CN104589662A - 碳纤维自行车部件的心模壳积层成型方法及其成型结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维自行车部件的心模壳积层成型方法及其成型结构，其主要是经心模壳成型步骤、心模壳表面积层步骤、加压成型步骤、加热固化步骤及成品完成步骤，制得一碳纤维自行车部件，该自行车部件的成型结构包括至少一为中空壳层结构且成形有至少二端口心模壳，以及一由含浸碳纤维布积层设于该心模壳外面构成的碳纤维层，令该碳纤维层的一接台面藉该含浸碳纤维布的含浸胶与该心模壳外面黏结，藉以达到免除普通碳纤维自行车部件制程中耗时费工的脱模步骤，有效缩短碳纤维自行车部件的制造时间。

Description

碳纤维自行车部件的心模壳积层成型方法及其成型结构

技术领域

本发明涉及碳纤维自行车部件的成型方法及其成型结构，特别是指一种无需脱模的心模壳积层成型方法及其成型结构。

背景技术

碳纤维制品具有质轻但兼具机械强度的特性，目前已广泛应用于自行车的车架、管件及其他部件等制品。请配合参阅图1所示，显示目前碳纤维自行车部件的成型方法，该方法步骤包括人工将含浸碳纤维布在心模表面卷绕成层的心模积层步骤S11，接着将心模及其表面碳纤维布一同置入成型模具中进行加压成型步骤S12以及加热固化步骤S13，待含浸碳纤维布硬化成形为碳纤维壳层后，再进行脱模步骤S14将碳纤维壳层内部的心模取出，最后在成品完成步骤S15中将碳纤维壳层略为加工修饰即得一碳纤维自行车部件成品。

其中，普通心模主要是由选自聚苯乙烯发泡材、聚氨脂发泡材或环氧发泡材等材料制成而表面不平整，导致心模表面与碳纤维布之间产生黏结而有脱模困难的问题。此外，上述普通碳纤维自行车部件成型方法中，脱模步骤S14亦需由人工执行，而心模的脱模困难度增加，将造成碳纤维自行车部件整体制程的时间拉长且增加成本，故目前已有诸多技术，藉心模结构及其制备方法改善普通心模脱膜困难的问题。例如，有业者提出在心模表面包覆保鲜膜后，再进行碳纤维布积层，以利用保鲜膜的滑顺特性降低心模取出的难度；然而，保鲜膜仍需由人工逐一包覆于各心模上，反而增加心模制程时间及人力成本支出。故，本发明申请人先前提出一种结合塑料射出成型及加热发泡成型技术制成的心模结构，如图2所示，在心模10本体11的不平整表面111形成一光滑层12，并使光滑层12内面122与本体11表面111形成连结，使心模10藉光滑层12外面121形成光滑表面以利脱模并得以快速量产。

前述心模为实心结构，另有如中国专利申请号200910006028.5的强化碳纤维自行车组件的成型方法，其主要是利用发泡材制作一中空薄壁形态且表面设有离形层的心模，将碳纤维材料绕设于该离形层表面并置入一气袋于该中空心模内部，用以充气后撑张定位该心模，接着对该碳纤维材料与该心模进行加温与加压，使该碳纤维材料硬化成型，取出该气袋，该中空薄壁心模则藉加热时收缩而与碳纤维壳层分离，或者，利用丁酮将心模溶解后移除，此时硬化成型后的碳纤维材料即成为该自行车组件。

