CN108327839A - 一种自行车车构架材料的制备方法 - Google Patents

一种自行车车构架材料的制备方法 Download PDF

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    • D06M11/83—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with metals; with metal-generating compounds, e.g. metal carbonyls; Reduction of metal compounds on textiles
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Abstract

本发明提供了一种自行车车构架材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将白刚玉磨料、镀铜碳纤维、锰粉、氮化硼、金云母微晶、氧化镍超微粉、石墨烷、纳米二氧化钛、改性玉米芯生物炭和玻璃纤维混合，置于超声机中进行超声分散20‑30min；（2）取出，装入压制模具中压制，在压力200‑210MPa下压制3‑5min；（3）将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560‑570℃，烧结时间为3‑4h；（4）烧结后取出，加入润滑剂、亚磷酸酯、D3O凝胶、聚四氟乙烯用挤压机对进行挤压热变形即得。本方法所制备的自行车车构架材料具有非常好的减震效果，同时还具有较好的抗拉强度和硬度。

Description

一种自行车车构架材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种自行车车构架材料的制备方法。
背景技术
自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆。人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具，随着经济时代的发展，自行车已不再简单地作为代步工具，也成为了人们日常锻炼身体的工具，同时也成了重要的体育赛事项目。而车构架作为整个自行车的骨架，最大程度地决定、影响了骑行姿势的正确性和舒适性。车构架材料从最早的铬钼钢一步步进化至今，朝着更轻、更强、更舒适且更流线美观的目标前进。车构架材料除了重量外，还要考虑拉伸强度，缓冲系数等来使得人们在骑行过程中获得最大的舒适和最小的损伤。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种自行车车构架材料的制备方法，所制备的自行车车构架材料具有非常好的减震效果，同时还具有较好的抗拉强度和硬度。
技术方案：一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1-2份、镀铜碳纤维5-10份、锰粉3-5份、氮化硼2-5份、金云母微晶2-3份、氧化镍超微粉0.2-0.5份、石墨烷1-2份、纳米二氧化钛2-4份、改性玉米芯生物炭1-2份和玻璃纤维2-4份混合，置于超声机中进行超声分散20-30min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力200-210MPa下压制3-5min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560-570℃，烧结时间为3-4h；
（4） 烧结后取出，加入润滑剂2-3份、亚磷酸酯0.5-1份、D3O凝胶3-5份、聚四氟乙烯3-5份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为380-400℃，挤压强度为500-550MPa，挤压速度为30mm/s。
进一步优选的，所述镀铜碳纤维的制备方法为：
第一步：将10g碳纤维在400℃下进行去胶处理，然后加入180 g/L的(NH4)2S2O8 200mL进行氧化30min；
第二步：加入15 g/L的SnCl2 50mL处理4 min，并用6 g/L的AgNO3 50mL进行活化处理6min，得处理的碳纤维；
第三步：将16 g/L的CuSO4·5H2O 50mL与25 g/L的EDTA-2Na30mL溶液混合，再加入2gNaOH、3g酒石酸钾钠、2g亚铁氰化钾、2g 2,2'-联吡啶和30mL甲醛，搅拌混合溶解得溶液A；
第四步：将处理的碳纤维放入溶液中A中，不断搅拌至碳纤维不再漂浮，沉于溶液A中即得。
进一步优选的，所述改性玉米芯生物炭的制备方法为：
第一步：将5份玉米芯生物炭、10份高锰酸钾和500份去离子水混合，放入摇床中，在40℃，180r/min下振荡24h；
第二步：去去离子水洗净烘干即得。
进一步优选的，所述润滑剂为为氟化石墨、二硫化钼、锂化氟或膨润土中的一种或几种。
进一步优选的，所述步骤（4）中挤压温度为390℃，挤压强度为530MPa。
有益效果：一般的自行陈车构架材料会采用高温铸件，但是在高温铸造过程中，如本发明中的镀铜碳纤维和玻璃纤维等容易生成脆性中间相，因此本发明采用的是热挤压法。本发明的中的碳纤维经过镀铜后能够将增强体与基体的结合方式变为金属-金属的接触方式，改善二者间的湿润性，同时还能抑制界面间的化学反应，同时增大比表面积和表面粗糙度。同样的，改性后的玉米芯生物炭表面能够提供大量的活性位点，增大表面积，提高与其他成分的结合能力。本发明方法所制备的自行车车构架材料具有非常好的减震效果，当质量为10kg的砝码从50cm处落下，其缓冲系数最小为1.53，缓冲系数越小，缓冲效率越大，防震效果越好，本材料还具有较好的抗拉强度和硬度，最高分别可达331MPa和133HB。
具体实施方式
实施例1
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1份、镀铜碳纤维5份、锰粉3份、氮化硼2份、金云母微晶2份、氧化镍超微粉0.2份、石墨烷1份、纳米二氧化钛2份、改性玉米芯生物炭1份和玻璃纤维2份混合，置于超声机中进行超声分散20min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力200MPa下压制3min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560℃，烧结时间为3h；
（4） 烧结后取出，加入氟化石墨2份、亚磷酸酯0.5份、D3O凝胶3份、聚四氟乙烯3份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为380℃，挤压强度为500MPa，挤压速度为30mm/s。
实施例2
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1.5份、镀铜碳纤维7份、锰粉4份、氮化硼3份、金云母微晶2.5份、氧化镍超微粉0.3份、石墨烷1.5份、纳米二氧化钛3份、改性玉米芯生物炭1.2份和玻璃纤维3份混合，置于超声机中进行超声分散25min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力205MPa下压制4min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为565℃，烧结时间为3.5h；
