CN203681136U - 多tg碳纤维轮圈 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多TG碳纤维轮圈,轮圈由碳纤维复合材料制成,包括两个相交的侧壁和一连接桥,连接桥两边区隔出一用于放置内胎的胎位孔槽和一个“V”形内腔体,二者呈上下排列,胎位孔槽和连接桥附近对应的侧壁为刹车边,刹车边和连接桥组合成截面为“H”形结构,“H”形结构与内腔体对应的侧壁分别采用2种或2种以上不同TG的环氧树脂碳纤维材料。本实用新型在承受胎压的刹车区域,采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料,有效降低了轮圈的烧框风险,既提高轮圈的安全性,兼顾产品的轻量及安全两方面的要求;在非刹车部分,采180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料,具有良好的刚性和韧性,提高产品耐冲击强度。
Description
技术领域
本实用新型涉及自行车配件应用领域,尤其是一种多TG碳纤维轮圈。
背景技术
自行车运动是一项对人身体非常有益处的有氧户外运动,在欧美等发达国家得到广泛的开展。据统计,在美国,大约有1/3之一的户外运动是自行车运动。由此可见此运动开展的普遍性。自行车也从我们印象中传统的交通工具变成健身器材。各个厂商无不努力改进产品设计,制造工艺,使用更好的材料,以求得更好的自行车。
制造自行车的材料,已经从钢材,逐步变成铝合金,以追求轻量化。近年来,更是大规模使用昂贵的碳纤维材料来制作自行车车身。
相对于车身,自行车的轮圈更是心脏。它的作用,就相当于汽车的发动机。由此可见其重要性。各个厂家无不下大力气研制更好的自行车轮圈,纷纷采用新材料新工艺, 以研制更轻更省力的产品。对于轮圈来说, 要使之更轻更省力, 主要有两个因素。 一是轮圈的重量, 一是轮圈的风阻。 轻的轮圈发力快, 爬坡轻快, 这很好理解。 而对于风阻来说, 当高速骑行时,风阻就变得非常的关键。一般认为,风阻跟速度的平方成正比。所以,低风阻的设计越来越流行。为了获得低的风阻, 纷纷将截面设计成流线型。截面的加高,势必增加重量,所以,必须在重量与低风阻有所取舍。
对于重量而言,相比于钢,铝合金材料,碳纤维复合材料具有无可比拟的优越性。碳纤维复合材料(CFRP),其强度比钢强,但密度只有1.6g/cm3, 只有钢的1/5,跟铝合金相比,其模量是铝的10倍,抗拉强度是铝的2倍,但重量只有铝合金的40%。所以,碳纤材料广泛用来制作自行车轮圈。
现有的碳纤维自行车轮圈一般采用环氧树脂预浸料,经叠层,加热加压成型制得。其成型温度一般在150℃,成型时间45-60分钟。习用的环氧树脂的玻璃转化点(也称为TG)在100-130℃。用这种材料及成型工艺制得的轮圈轻量,强度高。但这种轮圈的缺点是,在使用过程中, 遇到长下坡时, 因为需要长时间刹车, 刹车边的温度会达到180℃左右, 由于刹车边使用的环氧树脂的TG点只有100℃-130℃, 在胎压的作用下,安置内胎的槽孔软化并张开, 导致突然间爆胎,造成摔车事故,从而产生对骑乘者的安全伤害。这种现象俗称烧框。
有业者研究使用TG超过220℃的环氧树脂来制作轮圈。但220℃TG的环氧树脂虽然能解决在刹车产生的高温情况下的安全问题, 但这种树脂衍生了很多问题。首先, 这种高TG树脂的成型条件苛刻, 需要220℃以上, 并且成型时间长达4个小时以上, 产量低下, 成型成本高昂, 难以大规模应用;其次,材料价格昂贵, 其价格是普通TG树脂的10倍以上,大规模推广受限制;第三,是材料的层间结合强度差, 难以耐很高的胎压;第四, 材质比较脆, 耐撞击强度低下,导致在一般使用的条件下, 如果碰到撞击, 轮圈很容易损坏, 也很容易对骑乘者产生伤害。
发明内容
本实用新型为了解决上述存在的问题,提供一种多TG碳纤维轮圈,克服了现有技术的不足,在刹车部分,采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料,充分保障了产品在刹车时高温下的强度,确保了产品的安全性;非刹车部分,采180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料,可以提高产品耐冲击强度。不同TG的环氧树脂材料得到合理化的使用,使材料成本得到合理的控制,可大规模推广使用。
还提供一种多TG碳纤维轮圈的制备方法,产品的结构一次性整体成型,提高了产品的强度、耐用度和安全性,实用性高,成本合理。
本实用新型采用如下技术方案:多TG碳纤维轮圈,由碳纤维复合材料制成,包括两个相交的侧壁和一连接桥,所述连接桥两边区隔出一用于放置内胎的胎位孔槽和一个“V”形内腔体,二者呈上下排列,所述胎位孔槽和连接桥附近对应的侧壁为刹车边,所述刹车边和连接桥组合成截面为“H”形结构,其特征在于,所述“H”形结构与所述内腔体对应的侧壁分别采用2种或2种以上不同TG的环氧树脂碳纤维材料,其中,所述“H”形结构采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料,所述内腔体对应的侧壁采用180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料。
优选的,所述“H”形结构采用的环氧树脂碳纤维材料TG在190℃以上。
进一步的,所述“H”形结构采用的环氧树脂碳纤维材料TG的范围是190℃至220℃。
优选的,所述内腔体对应的侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG范围是100℃至180℃。