应注意的是，由于自行车部件构形限制，碳纤维壳层成形后，心模必须被破坏才能取出，因此该些心模仅供单次使用，无法重复利用，且必须在进行心模积层步骤S11前，预先制备对应部件构形且数量充足的心模备用，因此，为了解决心模脱模困难的问题，另于心模表面设置保鲜膜、光滑层或离形层等辅助脱膜的层结构，不论以人工或以机械为之，部势必增加心模制备的时间及整体制程的成本支出；加上心模积层步骤S11亦必须经人工将碳纤维布卷绕于心模表面，普通制法中将碳纤维布全数以积层方式成型自行车部件，更突显出普通碳纤维自行车部件成型方法在制备时间及制程成本支出等，是有需要进一步改善的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种碳纤维自行车部件的心模壳积层成型方法及其成型结构，其主要是依照自行车部件的构形制备中空薄壳形态的心模壳，供将含浸碳纤维布卷绕积层于该心模壳表面形成一碳纤维层，且藉其含浸胶料与该心模壳表面胶合黏结成一体结构，藉以免除普通碳纤维自行车部件制程中耗时费工的脱模步骤，有效缩短碳纤维自行车部件的制造时间。

本发明所要解决的另一技术问题在于，碳纤维自行车部件透过上述成型方法及结构，由于该心模壳无需脱模取出，且心模壳表面以和碳纤维层产生黏结为较佳，不仅可免除加工形成光滑表面的工序，更可利用如铝材、碳纤维材料、工程塑料等塑形材料经锻压成型、模内成型或射出成型等制法达到快速量产，明显简化供含浸碳纤维布积层的心模制备流程及时间、成本支出。其中，当该心模壳是取材自碳纤维材料时，可以长纤碳纤维、短纤碳纤维、回收碳纤维或其混合组成的碳纤维材料进行制备，具有大幅减少心模壳制备材料成本支出的优势。

本发明所要解决的另一技术问题在于，碳纤维自行车部件透过上述成型方法及结构，使依照自行车部件构形预先硬化成形的心模壳形成部件的一部分，而得以做为该碳纤维层的支撑结构，不仅具有增加碳纤维自行车部件成品的结构强度及刚性的功效，同时具有节省碳纤维层卷绕积层时间的功效；又，该心模壳无需被破坏取出，更得以最大效率地发挥其支撑功效。

本发明所要解决的另一技术问题在于，碳纤维自行车部件透过上述成型方法及结构，该碳纤维自行车部件可因应同一自行车部件的不同形态结构，例如直管结构、三叉结构，而以一个心模壳构成完整自行车部件，或者由多个心模壳组成完整自行车部件，各该心模壳可进一步由二壳件对台组成，以增加心模壳制备的便利性并缩短制造时间。

本发明所要解决的另一技术问题在于，碳纤维自行车部件透过上述成型方法及结构，构成自行车部件的多个心模壳组接壳缘之间，以及构成心模壳的二该壳件对接壳缘之间，是得以在制备时预先成形凹凸结构或卡楣结构，藉以在为含浸碳纤维布卷绕固定前，提供初步定位结合的功效。

为解决上述问题，本发明所提供一种碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法，该方法步骤包括：心模壳成型步骤，利用塑形材料成型一个或多个中空薄层心模壳，各该心模壳具有至少二端口以及相对的一外面及一内面连接该至少二端口，令一自行车部件的构形由该一个心模壳或该多个心模壳构成；心模壳表面积层步骤，将含浸碳纤维布卷绕积层在该一个或该多个心模壳外面；加压成型步骤，将该心模壳及其外面的含浸碳纤维布加压成型为一定型体，且该自行车部件构形由该多个心模壳共同组成时，该多个心模壳端口处的组接壳缘之间为该含浸碳纤维布的含浸胶料渗入而胶合黏结；加热固化步骤，将该定型体加热以固化含浸碳纤维布形成一碳纤维层，且该碳纤维层的一接台面与该心模壳外面之间藉该碳纤维布的含浸胶料胶合黏结；成品完成步骤，待该定型体的含浸胶料固化后，制得一具心模壳积层结构的自行车部件成品。

另，本发明所提供一种碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构，包括：至少一心模壳，是中空壳层结构且成形有至少二端口，该二端口之间具有相对的一外面及一内面连接；一碳纤维层，是含浸碳纤维布积层设于该心模壳外面构成，且该碳纤维层的一接台面藉该含浸碳纤维布的含浸胶与该心模壳外面黏结。

