CN108822435A - 一种含竹碳纤维的自行车架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含竹碳纤维的自行车架及其制备方法，该自行车架由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯34‑51份、竹纤维20‑39份、丁苯橡胶3‑14份、氧化聚乙烯蜡5‑17份、磷酸二氢铵4‑11份、硬脂酸亚锡1‑8份、己内酰胺钠1‑9份、抗氧剂3‑22份、对羟基苯甲酸酯4‑16份、硬脂酸钡0.6‑1份、硬脂酸镉0.2‑0.6份、石蜡0.8‑1.2份、炭黑1‑5份、碳纤维10‑50份、三碱式硫酸铅1.5‑5.5份、二碱式硬脂酸铅0.5‑2.5份、硫酸钡为2‑7份、增塑剂1‑5份。本发明制得的自行车架可提高拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量和延伸率，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低。

Description

一种含竹碳纤维的自行车架及其制备方法
技术领域
本发明属于自行车架及其制备方法技术领域，涉及一种含竹碳纤维的自行车架及其制备方法。
背景技术
自行车是常用代步工具，如何生产出安全、轻便、低成本的车架是决定该行业发展的重要问题。
车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的，由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全和平稳。
现有的自行车架中主要的材料有：(1)钛合金：可以制作轻量而强度大的车架，不生锈，不会被腐蚀，但是价格高，不适合大众消费；(2)碳纤维：可以制作重量轻并且各种形状的车架，是最适合竞赛的车架材料，但是机械性能较差；(3)铝合金：重量轻，外观不易变形，但是制得的车架机械性能差，同时制备工艺复杂，不利于大规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种含竹碳纤维的自行车架及其制备方法，解决了现有技术中存在的拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量和延伸率问题。制得的自行车架可以提高拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量和延伸率，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低，可大规模生产。
本发明采用的技术方案是：一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯34-51份、竹纤维20-39份、丁苯橡胶3-14份、氧化聚乙烯蜡5-17份、磷酸二氢铵4-11份、硬脂酸亚锡1-8份、己内酰胺钠1-9份、抗氧剂3-22份、对羟基苯甲酸酯4-16份、硬脂酸钡0.6-1份、硬脂酸镉0.2-0.6份、石蜡0.8-1.2份、炭黑1-5份、碳纤维10-50份、三碱式硫酸铅1.5-5.5份、二碱式硬脂酸铅0.5-2.5份、硫酸钡为2-7份、增塑剂1-5份。
抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的一种或几种的混合物。
增塑剂采用环氧大豆油。
一种含竹碳纤维的自行车架的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于130-165℃高速搅拌机中共混3-10min，得到混合料一；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混10-20min，温度为180-220℃，得到混合物二；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入200-230℃模具中，20-25MPa压力下热压成型，保温后随模具降温至80-100℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
上述步骤1中高速搅拌机的速度为1200-1600r/min。
上述步骤2中高速搅拌机的速度为1500-1800r/min。
上述步骤3中保温时间为7-11min。
有益效果：本发明制得的自行车架拉伸强度在3800-4100MPa之间，拉伸模量在238-246Gpa之间，弯曲模量在81-86Gpa之间，延伸率在18.5-19.7％之间，通过组分之间的协同作用，可以提高拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量和延伸率，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低，可大规模生产。
具体实施方式
实施例1
一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯34份、竹纤维26份、丁苯橡胶3份、氧化聚乙烯蜡5份、磷酸二氢铵4份、硬脂酸亚锡1份、己内酰胺钠1份、抗氧剂3份、对羟基苯甲酸酯4份、硬脂酸钡0.6份、硬脂酸镉0.2份、石蜡0.8份、炭黑1份、碳纤维10份、三碱式硫酸铅1.5份、二碱式硬脂酸铅0.5份、硫酸钡为2份、增塑剂1份。
制备方法：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于130℃高速搅拌机中共混3min，得到混合料一，其中高速搅拌机的速度为1200r/min；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混10min，温度为180℃，得到混合物二，其中高速搅拌机的速度为1500r/min；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入200℃模具中，20MPa压力下热压成型，保温7min，随模具降温至80℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
