CN105037988A - 一种质轻性韧自行车车架材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种质轻性韧自行车车架材料及其制备方法，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝12~26份、碳纤维12~28份、纳米二氧化硅8~25份、聚碳酸酯9~18份、聚酰胺7~16份、硼纤维8~20份、碳化钢纤维18~40份、聚苯乙烯6~19份、甲基二异氰酸酯6~14份、聚醚醚酮纤维7~14份。与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）本发明制得的自行车车架材料轻质，且韧性较高，使用寿民较长；（2）本发明制得的自行车车架材料生产成本低，价格便宜。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造自行车车架的方法，尤其涉及一种质轻性韧自行车车架材料及其制备方法。
背景技术
自行车是一种常见的代步工具，如何生产出安全、轻便、环保、价格合适的自行车车架一直是决定该行业发展的一个重要问题。用于制造自行车车架的材料主要有以下几种：铝合金、钛铝合金、碳纤维。其中铝合金由于弹性率及刚性低的问题，因此必须经过热处理，否则强度不够，而一般规模的工厂无能力购买热处理设备。而钛铝合金作为自行车车架用材也具有一定不足，钛合金价格过高，且其在自然界中以二氧化钛的形式存在，提炼和加工过程较为复杂，技术要求高，且需要花费较多时间，因此成本相对较高；此外，钛合金溶解及加工极为困难，因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触后马上变成二氧化钛，而二氧化钛硬而脆，该部分的强度会不断下降。因此需用惰性气体小心焊接，因此使得钛合金的车架材料成本大大提高。近年来，碳纤维材料因其质轻且抗冲击性良好而被广泛应用于户外运动的自行车生产中，但其价格昂贵程度较钛合金而言有过之而不及，因此限制了其生产和销量。
此外，现有技术中采用增强复合材料来替代上述材料来生产自行车车架，其具有比强度高、比刚度大、材料性能可设计、成型成本低等一系列优点。常见的有玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、劳伦纤维增强复合材料等。与现有技术相比，增强复合材料具有多种优点，如：密度小，可有效降低车辆自身重量；弹性好，可有效吸收骑行中的振动和噪音；易成型；美观。但是增强复合材料也存在不足，如脆性高，因而韧性不好。
发明内容
本发明解决的技术问题：为了获得一种轻质、韧性好的自行车车架材料，本发明提供了一种质轻性韧自行车车架材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种质轻性韧自行车车架材料，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝12~26份、碳纤维12~28份、纳米二氧化硅8~25份、聚碳酸酯9~18份、聚酰胺7~16份、硼纤维8~20份、碳化钢纤维18~40份、聚苯乙烯6~19份、甲基二异氰酸酯6~14份、聚醚醚酮纤维7~14份。
作为本发明的一种优选方案，所述一种质轻性韧自行车车架材料主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝19份、碳纤维21份、纳米二氧化硅18份、聚碳酸酯13份、聚酰胺11份、硼纤维16份、碳化钢纤维34份、聚苯乙烯15份、甲基二异氰酸酯9份、聚醚醚酮纤维11份。
一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，包含以下步骤：
（1）将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为330~440℃，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1；
（2）将步骤（1）获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为纬纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至270~440℃，热压成型后制成车架材料外表层；
（3）将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在2.6~4.8MPa、430~590℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2；
（4）将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在2.6~4.8MPa、430~590℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3；
（5）将混合纤维2作为经纱、混合纤维3作为纬纱，在真空条件下压制成型，制成车架材料内层；
（6）将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至460~770℃后送入热压机中加工成型。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（1）中将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为430℃，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（2）中将步骤（1）获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为纬纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至410℃，热压成型后制成车架材料外表层。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（3）中将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在4.5MPa、556℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（4）中将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在4.6MPa、565℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（6）中将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至740℃后送入热压机中加工成型。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明制得的自行车车架材料轻质，且韧性较高，使用寿民较长；
（2）本发明制得的自行车车架材料生产成本低，价格便宜。
具体实施方式
实施例1
一种质轻性韧自行车车架材料，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝12份、碳纤维12份、纳米二氧化硅8份、聚碳酸酯9份、聚酰胺7份、硼纤维8份、碳化钢纤维18份、聚苯乙烯6份、甲基二异氰酸酯6份、聚醚醚酮纤维7份。
一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，包含以下步骤：
（1）将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为330℃，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1；
（2）将步骤（1）获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为纬纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至270℃，热压成型后制成车架材料外表层；
（3）将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在2.6MPa、430℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2；