（4） 烧结后取出，加入二硫化钼2.5份、亚磷酸酯0.7份、D3O凝胶4份、聚四氟乙烯4份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为390℃，挤压强度为520MPa，挤压速度为30mm/s。
实施例3
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1.5份、镀铜碳纤维8份、锰粉4份、氮化硼4份、金云母微晶2.5份、氧化镍超微粉0.4份、石墨烷1.5份、纳米二氧化钛3份、改性玉米芯生物炭1.5份和玻璃纤维3份混合，置于超声机中进行超声分散25min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力205MPa下压制4min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为565℃，烧结时间为3.5h；
（4） 烧结后取出，加入锂化氟2.5份、亚磷酸酯0.8份、D3O凝胶4份、聚四氟乙烯4份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为390℃，挤压强度为530MPa，挤压速度为30mm/s。
实施例4
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料2份、镀铜碳纤维10份、锰粉5份、氮化硼5份、金云母微晶3份、氧化镍超微粉0.5份、石墨烷2份、纳米二氧化钛4份、改性玉米芯生物炭2份和玻璃纤维4份混合，置于超声机中进行超声分散30min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力210MPa下压制5min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为570℃，烧结时间为4h；
（4） 烧结后取出，加入膨润土3份、亚磷酸酯1份、D3O凝胶5份、聚四氟乙烯5份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为400℃，挤压强度为550MPa，挤压速度为30mm/s。
对比例1
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1份、锰粉3份、氮化硼2份、金云母微晶2份、氧化镍超微粉0.2份、石墨烷1份、纳米二氧化钛2份、改性玉米芯生物炭1份和玻璃纤维2份混合，置于超声机中进行超声分散20min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力200MPa下压制3min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560℃，烧结时间为3h；
（4） 烧结后取出，加入氟化石墨2份、亚磷酸酯0.5份、D3O凝胶3份、聚四氟乙烯3份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为380℃，挤压强度为500MPa，挤压速度为30mm/s。
对比例2
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将镀铜碳纤维5份、氮化硼2份、金云母微晶2份、氧化镍超微粉0.2份、石墨烷1份、纳米二氧化钛2份、改性玉米芯生物炭1份和玻璃纤维2份混合，置于超声机中进行超声分散20min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力200MPa下压制3min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560℃，烧结时间为3h；
（4） 烧结后取出，加入二硫化钼2份、亚磷酸酯0.5份、D3O凝胶3份、聚四氟乙烯3份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为380℃，挤压强度为500MPa，挤压速度为30mm/s。
对比例3
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1份、镀铜碳纤维5份、锰粉3份、氮化硼2份、氧化镍超微粉0.2份、纳米二氧化钛2份、改性玉米芯生物炭1份和玻璃纤维2份混合，置于超声机中进行超声分散20min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力200MPa下压制3min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560℃，烧结时间为3h；
（4） 烧结后取出，加入锂化氟2份、亚磷酸酯0.5份、D3O凝胶3份、聚四氟乙烯3份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为380℃，挤压强度为500MPa，挤压速度为30mm/s。
对比例4
一种自行车车构架材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1份、镀铜碳纤维5份、锰粉3份、氮化硼2份、金云母微晶2份、氧化镍超微粉0.2份、石墨烷1份、纳米二氧化钛2份、玉米芯生物炭1份和玻璃纤维2份混合，置于超声机中进行超声分散20min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力200MPa下压制3min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560℃，烧结时间为3h；
（4） 烧结后取出，加入膨润土2份、亚磷酸酯0.5份、D3O凝胶3份、聚四氟乙烯3份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为380℃，挤压强度为500MPa，挤压速度为30mm/s。
抗拉强度及硬度均采用国标。
表1 自行车车构架材料的部分性能指标
产品名称 缓冲系数 抗拉强度（MPa） 硬度（HB）
实施例1 1.54 327 131
实施例2 1.53 329 132
实施例3 1.53 331 133
实施例4 1.54 330 131
对比例1 2.22 319 128
对比例2 1.71 321 123
对比例3 2.43 316 126
对比例4 1.70 321 130
本发明方法所制备的自行车车构架材料的部分性能指标见上表，我们可以看到其具有非常好的减震效果，当质量为10kg的砝码从50cm处落下，其缓冲系数最小为1.53，缓冲系数越小，缓冲效率越大，防震效果越好，本材料还具有较好的抗拉强度和硬度，最高分别可达331MPa和133HB。