附图说明

图1是普通碳纤维自行车部件的制法流程示意图。

图2是普通含浸碳纤维积层于实心心模的结构示意图。

图3是本发明碳纤维自行车部件的制法流程示意图。

图4是本发明制法制得的碳纤维自行车部件的结构剖视示意图。

图5是本发明制法中用于制造三叉结构的心模壳立体分解示意图。

图6是本发明制法中用于制造三叉结构的心模壳立体分解示意图。

附图标记说明

10是心模            211是接台壳缘

111是表面           12是光滑层

201是外面           202是内面

S11是心模积层步骤

S12是加压成型步骤

S13是加热固化步骤

S14是脱模步骤

S15是成品完成步骤

20是心模壳          201是壳件

202是壳件           203是端口

21是外面            22是内面

23是组接壳缘        24是对接壳缘

30是碳纤维层        31是接台面

20A是三叉部心模壳   20B是上管部心模壳

20C是下管部心模壳

S21是心模壳成型步骤

S22是心模壳表面积层步骤

S23是加压成型步骤

S24是加热固化步骤

S25是成品完成步骤

具体实施方式

请以图3的步骤流程图配合图4至6观之，说明本发明碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法及其成型结构。本发明碳纤维自行车部件的成型方法步骤主要包括：心模壳成型步骤S21、心模壳表面积层步骤S22、加压成型步骤S23、加热固化步骤S24及成品完成步骤S25。

如图4、5、6所示，本发明碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构包括至少一心模10及一碳纤维层30，该至少一心模壳20是中空薄壳层结构且成形有至少二端口203，该二端口203之间具有相对的一外面21及一内面22连接；该碳纤维层30是含浸碳纤维布积层设于该心模壳20外面21构成，且该碳纤维层30的一接台面31藉该含浸碳纤维布的含浸胶与该心模壳20外面201黏结。

于本实施例中，该心模壳20可视所需构形而一体成型或由二壳件201、202对台组成，如图4、5所示的前叉三叉部，为利于快速量产，该心模壳20主要由二壳件201、202对台组成，各该壳件201/202具有至少二组接壳缘23与至少二对接壳缘24间隔成形地连接该外面21及该内面22，令该二壳件201、202对台且外面21积层该含浸碳纤维布，该二壳件201、202的该组接壳缘23对台构成该心模壳20的该至少二端口203并连接该外面21及该内面22，且该二壳件201、202的对接壳缘24之间为该含浸碳纤维布的含浸胶料渗入而胶结。又，组成同一自行车部件的相邻二该心模壳20之间是以其组接壳缘23组接，且该二组接壳缘23之间为该含浸碳纤维布的含浸胶料渗入而胶结。

此外，该心模壳20的该二壳件201、202的对接壳缘24成形有凹凸结构(图未示)或卡楣结构(图未示)，供对台定位该二壳件201、202，且该心模壳20的组接壳缘23亦得以预成形有凹凸结构(图未示)或卡楣结构(图未示)，令组成同一自行车部件的相邻二该心模壳20的组接壳缘23藉该凹凸结构或该卡楣结构配合定位，以利于碳纤维布积层的进行。

以上所述即为本发明心模壳20与碳纤维层30的组态说明，至于本发明较佳实施例的成型方式及其功效，做以下说明。

所述心模壳成型步骤S21是利用塑形材料成型一个或多个中空薄层心模壳20，各该心模壳20具有至少二端口203以及相对的一外面21及一内面22连接该至少二端口203，令一自行车部件的构形由该一个心模壳20或该多个心模壳20构成。

