CN105038130A - 一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）、环氧树脂的改性：将环氧树脂、竹纤维及石蜡油混合均匀，加热加压，反应12~20小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺、聚甲基丙烯酰亚胺、偶联剂、甘油混合均匀，加热至60~80℃，搅拌2~5小时，得到混合物；（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。本发明制备得到的复合材料具有质轻、力学性能优异的特点，适于作为生产自行车轮框的材料使用，且制备方法简单易行，适于工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及运动器材材料领域，具体涉及一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法。
背景技术
现代的运动器材大多数是由复合材料制成的。复合材料是指由两相或两相以上材料复合在一起而形成的材料。现代广泛应用的复合材料多由各种高性能纤维作为增强相，与作为基体相的树脂复合而成。
自行车是一种结构简单、绿色环保的交通工具，自18世纪以来，经过不断的发展和变化，普及程度变化明显，自行车的种类越来越丰富，对其性能的要求也日益明显。传统的自行车材质为铁，比较重，不利于提高速度，人骑起来也比较累；后来逐步被铝合金给代替，自行车的重量明显减轻，但由于铝合金较软，安全性能达不到要求；现在，复合材料逐渐作为主要的材料用于自行车制造行业，但通常制备过程复杂，成本很高，且制得的复合材料一般很难同时具备质轻且力学性能优异的特点，尤其是用于自行车轮框的材料对力学性能要求更高，因此，对自行车轮框用复合材料的研究值得深入。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，制得的复合材料质轻、力学性能优异，且制备工艺工艺简单易行。
本发明的技术方案：
一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂30~50份、竹纤维5~10份及石蜡油30~40份混合均匀，加热加压，反应12~20小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺1~5份、聚甲基丙烯酰亚胺4~8份、偶联剂2~4份、甘油5~10份混合均匀，加热至60~80℃，搅拌2~5小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠3~5份，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
步骤（1）中，所述碱液为5~25wt%NaOH溶液。
步骤（1）中，所述加热加压的压力为120~160kPa，温度为160~180℃。
步骤（2）中，所述偶联剂为KH550偶联剂、KH560偶联剂、KH570偶联剂、KH792偶联剂中的一种或多种组合而成。
步骤（3）中，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm。
步骤（3）中，所述双螺杆挤出机的挤出条件为：一区温度110～115℃、二区温度120～130℃、三区温度120～125℃、四区温度110～120℃、五区温度120～130℃，螺杆转速为160～180rpm。
有益效果：
本发明制备得到的复合材料具有质轻、力学性能优异的特点，适于作为生产自行车轮框的材料使用，且制备方法简单易行，适于工业生产。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。
实施例1
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂30份、竹纤维5份及石蜡油30份混合均匀，在压力为120kPa下，加热至温度为180℃，反应20小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺1份、聚甲基丙烯酰亚胺4份、KH792偶联剂2份、甘油5份混合均匀，加热至60℃，搅拌5小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠3份，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，挤出条件为：一区温度112℃、二区温度125℃、三区温度122℃、四区温度115℃、五区温度125℃，螺杆转速为170rpm，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
实施例2
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂50份、竹纤维10份及石蜡油40份混合均匀，在压力为160kPa下，加热至温度为160℃，反应12小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺5份、聚甲基丙烯酰亚胺8份、KH792偶联剂4份、甘油10份混合均匀，加热至80℃，搅拌2小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠5份，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，挤出条件为：一区温度110℃、二区温度130℃、三区温度120℃、四区温度120℃、五区温度120℃，螺杆转速为180rpm，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
实施例3
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂40份、竹纤维8份及石蜡油35份混合均匀，在压力为140kPa下，加热至温度为170℃，反应16小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺3份、聚甲基丙烯酰亚胺6份、KH792偶联剂3份、甘油8份混合均匀，加热至70℃，搅拌3小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠4份，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，挤出条件为：一区温度115℃、二区温度120℃、三区温度125℃、四区温度110℃、五区温度130℃，螺杆转速为160rpm，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