Claims (5)

1.一种自行车车构架材料的制备方法，其特征在于：成分按重量份计，包括以下步骤：
（1） 将白刚玉磨料1-2份、镀铜碳纤维5-10份、锰粉3-5份、氮化硼2-5份、金云母微晶2-3份、氧化镍超微粉0.2-0.5份、石墨烷1-2份、纳米二氧化钛2-4份、改性玉米芯生物炭1-2份和玻璃纤维2-4份混合，置于超声机中进行超声分散20-30min；
（2） 取出，装入压制模具中压制，在压力200-210MPa下压制3-5min；
（3） 将模压成型的压坯放在真空热压机中进行烧结，烧结温度为560-570℃，烧结时间为3-4h；
（4） 烧结后取出，加入润滑剂2-3份、亚磷酸酯0.5-1份、D3O凝胶3-5份、聚四氟乙烯3-5份用挤压机对进行挤压热变形即得，其中，挤压温度为380-400℃，挤压强度为500-550MPa，挤压速度为30mm/s。
2. 根据权利要求 1所述的一种自行车车构架材料的制备方法，其特征在于：所述镀铜碳纤维的制备方法为：
第一步：将10g碳纤维在400℃下进行去胶处理，然后加入180 g/L的(NH4)2S2O8 200mL进行氧化30min；
第二步：加入15 g/L的SnCl2 50mL处理4 min，并用6 g/L的AgNO3 50mL进行活化处理6min，得处理的碳纤维；
第三步：将16 g/L的CuSO4·5H2O 50mL与25 g/L的EDTA-2Na30mL溶液混合，再加入2gNaOH、3g酒石酸钾钠、2g亚铁氰化钾、2g 2,2'-联吡啶和30mL甲醛，搅拌混合溶解得溶液A；
第四步：将处理的碳纤维放入溶液中A中，不断搅拌至碳纤维不再漂浮，沉于溶液A中即得。
3. 根据权利要求 1所述的一种自行车车构架材料的制备方法，其特征在于：所述改性玉米芯生物炭的制备方法为：
第一步：将5份玉米芯生物炭、10份高锰酸钾和500份去离子水混合，放入摇床中，在40℃，180r/min下振荡24h；
第二步：去去离子水洗净烘干即得。
4.根据权利要求 1所述的一种自行车车构架材料的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为氟化石墨、二硫化钼、锂化氟或膨润土中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种自行车车构架材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中挤压温度为390℃，挤压强度为530MPa。
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