进一步的,所述内腔体对应的两侧壁相交处采用的环氧树脂碳纤维材料TG值的范围是100℃至130℃;内腔体对应的其余侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG范围是150℃至180℃。
进一步的,所述内腔体对应的侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG是120℃。
上述多TG碳纤维轮圈的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、“H”形结构碳圈成型:制作一个“H”形槽的成型模具,将高TG的碳纤维树脂预浸布铺层在此模具的“H”形槽上,将模具锁紧后放入高温烤箱中成型,脱模备用;
步骤2、“V”形内腔体碳圈成型:将低TG的碳纤维树脂预浸布依据轮圈的内腔体形状叠层成一个截面为“V”形的内腔体碳圈,在V形内腔体碳圈的开口处,预留有与“H”形结构碳圈结合的碳纤维预浸片材,分别为胎位槽孔片材和内腔体底部片材,两者间用离型材料隔开;将气袋置入V形内腔体碳圈的槽中;
步骤3、将“H”形结构碳圈放置“V”形内腔体碳圈的开口处的对应位置,开口处两边的胎位槽孔片材贴合在“H”形结构碳圈的外表面,内腔体底部片材贴合在“H”形结构碳圈内表面,依据胎位槽孔和内腔体的形状进行叠层,从而制得轮圈预型品;
步骤4、将轮圈预型品放入钢制模具中, 然后放入成型设备中, 合模, 往成型气袋中充高压气体成型;
步骤5、将成型的轮圈毛胚品去除毛边, 取出成型气袋;在胎位孔槽和腔室底部钻孔;表面进行烤漆处理。
优选的,成型模具中包括2块用软质材料制成的,并分别与“H”形结构碳圈上、下部份的内部形状吻合的芯模,将高TG的碳纤维树脂预浸布分别包裹在芯模的表面,再置入成型模具中。
优选的,在步骤2中,将 TG范围在100℃至130℃的碳纤维树脂预浸布铺设成两侧壁相交处的碳圈,在此碳圈外部铺设TG范围在150℃至180℃的碳纤维树脂预浸布,形成一个截面为“V”形的内腔体碳圈。
优选的,在步骤1中,所述烤箱中的成型温度为200℃以上,加热时间为6小时;或烤箱中的成型温度为220℃以上,加热时间为4小时。
本实用新型具有以下有益之处:1、在承受胎压的刹车区域,采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料,充分保障了产品在刹车时高温下的强度, 有效降低了轮圈的烧框风险,既提高轮圈的安全性,又不增加碳纤维轮圈的重量,兼顾产品的轻量及安全两方面的要求;2、在非刹车部分,采180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料,具有良好的刚性和韧性,提高产品耐冲击强度;3、符合不同部位的温度要求,不同TG的树脂材料得到合理化的应用,充分发挥各自优势,提高了产品的强度、耐用度和安全性,实用性高,可大规模推广使用。
附图说明
图1为自行车轮圈结构示意图;
图2为本实用新型实施例一的结构示意图;
图3 为本实用新型实施例二的结构示意图;
图4为本实用新型的“H”形结构示意图;
图5为本实用新型制备方法的“H”形槽的成型模具结构示意图;
图6为本实用新型实施例一制备中的“V”形内腔体碳圈结构示意图;
图7为本实用新型实施例一制备步骤3中组合预型示意图;
图8为本实用新型实施例二制备中的“V”形内腔体碳圈结构示意图;
附图标记:1、连接桥;2、侧壁;21、刹车边;22、内腔体对应的侧壁;23、侧壁相交处;3、胎位孔槽;4、内腔体;5、“H”形槽的成型模具;51、芯模;52、芯模;53、“H”形槽; 7a、内腔体底部片材;7b、胎位槽孔片材;7c、离型材料;7d、气袋;a、“H”形结构碳圈的外表面;b、“H”形结构碳圈的内表面。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示,多TG碳纤维轮圈,整体由碳纤维复合材料制成,包括两个相交的侧壁2和一连接桥1,所述连接桥1两边区隔出一用于放置内胎的胎位孔槽3和一个“V”形内腔体4,二者呈上下排列,胎位孔槽3和连接桥1附近对应的侧壁为刹车边21,刹车边21和连接桥1组合成截面为“H”形结构,如图4所示。
由于碳纤维复合材料的低导热系数,使得刹车边21因刹车摩擦产生的热能不易扩散,易产生热堆积,从而使刹车边的温度上升,根据实验表明,刹车时,刹车边的温度可达180℃左右。因此,本实用新型的具体实施方式为在“H”形结构与内腔体对应的侧壁分别采用2种或2种以上不同TG的环氧树脂碳纤维材料,其中,刹车边所在的“H”形结构采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料,内腔体对应的侧壁采用180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料。
实施例一
如图2所示,由于在长下坡持续刹车的情况下,刹车边21的温度可以达到180℃以上,因此,要求“H”形结构采用的环氧树脂碳纤维材料TG在190℃以上;同时考虑到TG值越高,其成本也越昂贵,层间结合强度和耐冲击性也越差,环氧树脂碳纤维材料TG值最好控制在220℃以下为最佳。内腔体4对应的侧壁22采用的环氧树脂碳纤维材料TG范围是100℃至180℃。从价格和耐冲击性方面考虑,最优选的,内腔体对应的两侧壁22采用的环氧树脂碳纤维材料TG是120℃。
实施例二
如图3所示,“H”形结构与实施例一相同,不同之处在于:内腔体对应的两侧壁相交处23采用的环氧树脂碳纤维材料TG值的范围是100℃至130℃;内腔体4对应的其余侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG范围是150℃至180℃。
