CN115891216A - 一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法及其产品，具体为：将碳纤维预浸料包覆水溶性砂芯模和连接件并预型成曲柄主体后，经加热固化、冷却、修整、溶解水溶性砂芯模后得到成品；本发明通过碳纤维预浸料包覆水溶性砂芯模热压成型后再将水溶性砂芯溶解，使曲柄内部形成空腔，从而在保证曲柄整体强度的前提下减轻其重量，有利于自行车性能的提升，避免了传统吹气成型过程中出现的吹气不顺畅、气袋易破、气袋难抽离等问题，且产品壁厚变异小，不会产生内折现象，水溶性砂芯为可重复利用材料，有利于环保和节约成本。

Description

一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法及其产品

技术领域

本发明涉及自行车配件领域，尤其是一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法及其产品。

背景技术

曲柄是自行车传动系统中重要的组成部分，用于连接脚踏和自行车前链轮。曲柄的结构包括主体和两端的主轴孔和副轴孔，主轴孔用于连接前链轮，副轴孔用于连接脚踏。随着自行车技术的发展，人们在材料、结构、设计美学等多方面对自行车及其配件做出了改进，以满足人们多样化的需求。碳纤维复合材料的引进，较大程度地提升了自行车的整体性能，使自行车在同等强度下具有比合金材料更轻的重量。

现有的碳纤维曲柄成型方式大多如中国专利文献CN 2934719 Y所示，先将碳纤维复合材以及环氧树脂将气袋贴合包覆，组成一概呈外壳体的形状，待外壳体贴设完成后，由气袋一端的通口将热气通入气袋之中，令外壳体受气袋的膨涨以及高温而定型，最后将外壳体位于气袋的通口未完全包覆之处以碳纤维复合材密合，如此完成曲柄本体整体结构。然而这种通过吹气成型的方式，需要设计好吹气路径，以使吹气顺利，成型后气袋容易抽离，降低抽气袋时对曲柄内部造成磨损，影响曲柄的强度和寿命；另一方面，气袋的是形成曲柄内部空腔的关键，气袋的大小和形状影响着碳纤维复合材料的使用量，从而决定曲柄的整体重量，在曲柄大小一致且能达到等同强度的前提下，气袋越小，包覆所需的碳纤维材料使用量越多，曲柄整体重量越重，制造成本越高。因此有必要寻找一种新的曲柄成型方式以替代吹气成型。

发明内容

为此，本发明为解决上述问题，提供一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法及其产品。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，具体为：将碳纤维预浸料包覆水溶性砂芯模和连接件并预型成曲柄主体后，经加热固化、冷却、修整、溶解水溶性砂芯模后得到成品。

进一步改进，所述水溶性砂芯模是采用水溶性砂芯在模具中热压成型的，其中水溶性砂芯为细砂和水溶性树脂按照一定比例混合，或其他市售品。

进一步改进，所述水溶性砂芯模包括第一砂芯模和第二砂芯模，所述第一砂芯模的两端分别为第一端和第二端，第一砂芯模的宽度自第一端向第二端逐渐增大，第一砂芯模的第一端端面和第二端端面均为朝向第二砂芯模的斜面，即第一砂芯模的第一端外侧长度大于内侧，第一砂芯模的第二端外侧长度大于内侧，这里的内外是以第二砂芯模为基准，以靠近第二砂芯模的一侧为内侧，以远离第二砂芯模的一侧为外侧；所述第二砂芯模的两端分别为第一端和第二端，第二砂芯模的宽度自第一端向第二端逐渐增大，第二砂芯模的第一端端面和第二端端面均为朝向第一砂芯模的斜面，即第二砂芯模的第一端外侧长度大于内侧，第二砂芯模的第二端外侧长度大于内侧，这里的内外是以第一砂芯模为基准，以靠近第一砂芯模的一侧为内侧，以远离第一砂芯模的一侧为外侧。

再进一步，所述预型采用预型模具进行，所述预型模具包括底座，底座上设有凹槽，凹槽的两端分别为第一端和第二端，凹槽的宽度自第一端向第二端逐渐增大，凹槽的第一端内设有竖直的第一限位柱，凹槽的第二端内设有竖直的第二限位柱；

