全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车及其制备方法与流程

文档序号:11124844
本发明涉及一种自行车及其制备方法,具体涉及一种全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车及其制备方法。
背景技术
:目前,基于城市交通拥堵,城市机动车的尾气排放所造成的雾霾气候,给人们的生命、生活、生产等带来一系列的影响,也基于人们对健康、环保、低碳出行的愿望,以及强烈需要一种高效、便捷、快速的出行方式,特别是在城市短距离出行的状态下,人们迫切需求一种绿色环保的出行方式。这种情况下,自行车这一传统的出行方式被人们作为现代化公共交通工具所亲睐。传统自行车一般为钢管、铝合金管等经焊接、铆合等技术制造而成,这类自行车如果作为公共自行车存在易锈蚀、易被偷盗的缺点。而采用新型的纤维增强复合材料制备而成的自行车,可以利用纤维增强复合材料的轻质、高强度、耐腐蚀等特性,防止了自行车的锈蚀;同时由于纤维增强树脂基复合材料的回收再利用技术难度相对较高,因此不易被偷盗。玄武岩纤维所用的矿石原料为火山岩,早已在地壳内部形成了天然的硅酸盐物质,其熔体性能恰可用来纺丝,是大自然赋予人类天然的“类玻璃”;玻璃纤维在熔融过程中会排放出含氟含硼气体(早期无碱玻纤配方)或碳酸盐高温下分解排放二氧化碳气体,而玄武岩纤维的原料在几百万年前火山喷发过程中已经排放了各种有害气体,再次高温熔融时仅经过简单的物理化学变化即可达到适合拉丝的状态,并且废丝仍可切断回炉再利用,因此其生产过程极其环保。玄武岩纤维是一种典型的环境友好型纯天然绿色纤维,符合国家产业发展政策指导方向。连续玄武岩纤维(ContinuousBasaltFibre,文中简称CBF或BF)是以天然玄武岩矿石作为原料,在1500℃左右高温熔融后,经铂铑合金漏板成型、由拉丝机高速牵伸连续几万米不断而得到的纤维。由于目前,中国、俄罗斯、乌克兰、美国等几个国家掌握了玄武岩纤维的工业化生产技术。玄武岩纤维是新兴的环保型无机纤维材料,具有轻质高强、耐高温、耐侵蚀、绝热隔音等优异性能,在航天航空、汽车船舶、土建交通等领域具有广泛用途,市场前景广阔,采用玄武岩纤维制备自行车更是符合绿色产业的发展思路。目前市场上的纤维自行车仅仅见到的是碳纤维自行车,而其他纤维自行车仍未见。但碳纤维自行车价格非常高,而且其耐冲击性能差,难以作为公共自行车大批量推广。另外,碳纤维自行车制备工艺复杂、流水线长、所需工人数量多, 这也是导致其价格居高不下的一个主要原因;同时碳纤维在生产过程中能耗大、排放大、不环保,不符合绿色产业发展要求。专利CN102049830B,介绍了一种用复合材料制造自行车架的方法,其使用的是纤维增强热塑性复合材料,虽然解决了轻质、耐腐蚀问题,但由于纤维增强热塑性材料的杨氏弹性模量仍然偏低,自行车车架的刚性不足,在骑行过程中仍感觉有扭曲、晃动感觉,造成了骑行的不舒适感觉。技术实现要素:发明目的:针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种强度高、弹性模量大、刚性强、舒适度高的全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车;本发明还提供一种全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车的制备方法。技术方案:为了实现上述目的,如本发明所述一种全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车,自行车车把、前叉、车架、轮毂、曲柄、脚蹬部件全部由玄武岩纤维增强树脂基复合材料制备而成。所述玄武岩纤维增强树脂基复合材料主要由以下重量份的原料所制成:玄武岩纤维70-75份、树脂25-30份、固化剂0.5-15份、脱模剂0.25-3份、促进剂0.125-3份。所述玄武岩纤维为连续玄武岩纤维纱线、玄武岩纤维布、玄武岩纤维粉的一种或两种。所述树脂为热固性树脂中的乙烯基树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂;或为热塑性树脂中的尼龙或聚丙烯。进一步地,所述车把采用连续玄武岩纤维纱线和热固性树脂;所述前叉、车架用玄武岩纤维布和热固性树脂;所述轮毂采用玄武岩纤维布、玄武岩纤维粉和热固性树脂;所述曲柄采用连续玄武岩纤维纱线、玄武岩纤维粉和热固性树脂;所述脚蹬采用连续玄武岩纤维纱线、玄武岩纤维粉和热塑性树脂。进一步地,所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁脂、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐或间苯二胺。