实施例一的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、“H”形结构碳圈成型:制作一个“H”形槽的成型模具5,将TG范围是190℃至220℃的碳纤维树脂预浸布铺层在此模具的“H”形槽53上,将模具锁紧后放入高温烤箱中成型,烤箱中的成型温度为200℃,加热时间为6小时,或烤箱中的成型温度为220℃,加热时间为4小时;然后脱模备用;
步骤2、“V”形内腔体碳圈成型:如图6所示,将TG范围是100℃至180℃的碳纤维树脂预浸布依据轮圈的内腔体形状叠层成一个截面为“V”形的内腔体碳圈,在V形内腔体碳圈的开口处,预留有与“H”形结构碳圈结合的碳纤维预浸片材,分别为胎位槽孔片材7b和内腔体底部片材7a,两者间用离型材料7c隔开;将气袋7d置入V形内腔体碳圈的槽中;
步骤3、组合预型:如图7所示,将“H”形结构碳圈放置“V”形内腔体碳圈的开口处的对应位置,开口处两边的胎位槽孔片材7b贴合在“H”形结构碳圈的外表面b,内腔体底部片材7a贴合在“H”形结构碳圈内表面a,依据胎位槽孔3和内腔体4的形状进行叠层,从而制得轮圈预型品;
步骤4、轮圈毛胚成型:将轮圈预型品放入钢制模具中, 然后放入成型设备中, 合模, 往成型气袋中充高压气体成型;将成型的轮圈毛胚品去除毛边, 取出成型气袋;在胎位孔槽和腔室底部钻孔;表面进行烤漆处理。
如图5所示,“H”形槽的成型模具5中包括2块用软质材料制成的,并分别与“H”形结构碳圈上、下部份的内部形状吻合的芯模51、52,将TG范围在190℃至220℃的碳纤维树脂预浸布分别包裹在芯模51、52的表面,再置入成型模具5中。
如图8所示,实施例二的制备方法,与实施例一的方法区别在于步骤2中,需将 TG范围在100℃至130℃的碳纤维树脂预浸布铺设成两侧壁相交处23的碳圈,在此碳圈外部铺设TG范围在150℃至180℃的碳纤维树脂预浸布,形成一个截面为“V”形的内腔体碳圈。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,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实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化,均为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.多TG碳纤维轮圈,由碳纤维复合材料制成,包括两个相交的侧壁和一连接桥,所述连接桥两边区隔出一用于放置内胎的胎位孔槽和一个“V”形内腔体,二者呈上下排列,所述胎位孔槽和连接桥附近对应的侧壁为刹车边,所述刹车边和连接桥组合成截面为“H”形结构,其特征在于,所述“H”形结构与所述内腔体对应的侧壁分别采用2种或2种以上不同TG的环氧树脂碳纤维材料,其中,所述“H”形结构采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料,所述内腔体对应的侧壁采用180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料。
2.如权利要求1所述的多TG碳纤维轮圈,其特征在于,所述“H”形结构采用的环氧树脂碳纤维材料TG在190℃以上。
3.如权利要求2所述的多TG碳纤维轮圈,其特征在于,所述“H”形结构采用的环氧树脂碳纤维材料TG的范围是190℃至220℃。
4.如权利要求1所述的多TG碳纤维轮圈,其特征在于,所述内腔体对应的侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG范围是100℃至180℃。
5.如权利要求4所述的多TG碳纤维轮圈,其特征在于,所述内腔体对应的两侧壁相交处采用的环氧树脂碳纤维材料TG值的范围是100℃至130℃;内腔体对应的其余侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG范围是150℃至180℃。
6.如权利要求4所述的多TG碳纤维轮圈,其特征在于,所述内腔体对应的侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG是120℃。
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Cited By (2)
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CN103722977A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-16 | 厦门碳帝复合材料科技有限公司 | 多tg碳纤维轮圈及其制备方法 |
TWI611913B (zh) * | 2015-07-08 | 2018-01-21 | Hocheng Corp | 車輪輪圈之成型方法 |
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2014
- 2014-01-23 CN CN201420042588.2U patent/CN203681136U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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