN103659989A - 一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法，包括以下步骤：首先选取毛竹，接着将竹子进行刨削加工，然后进行防腐，紧接着进行蒸煮，干燥和漂白，然后再进行涂胶及组坯，接着热压胶合，紧接着进行砂光，然后用环保清油喷饰，最后再利用竹压板材制作各个部件再进行组装。采用本发明技术方案，不仅自行车稳定性更好，而且还减轻自行车的重量，同样整体强度得到提高；自行车更加坚固，为安全使用提供了保障；产品及制造方法经济实用，经济效益和社会效益显著，因而有利于推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及自行车生产技术研究领域，具体的涉及一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法。
背景技术
自行车作为一种传统的交通工具很早以前就得到了广泛推广和普及，但随着社会经济的迅猛发展，生活水平的不断提高，尤其科学技术的不断进步，人们越来越多选择飞机、汽车、地铁等现代交通工具和公共交通设施，自行车作为人们日常出行工具的作用在逐步减弱。然而这些年因温室效应所引发的极端天气陡然增多，地震，海啸，暴雨，干旱等自然灾害频频发生，对地球的生态平衡造成严重破坏，这已经引起人们的警惕和关注。人类开始思考人与自然地和谐发展。此外，随着环境污染的加剧和各种疾病的困扰，人们的环保意识以及健身意识也在不断提高，自行车运动作为一种绿色、阳光运动又重新回到了人们的生活中并受到了更加广泛的亲睐。自行车已经不再是单纯的交通工具了，而是被赋予了环保和健康的概念，自行车部件材质也经历了由碳钢合金到碳纤维质的的发展。在人们普遍注重节能、环保的时代，一种新型绿色环保竹压板材自行车技术和市场逐步成熟。
自行车的关键结构趋于简单且已近成熟，为了满足牢固，轻质，经济，环保等方面的要求，关键要在材质的选择和加工生产方法上进行创新。传统自行车管架多为金属材质，从早先的碳钢合金发展到现在的碳纤维材质等等，但这些材料均利用不可再生资源，高污染、高排放，容易造成环境污染等问题。竹子作为一种可再生的天然资源，其本身具有高硬度、高韧度，抗压、抗拉和轻质等特点，并且材料很容易得到，便于加工和利于环保。将竹材通过不同工艺成型，运用到现代自行车中能够产生巨大的社会和经济效益。当前以竹子为材料生产自行车管架部件，通常是将原生态的竹子经过碳化的简单处理或将轻质的材质注入竹管中，再利用金属件在结合处进行连接固定。此种部件选材困难，很难根据市场要求进行复杂几何加工变形，不利于产品普及和推广。
发明内容
为克服现有材料和工艺的不足，本发明提供一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法，以自行车的车架为例，包括以下步骤：
1、一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法，以自行车的车架为例，包括以下步骤：
1)选取竹龄为4年左右的毛竹，毛竹是根部粗、顶部细。将竹筒按照壁厚程度区分，截成规定长度。再将原竹冲成规则的竹条。
2)干燥后的竹条需经四面刨进行四面精细刨削，刨去残留竹青、竹黄和粗刨留下的刀痕等，这样的处理后竹条与竹条才能胶合得很牢固，无裂缝，不开裂，不分层。
3)竹材的化学成分与木材基本相同，主要是纤维素、半纤维素、木质素和抽提物质。但竹材含有的蛋白质、糖类、淀粉类、脂肪和蜡质比木材多，在温湿度适宜的情况下，易遭虫、菌类的侵蚀，因此竹条在粗刨后需进行蒸煮处理。