对比例1
与实施例3的区别在于：未加入竹纤维。
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂40份及石蜡油35份混合均匀，在压力为140kPa下，加热至温度为170℃，反应16小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺3份、聚甲基丙烯酰亚胺6份、KH792偶联剂3份、甘油8份混合均匀，加热至70℃，搅拌3小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠4份，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，挤出条件为：一区温度115℃、二区温度120℃、三区温度125℃、四区温度110℃、五区温度130℃，螺杆转速为160rpm，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
对比例2
与实施例3的区别在于：未加入聚对苯二甲酰对苯二胺。
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂40份、竹纤维8份及石蜡油35份混合均匀，在压力为140kPa下，加热至温度为170℃，反应16小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚甲基丙烯酰亚胺6份、KH792偶联剂3份、甘油8份混合均匀，加热至70℃，搅拌3小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠4份，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，挤出条件为：一区温度115℃、二区温度120℃、三区温度125℃、四区温度110℃、五区温度130℃，螺杆转速为160rpm，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
对比例3
与实施例3的区别在于：未加入聚甲基丙烯酰亚胺。
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂40份、竹纤维8份及石蜡油35份混合均匀，在压力为140kPa下，加热至温度为170℃，反应16小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺3份、KH792偶联剂3份、甘油8份混合均匀，加热至70℃，搅拌3小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠4份，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，挤出条件为：一区温度115℃、二区温度120℃、三区温度125℃、四区温度110℃、五区温度130℃，螺杆转速为160rpm，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
性能测试
将实施例1~3及对比例1~3制得的复合材料进行密度、拉伸强度、拉伸模量、比强度、比模量的测试，结果见表1。
表1
。
从表1可以看出，本发明提供的复合材料具有较低的密度、较高的拉伸强度和比强度，质轻而耐用。其中，对比例1中由于没有加入竹纤维，导致力学性能下降，这可能是由于竹纤维具有较强的纤维结构，其与其他成分相互作用后，能产生较好的力学性能。对比例2及对比例3中，由于分别未加入聚对苯二甲酰对苯二胺和聚甲基丙烯酰亚胺，导致材料密度增高，可能是由于这两种材料能分别于改性环氧树脂交联，形成复杂的立体空间结构，降低了复合材料的密度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (6)
1.一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、环氧树脂的改性：按重量份计，将环氧树脂30~50份、竹纤维5~10份及石蜡油30~40份混合均匀，加热加压，反应12~20小时，然后用碱液洗涤，烘干，即得改性环氧树脂；
（2）、将步骤（1）制得的改性环氧树脂与聚对苯二甲酰对苯二胺1~5份、聚甲基丙烯酰亚胺4~8份、偶联剂2~4份、甘油5~10份混合均匀，加热至60~80℃，搅拌2~5小时，得到混合物；
（3）、向步骤（2）的混合物中加入空心玻璃微珠3~5份，搅拌均匀，送入双螺杆出机中挤出造粒，再对所得的粒料进行吹塑成型即可。
2.根据权利要求1所述的一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碱液为5~25wt%NaOH溶液。
3.根据权利要求1所述的一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述加热加压的压力为120~160kPa，温度为160~180℃。
4.根据权利要求1所述的一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述偶联剂为KH550偶联剂、KH560偶联剂、KH570偶联剂、KH792偶联剂中的一种或多种组合而成。
5.根据权利要求1所述的一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述空心玻璃微珠密度小于等于0.5g/cm3，粒径小于等于30μm。
6.根据权利要求1所述的一种自行车轮框用轻质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述双螺杆挤出机的挤出条件为：一区温度110～115℃、二区温度120～130℃、三区温度120～125℃、四区温度110～120℃、五区温度120～130℃，螺杆转速为160～180rpm。
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