实施例2
一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯51份、竹纤维39份、丁苯橡胶14份、氧化聚乙烯蜡17份、磷酸二氢铵11份、硬脂酸亚锡8份、己内酰胺钠9份、6-三级丁基-4-甲基苯酚22份、对羟基苯甲酸酯16份，硬脂酸钡0.8份、硬脂酸镉0.4份、石蜡1份、炭黑1.2份、碳纤维15份、三碱式硫酸铅2份、二碱式硬脂酸铅1份、硫酸钡为3份、增塑剂2份。
制备方法：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于165℃高速搅拌机中共混10min，得到混合料一，其中高速搅拌机的速度为1600r/min；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混20min，温度为220℃，得到混合物二，其中高速搅拌机的速度为1800r/min；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入230℃模具中，25MPa压力下热压成型，保温11min，随模具降温至100℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
实施例3
一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯39份、竹纤维28份、丁苯橡胶5份、氧化聚乙烯蜡8份、磷酸二氢铵6份、硬脂酸亚锡2份、己内酰胺钠2份、6-三级丁基-4-甲基苯酚2份、亚磷酸三乙酯4份、对羟基苯甲酸酯7份、硬脂酸钡0.8份、硬脂酸镉0.6份、石蜡1份、炭黑1.5份、碳纤维15份、三碱式硫酸铅2份、二碱式硬脂酸铅3份、硫酸钡为3份、增塑剂2份。
制备方法：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于135℃高速搅拌机中共混4min，得到混合料一，其中高速搅拌机的速度为1300r/min；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混12min，温度为190℃，得到混合物二，其中高速搅拌机的速度为1600r/min；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入210℃模具中，21MPa压力下热压成型，保温8min，随模具降温至85℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
实施例4
一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯45份、竹纤维32份、丁苯橡胶11份、氧化聚乙烯蜡15份、磷酸二氢铵9份、硬脂酸亚锡6份、己内酰胺钠8份、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚20份、对羟基苯甲酸酯12份、硬脂酸钡1份、硬脂酸镉0.8份、石蜡1.5份、炭黑2份、碳纤维20份、三碱式硫酸铅4份、二碱式硬脂酸铅3份、硫酸钡为4份、增塑剂3份。
制备方法：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于150℃高速搅拌机中共混8min，得到混合料一，其中高速搅拌机的速度为1500r/min；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混18min，温度为210℃，得到混合物二，其中高速搅拌机的速度为1700r/min；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入225℃模具中，24MPa压力下热压成型，保温10min，随模具降温至90℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
实施例5
一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯41份、竹纤维29份、丁苯橡胶8份、氧化聚乙烯蜡12份、磷酸二氢铵7份、硬脂酸亚锡4份、己内酰胺钠6份、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚3份、硫代二丙酸双十八醇酯10份、对羟基苯甲酸酯9份、硬脂酸钡2份、硬脂酸镉2份、石蜡4份、炭黑5份、碳纤维25份、三碱式硫酸铅5份、二碱式硬脂酸铅4份、硫酸钡为4份、增塑剂4份。
制备方法：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于145℃高速搅拌机中共混6min，得到混合料一，其中高速搅拌机的速度为1400r/min；
步骤2、向步骤1所得混合料一中竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混15min，温度为200℃，得到混合物二，其中高速搅拌机的速度为1600r/min；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入210℃模具中，23MPa压力下热压成型，保温9min，随模具降温至90℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
对比例1
与实施例5的区别是未添加氧化聚乙烯蜡。
一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯41份、竹纤维29份、丁苯橡胶8份、磷酸二氢铵7份、硬脂酸亚锡4份、己内酰胺钠6份、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚3份、硫代二丙酸双十八醇酯10份、对羟基苯甲酸酯9份、硬脂酸钡2份、硬脂酸镉2份、石蜡4份、炭黑5份、碳纤维25份、三碱式硫酸铅5份、二碱式硬脂酸铅4份、硫酸钡为4份、增塑剂4份。