所述预型步骤为：将连接件套接在第一限位柱中，分别在第一砂芯模和第二砂芯模外表面包覆碳纤维预浸料后，将二者放入预型模具的凹槽内，其中第一砂芯模和第二砂芯模的第一端置于凹槽的第一端内，且第一砂芯模的第一端端面和第二砂芯模的第一端端面位于连接件两侧，第一砂芯模和第二砂芯模的第二端置于凹槽的第二端内，且第一砂芯模的第二端端面和第二砂芯模的第二端端面位于第二限位柱两侧，最后采用碳纤维预浸料将连接件、第一砂芯模和第二砂芯模连接包覆，并填满凹槽空余处，得到曲柄主体；其中第二限位柱在曲柄主体上形成贯穿的通孔。

再进一步，第一砂芯模和第二砂芯模在包覆碳纤维预浸料之前先包覆一层保护膜，所述保护膜为PE材质，保护膜可以防止加热固化成型过程中碳纤维预浸料中的环氧树脂浸入砂芯模，并且有利于成型后砂芯模顺利溶解。

进一步改进，所述加热固化条件为155-165℃、25-35分钟。

进一步改进，所述冷却是指曲柄主体中心温度冷却到60℃。

进一步改进，所述修整是指对曲柄主体表面进行打磨使其达到光滑。

进一步改进，所述溶解水溶性砂芯模是指在曲柄主体上开设进水孔，再将曲柄主体置于水中，使水自进水孔流入曲柄主体内腔将第一砂芯模和第二砂芯模溶解，第一砂芯模和第二砂芯模溶解后在曲柄主体内部形成第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔之间具有一加强肋，所述水为60-90℃、压力为3-6MPa的高压热水。

再进一步，所述进水孔位于所述通孔侧壁；

再进一步，还包括封闭进水孔的步骤，具体为在进水孔外侧贴合碳纤维预浸料，经二次加热固化使进水孔封闭，以免对曲柄整体的强度造成不良影响。

本发明还提供一种曲柄，根据上述的利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法制得。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

通过碳纤维预浸料包覆水溶性砂芯模热压成型后再将水溶性砂芯溶解，使曲柄内部形成空腔，从而在保证曲柄整体强度的前提下减轻其重量，有利于自行车性能的提升，避免了传统吹气成型过程中出现的吹气不顺畅、气袋易破、气袋难抽离等问题，且产品壁厚变异小，不会产生内折现象，水溶性砂芯为可重复利用材料，有利于环保和节约成本。

附图说明

图1是本发明实施例曲柄立体图；

图2是本发明实施例水溶性砂芯模立体图；

图3是本发明实施例预型模具立体图；

图4是本发明实施例预型步骤示意图；

图5是本发明实施例曲柄剖视图；

图6是本发明实施例溶解水溶性砂芯模步骤示意图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“侧”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，具体为：将碳纤维预浸料包覆水溶性砂芯模和连接件并预型成曲柄主体后，经加热固化、冷却、修整、溶解水溶性砂芯模、封闭进水孔后得到成品10，如图1所示。

具体的，水溶性砂芯模是采用水溶性砂芯在模具中热压成型的。

图2所示，水溶性砂芯模包括第一砂芯模1和第二砂芯模2，所述第一砂芯模1的两端分别为第一端11和第二端12，第一砂芯模1的宽度自第一端11向第二端12逐渐增大，第一砂芯模1的第一端端面111和第二端端面121均为朝向第二砂芯模2的斜面，所述第二砂芯模2的两端分别为第一端21和第二端22，第二砂芯模2的宽度自第一端21向第二端22逐渐增大，第二砂芯模2的第一端端面211和第二端端面221均为朝向第一砂芯模1的斜面。

预型采用预型模具进行，图3所示，所述预型模具包括底座3，底座3上设有凹槽31，凹槽31的两端分别为第一端311和第二端312，凹槽31的宽度自第一端311向第二端312逐渐增大，凹槽31的第一端311内设有竖直的第一限位柱32，凹槽31的第二端312内设有竖直的第二限位柱33；

预型步骤为：

(1)将连接件4套接在第一限位柱32中，其中连接件4为金属件(未示出)；

(2)分别在第一砂芯模1和第二砂芯模2外表面包覆一层PE保护膜，之后在保护膜外包覆碳纤维预浸料，将二者放入预型模具的凹槽31内，图4所示，其中第一砂芯模1和第二砂芯模2的第一端置于凹槽31的第一端311内，且第一砂芯模1的第一端端面111和第二砂芯模2的第一端端面211位于连接件4两侧，第一砂芯模1和第二砂芯模2的第二端置于凹槽31的第二端312内，且第一砂芯模1的第二端端面121和第二砂芯模2的第二端端面221位于第二限位柱33两侧；