于本步骤中，该塑形材料是指成型体表面易于和含浸碳纤维布胶合黏结且成型体具相当硬度的可塑形材料，例如选自铝材、碳纤维材料或工程塑料，其中，该铝材是经锻压成型制成该心模壳20，该碳纤维材料是经模内成型制成该心模壳20，且是选自长纤碳纤维、短纤碳纤维、回收碳纤维及/或其组合的碳纤维材料，该工程塑料则是经射出成型制成该心模壳20。

所述心模壳表面积层步骤S22是将含浸碳纤维布卷绕积层在该一个或该多个心模壳20外面21，藉以形成该碳纤维层30。于本步骤中，该由二壳件201、202对台组成的心模壳20或该多个心模壳20之间，是可经由在心模壳成型步骤S21中预成形凹凸结构或卡楣结构达到定位配合，亦得以在进行碳纤维积层之前，先将该二壳件201、202或该多个心模壳20之间经胶合定位，以利碳纤维布的卷绕。

所述加压成型步骤S23是将该心模壳20及其外面21的含浸碳纤维布加压成型为一定型体，且该自行车部件构形由该多个心模壳20共同组成时，该多个心模壳20端口203处的组接壳缘23之间为该含浸碳纤维布的含浸胶料渗入而胶合黏结。

所述加热固化步骤S24是将该定型体加热以固化含浸碳纤维布形成一碳纤维层30，且该碳纤维层30的一接台面31与该心模壳20外面21之间藉该碳纤维布的含浸胶料胶合黏结。

所述成品完成步骤S25是待该定型体的含浸胶料固化后，制得一具心模壳积层结构的自行车部件成品。

请复参阅图6所示，以该自行车部件前叉为例，进一步说明本发明心碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法及其成型结构。如图，该前叉主要具有四该心模壳20组成，定义该四心模壳20为一三叉部心模壳20A，一上管部心模壳20B以及二下管部心模壳20C，其中：

所述三叉部心模壳20A是成形有三该端口203的中空壳层结构，该三叉部心模壳20A具有二壳件201、202对台组成，各该壳件201/202具有三组接壳缘23与三对接壳缘24间隔成形地连接该外面21及该内面22，令该二壳件201、202以其对接壳缘24对台形成该三叉部心模壳20A；该上管部心模壳20B是成形有二该端口203的中空壳层结构，该上管部心模壳20B的各该端口203具有一组接壳缘23，令该上管部心模壳20B以其组接壳缘23与该三叉部心模壳20A的组接壳缘23组接。

所述下管部心模壳20C是成形有二该端口203的中空壳层结构，该下管部心模壳20C的各该端口203具有一组接壳缘23，令该下管部心模壳20C以其组接壳缘23与该三叉部心模壳20A的组接壳缘23组接；藉此，该碳纤维层30经该含浸碳纤维布卷绕积层于该三叉部心模壳20A、该上管部心模壳20B及该二下管部心模壳20C外面21，且该含浸碳纤维布经加压定型及加热固化后于该四心模壳20外面21形成具前叉构形的碳纤维层30结构。

综上所述，本发明透过上述碳纤维自行车部件成型方法及其成型结构，心模壳20与碳纤维层30结合成形一体结构具免除脱模导致的问题并节省碳纤维层30积层时间，有明显缩短碳纤维自行车制造时间的功效。又，免脱模的心模壳20可利用塑形材料甚至是回收碳纤维材料快速大量制备，且充份发挥其支撑功能，具有增加自行车部件结构强度及刚性的功效。藉此，本发明碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法及其成型结构不仅改善普通制法的缺失，且具有提高生产效率及经济效益的效果。

Claims (10)

1.一种碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法，其特征在于：所述方法步骤包括：

心模壳成型步骤，利用塑形材料成型一个或多个中空薄层心模壳，各该心模壳具有至少二端口以及相对的一外面及一内面连接该至少二端口，令一自行车部件的构形由一个心模壳或多个心模壳构成；