（4）将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在2.6MPa、430℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3；
（5）将混合纤维2作为经纱、混合纤维3作为纬纱，在真空条件下压制成型，制成车架材料内层；
（6）将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至460℃后送入热压机中加工成型。
实施例2
一种质轻性韧自行车车架材料，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝19份、碳纤维21份、纳米二氧化硅18份、聚碳酸酯13份、聚酰胺11份、硼纤维16份、碳化钢纤维34份、聚苯乙烯15份、甲基二异氰酸酯9份、聚醚醚酮纤维11份。
一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，包含以下步骤：
（1）将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为430℃，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1；
（2）将步骤（1）获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为纬纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至410℃，热压成型后制成车架材料外表层；
（3）将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在4.5MPa、556℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2；
（4）将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在4.6MPa、565℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3；
（5）将混合纤维2作为经纱、混合纤维3作为纬纱，在真空条件下压制成型，制成车架材料内层；
（6）将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至740℃后送入热压机中加工成型。
实施例3：
一种质轻性韧自行车车架材料，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝26份、碳纤维28份、纳米二氧化硅25份、聚碳酸酯18份、聚酰胺16份、硼纤维20份、碳化钢纤维40份、聚苯乙烯19份、甲基二异氰酸酯14份、聚醚醚酮纤维14份。
一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，包含以下步骤：
（1）将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为440℃，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1；
（2）将步骤（1）获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为纬纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至440℃，热压成型后制成车架材料外表层；
（3）将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在4.8MPa、590℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2；
（4）将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在4.8MPa、590℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3；
（5）将混合纤维2作为经纱、混合纤维3作为纬纱，在真空条件下压制成型，制成车架材料内层；
（6）将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至770℃后送入热压机中加工成型。
对实施例1～3制备获得的自行车车架材料进行检测，结果如下表所示：
Claims (8)
1.一种质轻性韧自行车车架材料，其特征在于，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝12~26份、碳纤维12~28份、纳米二氧化硅8~25份、聚碳酸酯9~18份、聚酰胺7~16份、硼纤维8~20份、碳化钢纤维18~40份、聚苯乙烯6~19份、甲基二异氰酸酯6~14份、聚醚醚酮纤维7~14份。
2.根据权利要求1所述的一种质轻性韧自行车车架材料，其特征在于，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝19份、碳纤维21份、纳米二氧化硅18份、聚碳酸酯13份、聚酰胺11份、硼纤维16份、碳化钢纤维34份、聚苯乙烯15份、甲基二异氰酸酯9份、聚醚醚酮纤维11份。
3.权利要求1所述的一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为330~440℃，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1；
（2）将步骤（1）获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为纬纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至270~440℃，热压成型后制成车架材料外表层；
（3）将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在2.6~4.8MPa、430~590℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2；
（4）将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在2.6~4.8MPa、430~590℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3；
（5）将混合纤维2作为经纱、混合纤维3作为纬纱，在真空条件下压制成型，制成车架材料内层；
（6）将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至460~770℃后送入热压机中加工成型。
4.根据权利要求3所述一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为430℃，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1。
5.根据权利要求3所述一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中将步骤（1）获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为纬纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至410℃，热压成型后制成车架材料外表层。
6.根据权利要求3所述一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在4.5MPa、556℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2。
7.根据权利要求3所述一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在4.6MPa、565℃条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3。
8.根据权利要求3所述一种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至740℃后送入热压机中加工成型。
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