CN107719008A - 复合碳纤维轮框的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合碳纤维轮框的制造方法，该制造方法主要包含卷纱步骤、裁切步骤、折边步骤、组合步骤及定型步骤，其中卷纱步骤是将纱卷轮上的碳纤维纱持续卷绕于一心轴上，使碳纤维纱以预设的角度呈交错叠置的型态缠绕心轴表面，而于心轴上形成含有粘结剂的中空碳纤维管，再经裁切步骤、折边步骤、组合步骤及定型步骤，即可制造出复合碳纤维轮框，该轮框具有高强度及质轻的特性，且可大量生产相同内径的轮框，但轮框的厚度及宽度均可依需求而作变化，使制程更具多样化，再者，本发明的制造方法更可避免人工作业的耗时、品质无法控制的问题。

Description

复合碳纤维轮框的制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合碳纤维轮框的制造方法，尤指一种可生产复合碳纤维轮框的制造方法。

背景技术

自行车除了为交通工具外，骑乘时同时具备健身运动的功效，为符合不同消费者的需求，目前业者所开发的自行车等级差距相当大，有的以换档功能为诉求，另有部分型式的自行车则以质轻、强度佳为考虑，因此即有材料研发业者不断为自行车的车架、组件及零配件开发适合的材料。

以轮框来论，从早期的钢材质到铝材质，即是质轻为考虑，而近年来甚为风行的碳纤维轮框，更是看中碳纤维具备比铝材质轻，强度比钢材质大的特性，而在碳纤维纱其细度比头发还小的情况下，即可利用编织方式形成素材，甚至可与其他高强度或不同特性的材料配合形成复合材料，因此利用这些复合碳纤维材料，即可制造出质轻、高强度的轮框。

目前复合碳纤维轮框的制造方式，是通过碳纤维纱编织成碳纤维预浸布，而后将设定的圆形轮框划分为数个区段，并依所需的碳纤维预浸布层数，分区段地一层一层地贴合于轮框内模的外表面，而于层层相叠时，并依设定的强度，使每层预浸布的纱线方向呈特定的交错状态，以达到设计的轮框强度值；当完成碳纤维预浸布的贴合程序后，再置入外模的模具中，通过内模装置与外模装置同时加热及加压程序，使各层的碳纤维预浸布贴合并定型，即可形成质轻且高强度的轮框。

上述即为现今复合碳纤维轮框主要的制造方法，而近年来虽有业者不断地进行研发改进，然大多是针对碳纤维预浸布的编织方式、预浸布的粘结剂或模具的结构作改进，以层层相叠的碳纤维预浸布作为轮框素材的制造方式均未改变，也从未有业者思及，以此方式所制造出的轮框会产生什么样的顾虑；若以复合碳纤维轮框所须考虑的几种破坏因素来考虑，胎压、骑乘者的重量、剎车时产生摩擦高温等等，分区段并以层层相叠的预浸布作为轮框素材的制造方法均与破坏因素有直接的关系，而存在以下的问题：

1.因各区段及各层的预浸布是以贴合方式而在加热后硬化成一体，因此在各区域的衔接处及各层间贴合的接触面积处，仅通过粘结剂形成胶合而导致结合强度并不佳，而粘结剂在高温下容易产生变化，在热胀冷缩及胎压、骑乘者重量的多重因素下，即会对轮框产生破坏。

2.因各区段及各层的预浸布之间的衔接处，均会形成整个轮框强度的弱点，倘若，在贴合过程中，各区段间或各层碳纤维预浸布之间有残留空气时，上述状况下所产生的破坏力更加显著。

3.目前碳纤维预浸布的贴附均为人工作业，故不仅各预浸布的贴附位置难以精控，且贴附过程易因人为的疏失而导致品质受到影响，并同时存在耗时的问题。

发明内容

故由上述可知，现今以层层相叠的碳纤维预浸布来制造复合碳纤维轮框的制造方法，确实存在上述的问题，因此，本发明人其针对上述制造方法再重新思考，在现今碳纤维制品，先行制作为碳纤维预浸布，再一层一层贴合的方式，或许于其他制品上，并不会产生应用于轮框时的问题，但一旦应用于轮框的领域中，则须考虑更多的因素，而想要解决这些问题，惟有改变目前的制造方法；故本发明人其研发出本发明“复合碳纤维轮框的制造方法”，该制造方法通过卷纱步骤、裁切步骤、折边步骤、组合步骤及定型步骤，可大量制造出所需的复合碳纤维轮框，因卷纱步骤中是以碳纤维纱交叉叠置的型态形成碳纤维管，因此以一体化的碳纤维管更能制造出品质佳的轮框。

