CN103935091A - 热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层，其为多层结构，由若干位于轮圈主体外侧的隔热层及若干位于隔热层外的耐磨层构成；耐磨层及隔热层采用四环氧基的热固性树脂体系为基体材料，经模压成型工艺固化为一体；耐磨层采用碳纤维作为增强材料，隔热层采用玻璃纤维作为增强材料。该摩擦层采用多层次结构，不仅能承受高强度的摩擦，可耐200℃的高温，且还能将热量迅速的导离轮圈，具有力学强度高，耐摩擦性能及耐老化性能优异，综合性能稳定等特点。在保证轮圈整体的强度和韧性的前提下降低了其对耐热、耐磨性能的要求，大大降低轮圈本身的成本。
Description
技术领域
本发明属于树脂基复合材料自行车配件生产领域，特别涉及一种自行车轮圈摩擦层及其制备方法。
背景技术
自行车行业素有减轻一克重量就能增加一美元收入的说法，因此碳纤维在自行车中的应用成为一个必然的趋势。高性能碳纤维复合材料自行车在市场中的推广过程，可归纳为四个阶段：前、后叉阶段，座管、握把阶段，车架阶段，轮圈阶段。轮圈是碳纤维自行车所有零部件中，结构最复杂、性能要求最苛刻、成型工艺技术最难实现的一部分。
目前，国内外的设计公司对碳纤维复合材料山地车架的制造工艺取得了极大的进步，各种性能优异的车架层出不穷，使碳纤维复合材料的优越性得以充分体现。内地的碳纤维复合材料车架在近两年也取得较大进展，不管是车叉、车架、握把或者座管都达到了国家标准。但是在树脂基碳纤维自行车轮圈的制作方面还存在着很多问题，比如不耐摩擦；树脂Tg值较低，导致轮圈整体寿命较短；柔韧度不好，容易脆断等。如果通过提升车圈整体材料的耐摩擦耐热性能，会大大的增加整车的制造成本，阻碍了碳纤维自行车进入普通人家的脚步。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层及其制备方法，来克服树脂基碳纤维自行车轮圈制备工艺上的不足，为目前碳纤维复合自行车的生产应用开拓新的领域。
本发明为实现上述技术目的，采用以下技术方案：一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层，其特征在于：其为多层结构，由若干位于轮圈主体外侧的隔热层及若干位于隔热层外的耐磨层构成；所述的耐磨层及隔热层采用四环氧基的热固性树脂体系为基体材料，经模压成型工艺固化为一体；所述的耐磨层采用碳纤维作为增强材料，所述的隔热层采用玻璃纤维作为增强材料。
所述耐磨层及隔热层的基体材料由热固性树脂添加适量增韧剂制成，热固性树脂为4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂（AG-80）,增韧剂为聚醚酮（PEK）或二苯砜（DDS）或纳米碳化硅或微米硅藻土的一种或任意几种混合。
一种制备热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的制备方法，包括如下步骤：
（1）预浸料的制备：将热固性树脂原料加热成粘稠状，与增强体-碳纤维制成耐磨层预浸料，同理采用热固性树脂原料与增强体-玻璃纤维制成隔热层预浸料；
（2）模压成型：将若干层耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，放入与轮圈刹车面契合的模具中，将模具放入液压机中加热加压，最终通过模压工艺而成型。
（3）摩擦层的安装：在轮圈主体加工过程中或轮圈主体制作完毕后进行安装。
在所述的步骤（2）中，模具加热温度控制分为三个阶段，首先为预成型阶段，温度控制在180℃-190℃；然后为固化反应阶段，加压仓温度与固化反应速率有关，温度范围为210℃-220℃；最后为定型阶段，保证树脂固化完全，温度范围为250℃-260℃，固化完成后随液压机自然冷却。
所述的步骤（2）中，模具分为上、下两个模板，模具的尺寸和倾斜角度针对特定的轮圈规格；耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，先通过人工剪裁在EVA模型上贴附得到摩擦层的基本形状，然后将摩擦层从模型上取下，放入模具中经模压成型。
在所述的步骤（3）中，在轮圈主体加工过程中，先将成型的摩擦层贴合到轮圈主体的碳纤维预浸料上然后将两者固化到一起。
在所述的步骤（3）中，在轮圈主体制作完毕后，将成型的摩擦层利用胶黏剂粘贴到轮圈刹车面上，粘贴过程中应尽量保证与轮圈的贴合，并控制总体的厚度，随后要修正调节刹车副。
本发明具有以下有益效果：由于轮圈主体外设有肩负耐磨、耐热、隔热的摩擦层，从而可在保证轮圈整体的强度和韧性的前提下降低了其对耐热、耐磨性能的要求，大大降低轮圈本身的成本；而摩擦层由热固性树脂基体复合材料制成，采用多层次结构，不仅能承受高强度的摩擦，可耐200℃的高温，且还能将热量迅速的导离轮圈，具有力学强度高，耐摩擦性能及耐老化性能优异，综合性能稳定等特点。于此同时，本发明所公开的上述摩擦层的制备方法具有效率高，质量稳定，特别适合大规模生产等特点。
附图说明
图1为热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的结构示意图。
图2为热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层贴附结构示意图。
图中，1、耐磨层，2、隔热层，3、轮圈主体，4、摩擦层。
具体实施方式