进一步地,所述脱模剂为硬脂酸锌、机油、液体石蜡或硅胶。进一步地,所述促进剂为环烷酸钴、萘酸钴、异辛酸钻或二乙基苯胺。如本发明所述全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)将玄武岩纤维浸渍热固性树脂制备成玄武岩纤维增强热固树脂预浸料;将玄武岩纤维与热塑性树脂通过纤维增强热塑性塑料成型机,制备成玄武岩纤维增强热塑树脂塑料;(2)根据自行车部件需求,选用玄武岩纤维增强热固树脂预浸料或玄武岩纤维增强热塑树脂塑料进行裁剪成相应部件;(3)将裁剪好的部件材料摆放在已经预热到设定温度120℃~170℃的模压模具中;(4)启动模压设备,在设定的温度120℃~170℃和压力450-550吨条件下,保持一定时间3-7min,制备成相应的自行车部件;(5)将自行车各部件拼装起来,快速制备而成自行车。进一步地,所述自行车适用于微交通的公共自行车或家庭用自行车。有益效果:由现有技术相比,本发明的一种玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车具有如下优点:(1)由于采用玄武岩纤维增强树脂基复合材料为自行车的原料,使用的纤维为玄武岩纤维是新型的无机非金属纤维,价格比碳纤维低很多,自行车成本降低;本发明所制备的自行车度强度高、弹性模量大、刚性强、舒适度高;(2)本发明在自行车不同部件使用不同形式的玄武岩纤维材料和树脂,可以最大限度增强自行车各个部件的力学性能。(3)本发明的制备方法与传统的模压工艺相比,传统的模压工艺原材料中纤维含量仅为20%左右,本发明采用新的模压工艺,可使纤维含量提高到60-70%,使得产品性能大幅度提高,并且重量较轻;本发明采用模压工艺,快速成型,大大缩短了制备时间和所需工人数量,进一步节约了成本。具体实施方式实施例1组方:自行车车把:连续玄武岩纤维纱线70份、乙烯基树脂25份;车架、前叉部件:玄武岩纤维布70份、环氧树脂25份;轮毂:玄武岩纤维布60份、玄武岩纤维粉10份、聚氨酯树脂25份;曲柄:连续玄武岩纤维纱线60份、玄武岩纤维粉10份、乙烯基树脂25份;脚蹬:连续玄武岩纤维纱线60份、玄武岩纤维粉10份、尼龙25份。制备方法:(1)将玄武岩纤维浸渍热固性树脂制备成玄武岩纤维增强热固树脂预浸料;将玄武岩纤维与热塑性树脂通过纤维增强热塑性塑料成型机,制备成玄武岩纤维增强热塑树脂塑料;(2)根据自行车部件需求,选用玄武岩纤维增强热固树脂预浸料或玄武岩纤维增强热塑树脂塑料进行裁剪成相应部件;(3)将裁剪好的部件材料摆放在已经预热到设定温度120℃的模压模具中;(4)启动模压设备,在设定的温度120℃℃和压力450吨条件下,保持一定时间7min,制备成相应的自行车部件;(5)将自行车各部件拼装起来,快速制备而成自行车。实施例2组方:自行车车把:连续玄武岩纤维纱线75份、环氧树脂30份;车架、前叉部件:玄武岩纤维布75份、乙烯基树脂30份;轮毂:玄武岩纤维布65份、玄武岩纤维粉10份、乙烯基树脂30份;曲柄:连续玄武岩纤维纱线65份、玄武岩纤维粉10份、聚氨酯树脂30份。脚蹬:连续玄武岩纤维纱线65份、玄武岩纤维粉10份、尼龙30份。制备方法:(1)将玄武岩纤维浸渍热固性树脂制备成玄武岩纤维增强热固树脂预浸料;将玄武岩纤维与热塑性树脂通过纤维增强热塑性塑料成型机,制备成玄武岩纤维增强热塑树脂塑料;(2)根据自行车部件需求,选用玄武岩纤维增强热固树脂预浸料或玄武岩纤维增强热塑树脂塑料进行裁剪成相应部件;(3)将裁剪好的部件材料摆放在已经预热到设定温度170℃的模压模具中;(4)启动模压设备,在设定的温度170℃和压力550吨条件下,保持一定时间3min,制备成相应的自行车部件;(5)将自行车各部件拼装起来,快速制备而成自行车。实施例3组方:自行车车把:连续玄武岩纤维纱线72.5份、乙烯基树脂27.5份;车架、前叉部件:玄武岩纤维布72.5份、环氧树脂27.5份;轮毂:玄武岩纤维布62.5份、玄武岩纤维粉10份、聚氨酯树脂27.5份;曲柄:连续玄武岩纤维纱线62.5份、玄武岩纤维粉10份、乙烯基树脂27.5份。脚蹬:连续玄武岩纤维纱线62.5份、玄武岩纤维粉10份、聚丙烯27.5份。制备方法:(1)将玄武岩纤维浸渍热固性树脂制备成玄武岩纤维增强热固树脂预浸料;将玄武岩纤维与热塑性树脂通过纤维增强热塑性塑料成型机,制备成玄武岩纤维增强热塑树脂塑料;(2)根据自行车部件需求,选用玄武岩纤维增强热固树脂预浸料或玄武岩纤维增强热塑树脂塑料进行裁剪成相应部件;(3)将裁剪好的部件材料摆放在已经预热到设定温度145℃的模压模具中;(4)启动模压设备,在设定的温度145℃和压力500吨条件下,保持一定时间5min,制备成相应的自行车部件;(5)将自行车各部件拼装起来,快速制备而成自行车。