4)蒸煮处理后的竹片的含水率超过82.5％，达到饱和状态。竹材的含水率高低直接影响着竹材加工后的成品尺寸和形状的稳定性，为了保证竹板产品的质量，用于加工的竹材原料在胶合之前需进行充分干燥。本竹板用温度95℃双氧水漂白，根具不同的壁厚漂白时间不同。4-6mm3.5小时，6-9mm4小时。
5)涂胶及组坯：选优质的环保型胶粘剂，按规定涂胶量涂胶并涂均匀，再按所需规格将竹条组坯。
6)热压胶合：热压是关键工序，在规定的压力、温度和时间下，将板坯胶合成坯板，竹条表面光洁度、胶粘剂和热压条件对竹材的胶合强度影响很大。
7)砂光，对坯板表面进行处理，使表面光滑，并对素板定厚。
8)为了水分不侵入竹压板材，并使板面有防污染、耐磨、装饰等性能，竹板需进行涂饰处理。一般经2-3次环保清油喷饰。
9)将根据自行车的上管，下管，座管，立管，头管，五通，前叉，竖杆，后叉片，后上叉，后下叉，握把，把立的形状和规格用竹压板材制作成型。
10)在各部件的榫头和榫口涂上胶合剂再对各个部件的榫卯结构进行组装，将毛榫插入榫头，榫口的孔中。组装完成即可。
进一步的，竹材的组成和木材相似，组成竹材的主要成分有纤维素，半纤维素，木质素，并含有少量的蛋白质类，脂肪类和各种糖类；竹材一般比木材含有较多的营养物质，其中蛋白质为1.43-5.23％，糖类为2.15％左右，淀粉为2.02-5.01％，脂肪和蜡质为2.50-4.04％，这些有机物质是一些细菌和昆虫的营养物质；在制成竹压板材之前对原生态竹子进行高温法、浸水法，蒸煮法，碳化法可去除竹子中含有的蛋白质，糖类等并除去竹子内的细菌及昆虫以免受到虫蛀。
进一步的，竹压板材在使用过程中还会出现开裂现象，为此我们对在制成竹压板材之前的竹材进行加压法和高频电场法来使得竹纤维形成一个密集体，开裂得以控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的竹压板材自行车管架部件：部分采用管状结构，如上管，下管，座管，立管，握把都是管状，中间是空心结构，利用的是空心杆原理。空心杆不仅能够使得自行车稳定性更好，而且还减轻自行车的重量，同样自行车的整体强度得到提高；对于自行车的管件，他们的衔接方式是利用榫卯结构，并借助毛榫插入榫口榫头处以三角形排列的孔中，这样可以使得自行车更加坚固，为安全使用提供了保障；产品及制造方法经济实用，经济效益和社会效益显著，因而有利于推广和应用。
本发明原理：
本发明的竹压板材自行车管架部件：部分采用管状结构，如上管，下管，座管，立管，握把都是管状，中间是空心结构，利用的是空心杆原理。
根据材料力学的弯曲强度理论，弯曲正应力是控制强度的主要因素，弯曲强度条件
σmax＝Mmax/W≤[σ]
因此，要提高杆的强度，除了合理安排受力，降低Mmax的数据以外，主要是采用合理的截面形状，尽量提高抗弯截面模量W的数据，充分利用材料，实心圆杆截面和空心圆杆截面的抗弯截面模量分别是
W实＝(1/32)∏ d3 
式中，d是实心杆直径，D是空心杆外径，D1是空心杆内径，
为空心杆内，外径比值，当空心杆和实心杆的截面面积相同时
(1/4)∏ d2＝(1/4)∏(D2-D1 2)
或
d＝√(D2-D1 2)
则
因此，空心圆杆截面的抗弯强度比同样截面积的实心杆要大。
从P1j＝(∏2EI)/(μ1)2看出，截面的惯性距I越大，则临界压力Plj越大。
空心的环形截面同实心圆截面比较，若二者截面积相同，空心杆的稳定性较实心杆大得多。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1为自行车车架示意图。
图中标号说明：1、座管，2、后上叉，3、后叉片，4、后下叉，5、五通，6、前叉，7、头管，8、竖杆，9、握把，10、把立，11、上管，12、立管。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法，以自行车的车架为例，包括以下步骤：