(3)采用碳纤维预浸料将连接件4、第一砂芯模1和第二砂芯模2连接包覆，并填满凹槽31空余处，得到曲柄主体；其中第二限位柱33在曲柄主体上形成贯穿的通孔101；

加热固化条件为155-165℃、25-35分钟。

冷却是指曲柄主体中心温度冷却到60℃。

修整是指对曲柄主体表面进行打磨使其达到光滑。

图5和图6所示，溶解水溶性砂芯模是指在曲柄主体上开设进水孔102，再将曲柄主体置于水中，使水自进水孔102流入曲柄主体内腔将第一砂芯模1和第二砂芯模2溶解，第一砂芯模1和第二砂芯模2溶解后在曲柄主体内部形成第一空腔103和第二空腔104，第一空腔103和第二空腔104之间具有一加强肋105，所述水为60-90℃、压力为3-6MPa的高压热水。

在本实施例中，进水孔102位于所述通孔101侧壁，与上述空腔连通。

封闭进水孔102具体为在进水孔102外侧贴合碳纤维预浸料，经二次加热固化使进水孔102封闭。

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)

1.一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：具体为：将碳纤维预浸料包覆水溶性砂芯模和连接件并预型成曲柄主体后，经加热固化、冷却、修整、溶解水溶性砂芯模后得到成品。

2.根据权利要求1所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述水溶性砂芯模是采用水溶性砂芯在模具中热压成型的。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述水溶性砂芯模包括第一砂芯模和第二砂芯模，所述第一砂芯模的两端分别为第一端和第二端，第一砂芯模的宽度自第一端向第二端逐渐增大，第一砂芯模的第一端端面和第二端端面均为朝向第二砂芯模的斜面，所述第二砂芯模的两端分别为第一端和第二端，第二砂芯模的宽度自第一端向第二端逐渐增大，第二砂芯模的第一端端面和第二端端面均为朝向第一砂芯模的斜面。

4.根据权利要求3所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述预型采用预型模具进行，所述预型模具包括底座，底座上设有凹槽，凹槽的两端分别为第一端和第二端，凹槽的宽度自第一端向第二端逐渐增大，凹槽的第一端内设有竖直的第一限位柱，凹槽的第二端内设有竖直的第二限位柱；

所述预型步骤为：将连接件套接在第一限位柱中，分别在第一砂芯模和第二砂芯模外表面包覆碳纤维预浸料后，将二者放入预型模具的凹槽内，其中第一砂芯模和第二砂芯模的第一端置于凹槽的第一端内，且第一砂芯模的第一端端面和第二砂芯模的第一端端面位于连接件两侧，第一砂芯模和第二砂芯模的第二端置于凹槽的第二端内，且第一砂芯模的第二端端面和第二砂芯模的第二端端面位于第二限位柱两侧，最后采用碳纤维预浸料将连接件、第一砂芯模和第二砂芯模连接包覆，并填满凹槽空余处，得到曲柄主体；其中第二限位柱在曲柄主体上形成贯穿的通孔；

优选的，第一砂芯模和第二砂芯模在包覆碳纤维预浸料之前先包覆一层保护膜，所述保护膜为PE材质。

5.根据权利要求1所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述加热固化条件为155-165℃、25-35分钟。

6.根据权利要求1所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述冷却是指曲柄主体中心温度冷却到600C。

7.根据权利要求1所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述修整是指对曲柄主体表面进行打磨使其达到光滑。

8.根据权利要求4所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述溶解水溶性砂芯模是指在曲柄主体上开设进水孔，再将曲柄主体置于水中，使水自进水孔流入曲柄主体内腔将第一砂芯模和第二砂芯模溶解，第一砂芯模和第二砂芯模溶解后在曲柄主体内部形成第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔之间具有一加强肋，所述水为60-90℃、压力为3-6MPa的高压热水。

9.根据权利要求8所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法，其特征在于：所述进水孔位于所述通孔侧壁；优选的，还包括封闭进水孔的步骤，具体为在进水孔外侧贴合碳纤维预浸料，经二次加热固化使进水孔封闭。

10.一种曲柄，根据权利要求1-9任一项所述的一种利用水溶性砂芯模成型碳纤维曲柄的方法制得。

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