因此，本发明的主要目的是提供一种复合碳纤维轮框的制造方法，该制造方法包含有：卷纱步骤：将纱卷轮上的碳纤维纱持续卷绕于一心轴上，使碳纤维纱以预设的角度且呈交错叠置的型态缠绕于心轴表面，于心轴上形成含有粘结剂的碳纤维管；裁切步骤：将心轴取下，形成中空的碳纤维管，而后进行径向的裁切形成特定宽度的碳纤维管，作为轮框的主基材碳纤维管及框基材碳纤维管；折边步骤：于轮框主基材碳纤维管翻折形成框本体，该框本体两侧形成框缘面，于框基材碳纤维管翻折形成外框，该外框两侧形成衔接端缘；组合步骤：使已完成折边的框基材碳纤维管置于主基材碳纤维管两侧框缘面之间并胶合呈固结状态；定型步骤：通过定型模具将轮框进行加热及加压的步骤。

通过上述制造方法，相比于现今的制造方法，即具备以下的功效：

1.因本发明通过卷纱步骤形成中空的碳纤维管，故不会形成衔接处或贴合面，不仅可提高强度，且也降低了不同因素对于轮框的破坏，提供一更加精良的复合碳纤维轮框。

2.因本发明不是以各区段衔接及层层相叠方式制造成轮框，因此，即无衔接处或贴合面间残留空气的问题，提供一高品质的轮框。

3.因本发明是以机器方式即可制造出所需的碳纤维管，故可节省人力贴附的程序，不仅提高品质的精确性，且工时也缩减。

4.通过本发明的制造方法，即可大量制造同一内径的轮框，且单一碳纤维管在维持同一内径的状况下，均能在制程中改变其宽度及厚度，故使制出的轮框型态更多样化，并产能更加提升。

前述复合碳纤维轮框的制造方法，其中卷纱步骤之前包含一浸润步骤，该浸润步骤是使纱卷轮上的碳纤维纱先经过粘结剂浸润槽，使碳纤维纱表面附着粘结剂。

前述复合碳纤维轮框的制造方法，其中卷纱步骤是同时使碳纤维纱及树脂纤维纱卷绕于心轴表面，使碳纤维纱与树脂纤维纱以交错卷绕方式形成碳纤维管。

通过上述两种型式的实施方式，均可使制造出的碳纤维管上同时存在粘结剂。

前述复合碳纤维轮框的制造方法，其中折边步骤与组合步骤之间，另以一道补强步骤于框本体的框缘底部环设衬材。

前述复合碳纤维轮框的制造方法，其中卷纱步骤与裁切步骤之间，另以一道补强步骤于碳纤维管部分区段处的表面附着衬材。

通过上述于适当步骤中加入补强步骤的制造方法，可制造出具有补强衬材的轮框。

前述复合碳纤维轮框的制造方法，其中卷纱步骤时于不同区段设定为不同厚度。

通过上述于不同区段设定为不同厚度的制造方法，可使制造方法更具变化性。

附图说明

图1是本发明制造方法主要步骤的流程图。

图2是本发明第一种型式制造方法的流程图。

图3是本发明第一种型式制造方法中进行卷纱步骤的示意图。

图4是本发明第一种型式制造方法中进行裁切步骤的流程示意图。

图5是本发明第一种型式制造方法中进行折边及组合步骤的流程示意图。

图6是本发明第二种型式制造方法的流程图。

图7是本发明第二种型式制造方法中进行裁切步骤的流程示意图。

图8是本发明第二种型式制造方法中进行折边及组合步骤的流程示意图。

图9是本发明第三种型式制造方法的流程图。

图10是本发明第四种型式制造方法的流程图。

具体实施方式

以下配合附图及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参看图1所示，本发明的制造方法主要是经过卷纱、裁切、折边、组合及定型等步骤，而这些步骤如下：