制备方法：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于145℃高速搅拌机中共混6min，得到混合料一，其中高速搅拌机的速度为1400r/min；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混15min，温度为200℃，得到混合物二，其中高速搅拌机的速度为1600r/min；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入210℃模具中，23MPa压力下热压成型，保温9min，随模具降温至90℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
对比例2
与实施例5的区别是未添加对羟基苯甲酸酯。
一种含竹碳纤维的自行车架，由以下质量份的各组分组成：聚氯乙烯41份、竹纤维29份、丁苯橡胶8份、磷酸二氢铵7份、硬脂酸亚锡4份、己内酰胺钠6份、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚3份、硫代二丙酸双十八醇酯10份、硬脂酸钡2份、硬脂酸镉2份、石蜡4份、炭黑5份、碳纤维25份、三碱式硫酸铅5份、二碱式硬脂酸铅4份、硫酸钡为4份、增塑剂4份。
制备方法：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于145℃高速搅拌机中共混6min，得到混合料一，其中高速搅拌机的速度为1400r/min；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混15min，温度为200℃，得到混合物二，其中高速搅拌机的速度为1600r/min；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入210℃模具中，23MPa压力下热压成型，保温9min，随模具降温至90℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
性能测试：
实施例1-5和对比例1-2制得的自行车架性能测试结果如下表所示：
拉伸强度(MPa)拉伸模量(Gpa)弯曲模量(Gpa)延伸率(％)
实施例1 3800 238 81 18.5
实施例2 3920 245 83 18.8
实施例3 3850 239 84 19.4
实施例4 4060 242 84 19.2
实施例5 4100 246 86 19.7
对比例1 3550 220 76 8.6
对比例2 3400 240 70 9.2
从上表中可以看出：实施例1-5制得的自行车架拉伸强度在3800-4100MPa之间，拉伸模量在238-246Gpa之间，弯曲模量在81-86Gpa之间，延伸率在18.5-19.7％之间；而对比例1中未添加氧化聚乙烯蜡，制得的自行车架拉伸强度为3550MPa，拉伸模量为220Gpa，弯曲模量为76Gpa，延伸率为8.6％；对比例2中未添加对羟基苯甲酸酯，制得的自行车架拉伸强度为3400MPa，拉伸模量为240Gpa，弯曲模量为70Gpa，延伸率为9.2％。由此可知，本发明制得的自行车架通过组分之间的协同作用，可以提高拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量和延伸率，具有突出的机械性能，同时制备工艺简单，成本较低，可大规模生产。

Claims (8)

1.一种含竹碳纤维的自行车架，其特征在于，由以下质量份的组分组成：聚氯乙烯34-51份、竹纤维20-39份、丁苯橡胶3-14份、氧化聚乙烯蜡5-17份、磷酸二氢铵4-11份、硬脂酸亚锡1-8份、己内酰胺钠1-9份、抗氧剂3-22份、对羟基苯甲酸酯4-16份、硬脂酸钡0.6-1份、硬脂酸镉0.2-0.6份、石蜡0.8-1.2份、炭黑1-5份、碳纤维10-50份、三碱式硫酸铅1.5-5.5份、二碱式硬脂酸铅0.5-2.5份、硫酸钡为2-7份、增塑剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的含竹碳纤维的自行车架，其特征在于，由以下质量份的组分组成：聚氯乙烯41份、竹纤维29份、丁苯橡胶8份、氧化聚乙烯蜡12份、磷酸二氢铵7份、硬脂酸亚锡4份、己内酰胺钠6份、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚3份、硫代二丙酸双十八醇酯10份、对羟基苯甲酸酯9份、硬脂酸钡2份、硬脂酸镉2份、石蜡4份、炭黑5份、碳纤维25份、三碱式硫酸铅5份、二碱式硬脂酸铅4份；硫酸钡为4份、增塑剂4份。
3.根据权利要求1所述的含竹碳纤维的自行车架，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的含竹碳纤维的自行车架，其特征在于：所述增塑剂采用环氧大豆油。
5.权利要求1至4任何一项所述的含竹碳纤维的自行车架的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、按上述质量份，将聚氯乙烯和丁苯橡胶置于130-165℃高速搅拌机中共混3-10min，得到混合料一；
步骤2、向步骤1所得混合料一中加入竹纤维、氧化聚乙烯蜡、磷酸二氢铵、硬脂酸亚锡、己内酰胺钠、6-三级丁基-4-甲基苯酚和对羟基苯甲酸酯、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡、增塑剂，在高速搅拌机中共混10-20min，温度为180-220℃，得到混合物二；
步骤3、将步骤2所得混合物二注入200-230℃模具中，20-25MPa压力下热压成型，保温后随模具降温至80-100℃时脱模冷却至室温，切割后即得所述含竹纤维的自行车架。
6.根据权利要求5所述的含竹碳纤维的自行车架的制备方法，其特征在于：所述步骤1中高速搅拌机的速度为1200-1600r/min。
7.根据权利要求5所述的含竹碳纤维的自行车架的制备方法，其特征在于：所述步骤2中高速搅拌机的速度为1500-1800r/min。
8.根据权利要求5所述的含竹碳纤维的自行车架的制备方法，其特征在于：所述步骤3中保温时间为7-11min。
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