参看图1、2所示，轮圈主体3外侧设有摩擦层4，摩擦层4由隔热层2及耐磨层1构成，耐磨层1是最耐磨的一层同时也肩负着导走热量的任务，隔热层2主要起到阻挡刹车产生的热量向轮圈主体3传导的作用。由于摩擦层4的存在，对于复合材料的轮圈主体3来说不需要太高的热性能和耐磨性能，可大大降低轮圈主体3本身的制作成本。
实施例一
以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将4层耐热层和2层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，将摩擦层贴合到自行车轮圈上，得到耐磨性能较好的产品。
实施例二
以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将3层耐热层和3层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，将摩擦层贴合到自行车轮圈上，得到兼顾耐磨性和较长使用寿命的产品。
实施例三
以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将2层耐热层和4层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，将摩擦层贴合到自行车轮圈上，得到较长使用寿命的产品。
实施例四
以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4,4'-二氨基二苯甲烷环（AG-80）树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将2层耐热层和2层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，将摩擦层贴合到自行车轮圈上，得到兼容性较好的产品，同时缩减了产品成本。
Claims (7)
1.一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层，其特征在于：其为多层结构，由若干位于轮圈主体外侧的隔热层及若干位于隔热层外的耐磨层构成；所述的耐磨层及隔热层采用四环氧基的热固性树脂体系为基体材料，经模压成型工艺固化为一体；所述的耐磨层采用碳纤维作为增强材料，所述的隔热层采用玻璃纤维作为增强材料。
2.根据权利要求书所述的一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层，其特征在于：所述耐磨层及隔热层的基体材料由热固性树脂添加适量增韧剂制成，热固性树脂为4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂（AG-80）,增韧剂为聚醚酮（PEK）或二苯砜（DDS）或纳米碳化硅或微米硅藻土的一种或任意几种混合。
3.一种制备权利要求1所述热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
1）预浸料的制备：将热固性树脂原料加热成粘稠状，与增强体-碳纤维制成耐磨层预浸料，同理采用热固性树脂原料与增强体-玻璃纤维制成隔热层预浸料；
2）模压成型：将若干层耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，放入与轮圈刹车面契合的模具中，将模具放入液压机中加热加压，最终通过模压工艺而成型；
3）摩擦层的安装：在轮圈主体加工过程中或轮圈主体制作完毕后进行安装。
4.根据权利要求3所述的热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，模具加热温度控制分为三个阶段，首先为预成型阶段，温度控制在180℃-190℃；然后为固化反应阶段，加压仓温度与固化反应速率有关，温度范围为210℃-220℃；最后为定型阶段，保证树脂固化完全，温度范围为250℃-260℃，固化完成后随液压机自然冷却。
5.根据权利要求3所述的热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，模具分为上、下两个模板，模具的尺寸和倾斜角度针对特定的轮圈规格；耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，先通过人工剪裁在EVA模型上贴附得到摩擦层的基本形状，然后将摩擦层从模型上取下，放入模具中经模压成型。
6.根据权利要求3所述的热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的制备方法，其特征在于：在所述的步骤（3）中，在轮圈主体加工过程中，先将成型的摩擦层贴合到轮圈主体的碳纤维预浸料上然后将两者固化到一起。
7.根据权利要求3所述的热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的制备方法，其特征在于：在所述的步骤（3）中，在轮圈主体制作完毕后，将成型的摩擦层利用胶黏剂粘贴到轮圈刹车面上，粘贴过程中应尽量保证与轮圈的贴合，并控制总体的厚度，随后要修正调节刹车副。
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2014
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