CN114290849A - 一种内芯倒锥式碳纤维辐条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内芯倒锥式碳纤维辐条及其制备方法，包括由碳纤维制成的辐条、牙帽和内埋帽头，辐条包括内芯主体和碳纤维预浸料，内芯主体的两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有倒锥部，牙帽和内埋帽头上均设有贯穿的安装孔，分别套接在第一连接端和第二连接端形成同轴结构，碳纤维预浸料包覆内埋帽头和内芯主体的第二连接端并延伸到第一连接端后一体成型，倒锥部置于碳纤维预浸料外；本发明提高了牙帽与内芯本体的结合强度，使二者在拉力作用下越拉越紧，大大提升了拉伸强度，帽头端采用内埋式结构，使内埋帽头完全置于碳纤维预浸料的包裹内而形成一个整体，从而减轻自行车整体重量。

Description

一种内芯倒锥式碳纤维辐条及其制备方法

技术领域

本发明公开一种内芯倒锥式碳纤维辐条及其制备方法，按国际专利分类表(IPC)划分属于车轮配件制造技术领域。

背景技术

自行车车轮通常都包括花鼓、轮圈和连接二者的辐条。安装的过程中，辐条带帽头的一端与花鼓相连接，另一端设有螺牙，通过螺帽锁固在轮圈上。自行车在行驶过程中，其承重都是依靠辐条组配在花鼓和轮圈上产生的拉力，因此辐条性能的好坏与整个自行车的性能息息相关。

现有的自行车辐条通常使用不锈钢、钛、铝等材质制作，不仅加重了车轮的重量，且无法满足产品重量日益轻量化的需求。而碳纤维复合材料(CFRP)，其强度比钢强，模量和抗拉强度也优于铝合金。所以，碳纤维做为辐条的材质目前在市面上崭露头角，但是不同的工厂生产、制作工艺都不尽相同。市面上碳纤维复合材料成型的辐条加工方法是先制作辐条主体，再在辐条两端粘接金属件，使其具备辐条的功能。但这样制作的辐条为了达到一定的强度，往往在两端粘接较大尺寸的金属件，为了满足更轻量化的需求，相关技术仍有待提高。

发明内容

为此，本发明为解决上述问题，提供一种内芯倒锥式碳纤维辐条及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种内芯倒锥式碳纤维辐条，包括由碳纤维制成的辐条、牙帽和内埋帽头，辐条包括内芯主体和碳纤维预浸料，内芯主体的两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有倒锥部，牙帽和内埋帽头上均设有贯穿的安装孔，分别套接在第一连接端和第二连接端形成同轴结构，碳纤维预浸料包覆内埋帽头和内芯主体的第二连接端并延伸到第一连接端后一体成型，倒锥部置于碳纤维预浸料外。

进一步改进，所述倒锥部为倒锥形圆台状。

进一步改进，所述牙帽的安装孔包括锥孔部，且锥孔部的最大内径不大于倒锥部的最大外径。

进一步改进，所述第一连接端还设有直径渐变部，直径渐变部两端分别连接内芯主体与倒锥部。

进一步改进，所述内芯主体大体为圆柱形，成型后的辐条截面形状为圆形或扁平形或椭圆形或大体菱形。

进一步改进，内芯主体与牙帽和内埋帽头通过胶粘连接固定。

一种内芯倒锥式碳纤维辐条制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备牙帽和内埋帽头，牙帽和内埋帽头中心位置开设轴向通孔，牙帽的轴向通孔包括锥孔部；

步骤2，制备内芯主体，内芯主体由碳纤维采用模具成型或拉挤成型，内芯主体大体为圆柱形，两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有斜度的倒锥部；

步骤3，将牙帽自第二连接端套入内芯主体并放置到位，使有斜度的倒锥部嵌入牙帽的锥孔部；

步骤4，在内芯主体第二连接端涂覆耐高温胶粘剂，将内埋帽头自内芯主体套入并放置到位；

步骤5，使用碳纤维预浸料缠绕包覆内埋帽头和内芯主体的第二连接端并延伸到第一连接端形成预制品，其中内埋帽头完全置于碳纤维预浸料内，牙帽置于碳纤维预浸料外；

步骤6，将缠绕完成的预制品放入专用的成型模具里加温成型；

步骤7，成型后开模取出产品，需在牙帽的一端加工螺牙，完成后即为最终可用的产品，并配合组配的螺帽。

步骤3中，牙帽套放前，在内芯主体及倒锥部涂覆耐高温胶粘剂，使内芯主体及倒锥部与牙帽配合时还通过粘接固定。

步骤5中，用0度和带角度碳纤维预浸料缠绕包覆碳纤维芯和内埋帽头，从内芯本体的第一连接端带斜度的地方渐层缠绕，直到设计需要的厚度，缠绕好待成型的预制品。

步骤6中，模具的温度为150－160℃，加温时长为20－30分钟，所需要的辐条造型依实际设计需求，可以是圆形/扁形/椭圆形/类似菱形等截面形状。

通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

1、本发明内芯倒锥式碳纤维辐条，其内芯本体一端设有斜度的倒锥部，提高了牙帽与内芯本体的结合强度，使二者在拉力作用下越拉越紧，大大提升了拉伸强度。

2、帽头端采用内埋式结构，使内埋帽头完全置于碳纤维预浸料的包裹内而形成一个整体，解决了现有技术中碳纤维没有包裹帽头而造成帽头易脱离的问题，提升骑行或竞赛的安全性。