心模壳表面积层步骤，将含浸碳纤维布卷绕积层在该一个或该多个心模壳外面；

加压成型步骤，将所述心模壳及其外面的含浸碳纤维布加压成型为一定型体，且该自行车部件构形由该多个心模壳共同组成时，该多个心模壳端口处的组接壳缘之间为该含浸碳纤维布的含浸胶料渗入而胶合黏结；

加热固化步骤，将所述定型体加热以固化含浸碳纤维布形成一碳纤维层，且该碳纤维层的一接合面与该心模壳外面之间藉该碳纤维布的含浸胶料胶合黏结；

成品完成步骤，待所述定型体的含浸胶料固化后，制得一具心模壳积层结构的自行车部件成品。

2.如权利要求1所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法，其特征在于：所述心模壳成型步骤的塑形材料是选自铝材，该铝材是经锻压成型制成该心模壳。

3.如权利要求1所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法，其特征在于：所述心模壳成型步骤的塑形材料是选自长纤碳纤维、短纤碳纤维、回收碳纤维及/或其组合的碳纤维材料，且该碳纤维材料是经模内成型制成该心模壳。

4.如权利要求1所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层结构成型方法，其特征在于：所述心模壳成型步骤的塑形材料是选自工程塑料，该工程塑料是经射出成型制成该心模壳。

5.一种碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构，其特征在于：包括：

至少一心模壳，是中空壳层结构且成形有至少二端口，该二端口之间具有相对的一外面及一内面连接；

一碳纤维层，是含浸碳纤维布积层设于该心模壳外面构成，且该碳纤维层的一接合面藉该含浸碳纤维布的含浸胶与该心模壳外面黏结。

6.如权利要求5所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构，其特征在于：所述心模壳具有二壳件对合组成，各该壳件具有至少二组接壳缘与至少二对接壳缘间隔成形地连接该外面及该内面，令该二壳件对合且外面积层该含浸碳纤维布，该二壳件的组接壳缘对合构成心模壳的至少二端口，且该二壳件的对接壳缘之间为含浸碳纤维布的含浸胶料渗入而胶结。

7.如权利要求6所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构，其特征在于：所述心模壳的该二壳件的对接壳缘成形有凹凸结构，供对合定位该二壳件。

8.如权利要求6所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构，其特征在于：所述各心模壳于该至少二端口处成形有至少二组接壳缘连接所述外面及内面，令组成同一自行车部件的相邻两心模壳之间以其组接壳缘组接，且所述二个组接壳缘之间为含浸碳纤维布的含浸胶料渗入而胶结。

9.如权利要求8所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构，其特征在于：所述心模壳的组接壳缘是成形有凹凸结构，令组成同一自行车部件的相邻二个所述心模壳的组接壳缘藉该凹凸结构配合定位。

10.如权利要求5所述的碳纤维自行车部件的心模壳积层成型结构，所述自行车部件为一前叉且具有四该心模壳组成，定义该四心模壳为一三叉部心模壳，一上管部心模壳以及二下管部心模壳，其特征在于：

所述三叉部心模壳，是成形有三该端口的中空壳层结构，该三叉部心模壳具有二壳件对合组成，各该壳件具有三组接壳缘与三对接壳缘间隔成形地连接该外面及该内面，令该二壳件以其对接壳缘对合形成该三叉部心模壳；

所述上管部心模壳，是成形有二端口的中空壳层结构，该上管部心模壳的各该端口具有一组接壳缘，令该上管部心模壳以其组接壳缘与该三叉部心模壳的组接壳缘组接；

所述下管部心模壳，是成形有二端口的中空壳层结构，该下管部心模壳的各该端口具有一组接壳缘，令该下管部心模壳以其组接壳缘与该三叉部心模壳的组接壳缘组接；

所述碳纤维层，是经含浸碳纤维布卷绕积层于所述三叉部心模壳、上管部心模壳及二下管部心模壳外面，且所述含浸碳纤维布经加压定型及加热固化后于四心模壳外面形成具前叉构形的碳纤维层结构。