1.卷纱步骤：本发明的卷纱步骤，是将碳纤维纱持续卷绕于一心轴上，卷绕时配合心轴的移位或纱卷轮的移位，或设于心轴与纱卷轮间的纱线移位器，使碳纤维纱以预设的角度持续且以碳纤维纱交错叠置的型态缠绕于心轴表面，且可通过移位速度的改变，使交错叠置的碳纤维纱呈不同角度的叠置状态，而交错叠置的碳纤维纱圈数可依想要制造的轮框强度值而设定；

上述的碳纤维纱于进行卷纱步骤前，可先经过粘结剂浸润槽，使碳纤维纱表面附着粘结剂，或是将碳纤维纱与树脂纤维纱以相对比值卷绕于心轴的表面，而于碳纤维纱表面附着粘结剂的材料，或以碳纤维纱与树脂纤维纱交错卷绕的方式，于完成卷纱程序后，于心轴表面均可形成本发明后制步骤的素材。

2.裁切步骤：之后可将心轴取下，即形成中空的碳纤维管，而后进行径向的裁切程序，形成特定宽度的碳纤维管，宽度的大小，以想要制造的轮框宽度来设定；本发明是应用于轮框的制造方法，轮框的主基材及框基材均可以利用裁切后不同宽度的碳纤维管来制作。

3.折边步骤：之后即可将裁切后不同宽度的碳纤维管进行折边，例如主基材碳纤维管的部分，利用折边步骤于两侧形成框缘面，而框基材碳纤维管部分，则利用折边步骤于两侧形成衔接端缘，各形成轮框的基本雏型。

4.组合步骤：而后可将轮框的各构件加以组合，组合方式可以胶合方式而组成轮框的型态，例如主基材碳纤维管与框基材碳纤维管的组合方式，是将框基材碳纤维管置放于主基材碳纤维管两侧的框缘面之间，并由衔接端缘与主基材碳纤维管的框缘面胶合。

5.定型步骤：之后通过定型模具将轮框进行加热及加压的步骤，此步骤不仅使碳纤维素材的碳纤维纱通过粘结剂或树脂纤维硬化，使交叉叠置的碳纤维纱密贴合呈预设的轮框厚度，且使构件间能紧密结合，制造出强度佳、质轻的复合碳纤维轮框。

因此，通过上述本发明主要的步骤，即可提供一与现今制造方法不同的碳纤维轮框的制造方法，本发明通过卷纱步骤即可预制出特定厚度的碳纤维管，而此碳纤维管的特性为碳纤维纱交叉叠置的，故为一体化的碳纤维管，非层层相叠的型态，且本发明以碳纤维管直接折边及组合的制造方法，与现今须将轮框分区域的制造方法相较，本发明并不存在区段间的衔接处，克服了现今制造方法于区段衔接处及各层间贴合处所产生强度不佳的问题；再者，也减少了人工作业的时间及失误率，提供一更符合需求的制造方法。

故于图1的主要步骤下，本发明可衍生更多型态的制造方法，以下即列举几种实施型态说明：

第一种型式的制造方法：请参看图2所示，本发明第一种型式的制造方法，是在于卷纱步骤前先使碳纤维纱经过浸润步骤，且于折边步骤与组合步骤之间会加入一道补强步骤，请配合参看图3所示，当纱卷轮10的碳纤维纱11于尚未卷绕于心轴12表面之前，碳纤维纱11会先经过粘结剂浸润槽13，使碳纤维纱11表面附着粘结剂，之后再使碳纤维纱以交错叠置的方式卷绕于心轴12表面；

请配合参看图2及图4所示，当制造出预设厚度的碳纤维管20后，即可进行裁切步骤，而裁切出不同宽度的碳纤维管，如图4所示，即区分为轮框主基材碳纤维管21及框基材碳纤维管22，两者差别可在图上可见宽度不同，且可进一步于卷纱步骤时即预设，使主基材碳纤维管21的厚度与框基材碳纤维管22的厚度为不同，相对的，裁切后的主基材碳纤维管21与框基材碳纤维管22即可符合轮框强度值的设定；除此之外，本发明更可利用同一碳纤维管裁切的不同宽度的碳纤管，来制造不同宽度的轮框，再搭配不同区段的厚度也可控制的情况下，本发明在同一碳纤维管维持内径相同，但厚度及宽度均可依需求而改变的制造方法，更能符合产能的控制；