3、用胶合及碳纤维预浸料包覆辐条内芯和内埋帽头的工艺，辐条强度增加的同时，减小帽头尺寸及重量，使自行车车轮更加轻量化。

附图说明

图1是本发明实施例整体示意图；

图2是本发明实施例内埋帽头与辐条配合示意图；

图3是本发明实施例牙帽与辐条配合示意图；

图4是本发明实施例内埋帽头示意图；

图5是本发明实施例牙帽示意图；

图6是本发明实施例内芯第一连接端示意图；

图7是图1的A-A剖视图；

图8是本发明实施例螺帽示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1至图8所示，一种内芯倒锥式碳纤维辐条，包括由碳纤维制成的辐条1、牙帽2和内埋帽头3，辐条1包括内芯主体11和碳纤维预浸料12，内芯主体11的两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有倒锥部111，牙帽2和内埋帽头3上均设有贯穿的安装孔，分别套接在第一连接端和第二连接端形成同轴结构，安装孔孔径为小于2.0mm。碳纤维预浸料12包覆内埋帽头3和内芯主体11的第二连接端并延伸到第一连接端后一体成型，倒锥部111置于碳纤维预浸料12外。内芯本体的外径与牙帽2的安装孔和内埋帽头3的安装孔大小适配。为了适应轻量化和强度的要求，内芯主体11的外径直径小于2.0mm。内芯主体11与牙帽2和内埋帽头3通过胶粘连接固定。内芯主体11大体为圆柱形，成型后的辐条1截面形状为圆形或扁平形或椭圆形或大体菱形，本实施例中辐条1截面形状外椭圆形，如图7。

在本实施例中，图6所示，第一连接端设有依次相连的直径渐变部112和倒锥部111，如图3，碳纤维预浸料12包覆直径渐变部112的斜面部分，以提高第一连接端的强度。倒锥部111为倒锥形圆台状。如图5牙帽2的安装孔包括直孔部21和锥孔部22，直孔部21与直径渐变部112配合，锥孔部22与倒锥部111配合，且锥孔部22的最大内径不大于倒锥部111的最大外径。锥孔部22与倒锥部111配合提高了牙帽2与内芯本体的结合强度，使二者在拉力作用下越拉越紧，大大提升了拉伸强度。

在本实施例中，图2至图5所示，牙帽2和内埋帽头3均为金属件，内埋帽头3的形状为锥形，便于提高与碳纤维预浸料12包覆面积及防止预浸料叠层端部结束处过于集中。内埋帽头3完全被碳纤维预浸包裹，即完全置于纱片内部，再置于专用的成型模具中加温固化定型以形成一体成型的碳纤维辐条1。

本发明还提供一种内芯倒锥式碳纤维辐条1制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备牙帽2和内埋帽头3，牙帽2和内埋帽头3均为金属件，牙帽2和内埋帽头3中心位置开设轴向通孔，牙帽2的轴向通孔包括锥孔部22，内埋帽头3为锥形；

步骤2，制备内芯主体11，内芯主体11由碳纤维采用模具成型或拉挤成型，内芯主体11大体为圆柱形，两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有斜度的直径渐变部112和倒锥部111，内芯主体11与内埋帽头3和牙帽2的轴向通孔适配；

步骤3，将牙帽2自第二连接端套入内芯主体11并放置到位，使有斜度的倒锥部111嵌入牙帽2的锥孔部22；

步骤4，在内芯主体11第二连接端涂覆耐高温胶粘剂，将内埋帽头3自内芯主体11套入并放置到位；

步骤5，使用碳纤维预浸料12缠绕包覆内埋帽头3和内芯主体11的第二连接端并延伸到第一连接端形成预制品，其中内埋帽头3完全置于碳纤维预浸料12内，牙帽2置于碳纤维预浸料12外；

步骤6，将缠绕完成的预制品放入专用的成型模具里加温成型，模具的温度为150－160℃，加温时长为20－30分钟，所需要的辐条1造型依实际设计需求，可以是圆形/扁形/椭圆形/类似菱形等截面形状。

步骤7，成型后开模取出产品，需在牙帽2的一端加工螺牙，完成后即为最终可用的产品，并配合组配的螺帽4。

本发明制备方法中，步骤3中，牙帽2套放前，在内芯主体11及倒锥部111涂覆耐高温胶粘剂，使内芯主体11及倒锥部111与牙帽2配合时还通过粘接固定。

具体工艺如下：

1.辐条1的两头制作中间镂空的金属件，该金属件的材质为不锈钢、铝合金、钛合金等一些高强度的金属材质，中间镂空的孔径为小于2.0mm，牙帽2有卡槽，可在后面拧紧螺帽4的时候做为固定的作用，防止扭转；