1)选取竹龄为4年左右的毛竹，毛竹是根部粗、顶部细。将竹筒按照壁厚程度区分，截成规定长度。再将原竹冲成规则的竹条。
2)干燥后的竹条需经四面刨进行四面精细刨削，刨去残留竹青、竹黄和粗刨留下的刀痕等，这样的处理后竹条与竹条才能胶合得很牢固，无裂缝，不开裂，不分层。
3)竹材的化学成分与木材基本相同，主要是纤维素、半纤维素、木质素和抽提物质。但竹材含有的蛋白质、糖类、淀粉类、脂肪和蜡质比木材多，在温湿度适宜的情况下，易遭虫、菌类的侵蚀，因此竹条在粗刨后需进行蒸煮处理。
4)蒸煮处理后的竹片的含水率超过82.5％，达到饱和状态。竹材的含水率高低直接影响着竹材加工后的成品尺寸和形状的稳定性，为了保证竹板产品的质量，用于加工的竹材原料在胶合之前需进行充分干燥。本竹板用温度95℃双氧水漂白，根具不同的壁厚漂白时间不同。4-6mm3.5小时，6-9mm4小时。
5)涂胶及组坯：选优质的环保型胶粘剂，按规定涂胶量涂胶并涂均匀，再按所需规格将竹条组坯。
6)热压胶合：热压是关键工序，在规定的压力、温度和时间下，将板坯胶合成坯板，竹条表面光洁度、胶粘剂和热压条件对竹材的胶合强度影响很大。
7)砂光，对坯板表面进行处理，使表面光滑，并对素板定厚。
8)为了水分不侵入竹压板材，并使板面有防污染、耐磨、装饰等性能，竹板需进行涂饰处理。一般经2-3次环保清油喷饰。
9)将根据自行车的上管，下管，座管，立管，头管，五通，前叉，竖杆，后叉片，后上叉，后下叉，握把，把立的形状和规格用竹压板材制作成型。
10)在各部件的榫头和榫口涂上胶合剂再对各个部件的榫卯结构进行组装，将毛榫插入榫头，榫口的孔中。组装完成即可。
进一步的，竹材的组成和木材相似，组成竹材的主要成分有纤维素，半纤维素，木质素，并含有少量的蛋白质类，脂肪类和各种糖类；竹材一般比木材含有较多的营养物质，其中蛋白质为1.43-5.23％，糖类为2.15％左右，淀粉为2.02-5.01％，脂肪和蜡质为2.50-4.04％，这些有机物质是一些细菌和昆虫的营养物质；在制成竹压板材之前对原生态竹子进行高温法、浸水法，蒸煮法，碳化法可去除竹子中含有的蛋白质，糖类等并除去竹子内的细菌及昆虫以免受到虫蛀。
进一步的，竹压板材在使用过程中还会出现开裂现象，为此我们对在制成竹压板材之前的竹材进行加压法和高频电场法来使得竹纤维形成一个密集体，开裂得以控制。
实施例：
根据自行车的上管11，座管1，后上叉2，后叉片3，后下叉4，五通5，头管8，前叉7，竖杆8，握把9，把立10，上管11，立管12的形状和规格由竹压板材制作而成；其中后叉片3和后上叉9，后下叉4的连接处利用榫卯结构，后上叉2与立管12连接处亦利用榫卯结构，后下叉4与五通5也利用榫卯结构进行连接，另一端立管12和5五通亦以榫卯结构连接。立管12与上管11的连接处也留有榫卯；上管11和头管7结合处也用榫卯结构连接。此自行车的前叉6和竖杆8为一个整体，竖杆8的尺寸应与头管7的中空尺寸相吻合；把立10和握把9，竖杆8在交界处也用了榫卯结构。最后的座管1与立管12进行连接，用金属件进行固定。所有榫卯结构的榫口榫头处都有三个呈三角形排列的小孔用毛榫插入小孔中，以固定榫头榫口的结构，并且所有的榫头榫口都进行喷涂工艺处理；后叉片3和五通5利用竹压重竹为材质(根据需要进行喷涂工艺处理以加强后叉片与五通的强度。)。
利用竹压板材自行车管架部件可以在很大程度上减少了自行车的重量而且能够使自行车更加坚固，环保。
为了对竹压板材的材性进行增强与改良，我们对在制成竹压板材之前的竹材运用蜡处理法，硫磺及紫外线处理法。经过我们研究表明：硫磺及紫外线处理的竹材效果