完成裁切步骤后，即进行折边步骤，请配合参看图2及图5所示，于图5是以主基材碳纤维管21的折边步骤进行说明，可将主基材碳纤维管21两侧往外翻折形成框本体30的框缘面31，因此时素材尚未经过定型步骤，故在素材硬度不大的情况下，可塑造成框本体30的基本雏型，而于此制造方法中进一步增设的补强步骤，是于框本体30的中央区段的框缘底部环设衬材32，以增加框本体30的强度，另框基材碳纤维管22则经过折边步骤后形成外框33，并于外框33两侧形成衔接端缘34，而于组合步骤时，再将外框33两侧的衔接端缘34与框本体30两侧的框缘面31通过组合步骤而固结呈轮框35；

之后的定型步骤，即可采用现阶段各种的定型技术，通过定型模具将轮框35进行加热及加压的步骤，使碳纤维纱通过表面附着的粘结剂产生硬化，并同时使框本体30与外框33间呈胶合状态。

第二种型式的制造方法：请参看图6所示，本发明第二种型式的制造方法，是使卷纱步骤与裁切步骤之间加入了补强步骤，请配合参看图7所示，使成型后的碳纤维管40的部分区段处于表面即附着衬材41，当经过裁切步骤后，请参看图8所示，主基材碳纤维管42的表面即附着衬材41，故经过折边步骤后无须再经补强步骤，即可进行组合步骤。

第三种型式的制造方法：请参看图9所示，是于卷纱步骤中同时将碳纤维纱及树脂纤维纱卷绕于心轴表面，使碳纤维纱与树脂纤维纱以交错卷绕方式形成碳纤维管，之后再经裁切步骤、折边步骤、补强步骤、组合步骤及定型步骤，制造出复合碳纤维轮框。

第四种型式的制造方法：请参看图10所示，是于卷纱步骤中同时将碳纤维纱及树脂纤维纱卷绕于心轴表面，使碳纤维纱与树脂纤维纱以交错卷绕方式形成碳纤维管，且再通过补强步骤，使成型后的碳纤维管的部分区段处于表面附着衬材，之后再经裁切步骤、折边步骤、组合步骤及定型步骤，制造出复合碳纤维轮框。

综上所述，通过本发明的制造方法，是以碳纤维纱交叉叠置的型态形成轮框的素材，不仅不存在各区段衔接处及各层间贴合的问题，更可依所需的轮框强度及型态，以不同的制造参数及附加的制程，制造出所需的轮框，且以此方式所制造出的单一碳纤维管，即可大量快速地制造出内径相同的复合碳纤维轮框，因此，相比于现今的制造方法，本发明更能制造出品质精良的复合碳纤维轮框，且同时存在可大量生产及精简人力的功效。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，该制造方法包含有：

卷纱步骤：将纱卷轮上的碳纤维纱持续卷绕于一心轴上，使碳纤维纱以预设的角度且呈交错叠置的型态缠绕于心轴表面，于心轴上形成含有粘结剂的碳纤维管；

裁切步骤：将心轴取下，形成中空的碳纤维管，而后进行径向的裁切形成特定宽度的碳纤维管，作为轮框的主基材碳纤维管及框基材碳纤维管；

折边步骤：于轮框主基材碳纤维管翻折形成框本体，该框本体两侧形成框缘面，于框基材碳纤维管翻折形成外框，该外框两侧形成衔接端缘；

组合步骤：使已完成折边的框基材碳纤维管置于主基材碳纤维管两侧框缘面之间并胶合呈固结状态；

定型步骤：通过定型模具将轮框进行加热及加压的步骤。

2.根据权利要求1所述的复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，其中卷纱步骤之前包含一浸润步骤，该浸润步骤是使纱卷轮上的碳纤维纱先经过粘结剂浸润槽，使碳纤维纱表面附着粘结剂。

3.根据权利要求1所述的复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，其中卷纱步骤是同时使碳纤维纱及树脂纤维纱卷绕于心轴表面，使碳纤维纱与树脂纤维纱以交错卷绕方式形成碳纤维管。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，其中折边步骤与组合步骤之间，另以一道补强步骤于框本体的框缘底部环设衬材。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，其中卷纱步骤与裁切步骤之间，另以一道补强步骤于碳纤维管部分区段处的表面附着衬材。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，其中卷纱步骤时于不同区段设定为不同厚度。

7.根据权利要求4所述的复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，其中卷纱步骤时于不同区段设定为不同厚度。

8.根据权利要求5所述的复合碳纤维轮框的制造方法，其特征在于，其中卷纱步骤时于不同区段设定为不同厚度。