2.制备碳纤维内芯主体11，内芯主体11大体为圆柱形，两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有斜度的直径渐变部112和倒锥部111，该碳纤维芯可以用模具和拉挤成型；

3.使用前，金属件及内芯主体11需做粗化处理，将内芯主体11先从金属件牙帽2和金属件内埋帽头3的孔中间穿过，倒锥部111与牙帽2适配；内芯主体11表面涂覆高强度的耐高温接合胶，连接后备用。

4.用0度和带角度碳纤维预浸料12缠绕/包覆内埋帽头3和内芯主体11的第二连接端并延伸至第一连接端，从牙帽2一端碳纤维内芯带斜度的地方(即直径渐变部112的斜面部位)渐层缠绕，直到设计需要的厚度，缠绕好待成型的预制品；

5.将缠绕好的预制品放到专用的成型模具里加温成型(155℃、30mins)，所需要的碳辐条1造型依实际设计需求，可以是圆形/扁形/椭圆形/类似菱形等截面形状。

成型后开模取出产品，需在牙帽2的一端加工螺牙，完成后即为最终可用的产品，并配合组配的螺帽4，如图8所示；

本发明碳纤维辐条特点如下：

1.牙帽内设锥形孔，与碳纤维内芯的倒锥部相配合从而提高牙帽与辐条连接的紧密度，提升牙帽端的抗扭性能，防止牙帽从辐条上拉脱。

2.内埋帽头被包覆于碳纤维内，有利于提高辐条帽头强度，同时减轻帽头的重量。

尽管结合优选实施例具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内芯倒锥式碳纤维辐条，其特征在于：包括由碳纤维制成的辐条、牙帽和内埋帽头，辐条包括内芯主体和碳纤维预浸料，内芯主体的两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有倒锥部，牙帽和内埋帽头上均设有贯穿的安装孔，分别套接在第一连接端和第二连接端形成同轴结构，碳纤维预浸料包覆内埋帽头和内芯主体的第二连接端并延伸到第一连接端后一体成型，倒锥部置于碳纤维预浸料外。

2.根据权利要求1所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条，其特征在于：所述倒锥部为倒锥形圆台状。

3.根据权利要求2所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条，其特征在于：所述牙帽的安装孔包括锥孔部，且锥孔部的最大内径不大于倒锥部的最大外径。

4.根据权利要求1所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条，其特征在于：所述第一连接端还设有直径渐变部，直径渐变部两端分别连接内芯主体与倒锥部。

5.根据权利要求1所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条，其特征在于：所述内芯主体大体为圆柱形，成型后的辐条截面形状为圆形或扁平形或椭圆形或大体菱形。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条，其特征在于：内芯主体与牙帽和内埋帽头通过胶粘连接固定。

7.一种内芯倒锥式碳纤维辐条制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，制备牙帽和内埋帽头，牙帽和内埋帽头中心位置开设轴向通孔，牙帽的轴向通孔包括锥孔部；

步骤2，制备内芯主体，内芯主体由碳纤维采用模具成型或拉挤成型，内芯主体大体为圆柱形，两端分别为第一连接端和第二连接端，第一连接端设有斜度的倒锥部；

步骤3，将牙帽自第二连接端套入内芯主体并放置到位，使有斜度的倒锥部嵌入牙帽的锥孔部；

步骤4，在内芯主体第二连接端涂覆耐高温胶粘剂，将内埋帽头自内芯主体套入并放置到位；

步骤5，使用碳纤维预浸料缠绕包覆内埋帽头和内芯主体的第二连接端并延伸到第一连接端形成预制品，其中内埋帽头完全置于碳纤维预浸料内，牙帽置于碳纤维预浸料外；

步骤6，将缠绕完成的预制品放入专用的成型模具里加温成型；

步骤7，成型后开模取出产品，需在牙帽的一端加工螺牙，完成后即为最终可用的产品，并配合组配的螺帽。

8.根据权利要求7所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条制备方法，其特征在于：步骤3中，牙帽套放前，在内芯主体及倒锥部涂覆耐高温胶粘剂，使内芯主体及倒锥部与牙帽配合时还通过粘接固定。

9.根据权利要求7所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条制备方法，其特征在于：步骤5中，用0度和带角度碳纤维预浸料缠绕包覆碳纤维芯和内埋帽头，从内芯本体的第一连接端带斜度的地方渐层缠绕，直到设计需要的厚度，缠绕好待成型的预制品。

10.根据权利要求7所述的一种内芯倒锥式碳纤维辐条制备方法，其特征在于：步骤6中，模具的温度为150－160℃，加温时长为20－30分钟，所需要的辐条造型依实际设计需求，可以是圆形/扁形/椭圆形/类似菱形等截面形状。

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