本发明挑选的原材料---毛竹，其竹龄在3-4年，据我们研究分析得出，3-4年毛竹的灰分为1.23％，冷水抽出物为3.55％，热水抽出物为5.64％，聚戊糖为20.21％，木素为25.32％，综纤维素为79.35％，纤维素含量随着竹龄增加而减少，竹子3-4年生时的竹纤维含量基本趋于稳定。
竹压板材的各项参数指标及规格都是需要进行严格的控制：
| 密度 | 1.52g/cm3 |
| 硬度 | 160MPA |
| 静曲强度 | 185-220MPA |
| 顺纹抗拉 | 220-240MPA |
| 抗拉强度 | 200-220MPA |
| 抗弯强度 | 130-150MPA |
| 冲击强度 | 110kg/cm3 |
| 吸水率厚度膨胀率(24h) | 0.65％ |
| 干燥系数 | 0.25％ |
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法，以自行车的车架为例，包括以下步骤：
1)选取竹龄为4年左右的毛竹，毛竹是根部粗、顶部细。将竹筒按照壁厚程度区分，截成规定长度。再将原竹冲成规则的竹条。
2)干燥后的竹条需经四面刨进行四面精细刨削，刨去残留竹青、竹黄和粗刨留下的刀痕等，这样的处理后竹条与竹条才能胶合得很牢固，无裂缝，不开裂，不分层。
3)竹材的化学成分与木材基本相同，主要是纤维素、半纤维素、木质素和抽提物质。但竹材含有的蛋白质、糖类、淀粉类、脂肪和蜡质比木材多，在温湿度适宜的情况下，易遭虫、菌类的侵蚀，因此竹条在粗刨后需进行蒸煮处理。
4)蒸煮处理后的竹片的含水率超过82.5％，达到饱和状态。竹材的含水率高低直接影响着竹材加工后的成品尺寸和形状的稳定性，为了保证竹板产品的质量，用于加工的竹材原料在胶合之前需进行充分干燥。本竹板用温度95℃双氧水漂白，根具不同的壁厚漂白时间不同。4-6mm3.5小时，6-9mm4小时。
5)涂胶及组坯：选优质的环保型胶粘剂，按规定涂胶量涂胶并涂均匀，再按所需规格将竹条组坯。
6)热压胶合：热压是关键工序，在规定的压力、温度和时间下，将板坯胶合成坯板，竹条表面光洁度、胶粘剂和热压条件对竹材的胶合强度影响很大。
7)砂光，对坯板表面进行处理，使表面光滑，并对素板定厚。
8)为了水分不侵入竹压板材，并使板面有防污染、耐磨、装饰等性能，竹板需进行涂饰处理。一般经2-3次环保清油喷饰。
9)将根据自行车的上管，下管，座管，立管，头管，五通，前叉，竖杆，后叉片，后上叉，后下叉，握把，把立的形状和规格用竹压板材制作成型。
10)在各部件的榫头和榫口涂上胶合剂再对各个部件的榫卯结构进行组装，将毛榫插入榫头，榫口的孔中。组装完成即可。
2.根据权利要求1所述的新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法，其特征在于：竹材的组成和木材相似，组成竹材的主要成分有纤维素，半纤维素，木质素，并含有少量的蛋白质类，脂肪类和各种糖类；竹材一般比木材含有较多的营养物质，其中蛋白质为1.43-5.23％，糖类为2.15％左右，淀粉为2.02-5.01％，脂肪和蜡质为2.50-4.04％，这些有机物质是一些细菌和昆虫的营养物质；在制成竹压板材之前对原生态竹子进行高温法、浸水法，蒸煮法，碳化法可去除竹子中含有的蛋白质，糖类等并除去竹子内的细菌及昆虫以免受到虫蛀。
3.根据权利要求1所述的新型节能环保竹压板材自行车管架部件的制造方法，其特征在于：竹压板材在使用过程中还会出现开裂现象，为此我们对在制成竹压板材之前的竹材进行加压法和高频电场法来使得竹纤维形成一个密集体，开裂得以控制。
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