实施例4组方:自行车车把:连续玄武岩纤维纱线73份、聚氨酯树脂28份;车架、前叉部件:玄武岩纤维布73份、环氧树脂28份;轮毂:玄武岩纤维布60份、玄武岩纤维粉13份、乙烯基树脂28份;曲柄:连续玄武岩纤维纱线60份、玄武岩纤维粉13份、乙烯基树脂28份。脚蹬:连续玄武岩纤维纱线60份、玄武岩纤维粉13份、聚丙烯28份。制备方法:(1)将玄武岩纤维浸渍热固性树脂制备成玄武岩纤维增强热固树脂预浸料;将玄武岩纤维与热塑性树脂通过纤维增强热塑性塑料成型机,制备成玄武岩纤维增强热塑树脂塑料;(2)根据自行车部件需求,选用玄武岩纤维增强热固树脂预浸料或玄武岩纤维增强热塑树脂塑料进行裁剪成相应部件;(3)将裁剪好的部件材料摆放在已经预热到设定温度140℃的模压模具中;(4)启动模压设备,在设定的温度140℃和压力500吨条件下,保持一定时间6min,制备成相应的自行车部件;(5)将自行车各部件拼装起来,快速制备而成自行车。实施例5组方:自行车车把:连续玄武岩纤维纱线72份、聚氨酯树脂27份;车架、前叉部件:玄武岩纤维布72份、乙烯基树脂27份;轮毂:玄武岩纤维布60份、玄武岩纤维粉12份、乙烯基树脂27份;曲柄:连续玄武岩纤维纱线60份、玄武岩纤维粉12份、环氧树脂27份。脚蹬:连续玄武岩纤维纱线60份、玄武岩纤维粉12份、聚丙烯27份。制备方法:(1)将玄武岩纤维浸渍热固性树脂制备成玄武岩纤维增强热固树脂预浸料;将玄武岩纤维与热塑性树脂通过纤维增强热塑性塑料成型机,制备成玄武岩纤维 增强热塑树脂塑料;(2)根据自行车部件需求,选用玄武岩纤维增强热固树脂预浸料或玄武岩纤维增强热塑树脂塑料进行裁剪成相应部件;(3)将裁剪好的部件材料摆放在已经预热到设定温度150℃的模压模具中;(4)启动模压设备,在设定的温度120℃~170℃和压力500吨条件下,保持一定时间4min,制备成相应的自行车部件;(5)将自行车各部件拼装起来,快速制备而成自行车。试验例1根据《GB/T1448-2005纤维增强塑料压缩性能实验方法》测试各实施例自行车的抗压刚性;根据《GB/T3565-2005自行车安全要求》测试各样品自行车的耐疲劳性、耐冲击性;根据骑行体验者的感觉评价舒适度,结果见表1。对比例1为现有技术中铝合金自行车;对比例2为现有技术中纤维增强热塑性复合材料自行车。表1全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车的各项性能对比刚性耐疲劳性耐冲击性舒适度纤维含量对比例1一般一般一般一般0对比例2一般强一般一般25%实施例1强强强优良65%实施例2强强强优良67%实施例3强强强优良72%实施例4强强强优良68%实施例5强强强优良70%由表1可知,本发明的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车具有抗压刚性强、耐疲劳性强、耐冲击性强、舒适度优良等特点,与对比例1相比各项指标高于铝合金自行车;与对比例2相比本发明实施例的自行车的刚性、耐冲击性、舒适度都要更好;同时本发明的制备方法可使纤维含量提高到60-70%。试验例2根据《GB/T1447-2005纤维增强塑料拉伸性能实验方法》测试本发明实施例预浸布的拉伸强度、弹性模量;根据《GB/T3857-2005玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法》测试各实施例预浸布的耐酸性介质(5%HCl,80℃,1d,强度保留率)的侵蚀性;根据《GB/T9979-2005纤维增强塑料高低温力学性能试验准则》测试各实施例的耐高温性能(200℃,20min,强度保留率)。根据《GB/T1448-2005纤维增强塑料压缩性能实验方法》测试各实施例自行车的 抗压刚性;根据骑行体验者的感觉评价舒适度,结果见表2。对比例1为现有技术中碳纤维自行车;表2全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车的各项性能由表2可知,本发明的玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车具有抗拉强度高、弹性模量高、耐化学侵蚀、耐高温,与对比例1相比,既可以达到碳纤维自行车的各种性能标准,同时刚性强,骑行舒适度高,纤维含量高,并且成本远低于碳纤维自行车。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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