一种质轻性韧自行车车架材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制造自行车车架的方法，尤其涉及一种质轻性韧自行车车架材料 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 自行车是一种常见的代步工具，如何生产出安全、轻便、环保、价格合适的自行车 车架一直是决定该行业发展的一个重要问题。用于制造自行车车架的材料主要有以下几 种：错合金、钛铝合金、碳纤维。其中铝合金由于弹性率及刚性低的问题，因此必须经过热处 理，否则强度不够，而一般规模的工厂无能力购买热处理设备。而钛铝合金作为自行车车架 用材也具有一定不足，钛合金价格过高，且其在自然界中以二氧化钛的形式存在，提炼和加 工过程较为复杂，技术要求高，且需要花费较多时间，因此成本相对较高；此外，钛合金溶解 及加工极为困难，因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触后马上变成二氧化钛，而二氧化钛 硬而脆，该部分的强度会不断下降。因此需用惰性气体小心焊接，因此使得钛合金的车架材 料成本大大提高。近年来，碳纤维材料因其质轻且抗冲击性良好而被广泛应用于户外运动 的自行车生产中，但其价格昂贵程度较钛合金而言有过之而不及，因此限制了其生产和销 量。
[0003] 此外，现有技术中采用增强复合材料来替代上述材料来生产自行车车架，其具有 比强度高、比刚度大、材料性能可设计、成型成本低等一系列优点。常见的有玻璃纤维增强 复合材料、碳纤维增强复合材料、劳伦纤维增强复合材料等。与现有技术相比，增强复合材 料具有多种优点，如：密度小，可有效降低车辆自身重量；弹性好，可有效吸收骑行中的振 动和噪音；易成型；美观。但是增强复合材料也存在不足，如脆性高，因而韧性不好。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题：为了获得一种轻质、韧性好的自行车车架材料，本发明提 供了一种质轻性韧自行车车架材料及其制备方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案： 一种质轻性韧自行车车架材料，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝 12~26份、碳纤维12~28份、纳米二氧化硅8~25份、聚碳酸酯9~18份、聚酰胺7~16份、硼纤 维8~20份、碳化钢纤维18~40份、聚苯乙烯6~19份、甲基二异氰酸酯6~14份、聚醚醚酮纤 维7~14份。
[0006] 作为本发明的一种优选方案，所述一种质轻性韧自行车车架材料主要由以下材料 按重量份数配比制成：纳米碳化铝19份、碳纤维21份、纳米二氧化硅18份、聚碳酸酯13份、 聚酰胺11份、硼纤维16份、碳化钢纤维34份、聚苯乙烯15份、甲基二异氰酸酯9份、聚醚 醚酮纤维11份。
[0007] -种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，包含以下步骤： (1)将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为 330~440 °C，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1 ; (2) 将步骤（1)获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为炜纱，在纺织机中织成纤维毡， 并平铺于模具中，将模具预热至270~440°C，热压成型后制成车架材料外表层； (3) 将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在2. 6~4.8MPa、 430~590°C条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2 ; (4) 将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在2. 6~4. 8MPa、430~590°C条件 下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3 ; (5) 将混合纤维2作为经纱、混合纤维3作为炜纱，在真空条件下压制成型，制成车架材 料内层； (6 )将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将 模具预热至460~770°C后送入热压机中加工成型。
[0008] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（1)中将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚 醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为430°C，搅拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合 纤维1。
[0009] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（2)中将步骤（1)获得的混合纤维1作为经 纱，碳纤维作为炜纱，在纺织机中织成纤维毡，并平铺于模具中，将模具预热至4KTC，热压 成型后制成车架材料外表层。
[0010] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（3)中将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化 钢纤维置于高压反应釜中，在4. 5MPa、556°C条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机 中挤出，获得混合纤维2。
[0011] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（4)中将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于 高压反应釜中，在4. 6MPa、565°C条件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获 得混合纤维3。
[0012] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（6)中将车架材料内层置于自行车车架注 射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将模具预热至740°C后送入热压机中加工成 型。
[0013] 有益效果 与现有技术相比，本发明具有以下优点： (1)本发明制得的自行车车架材料轻质，且韧性较高，使用寿民较长； (2 )本发明制得的自行车车架材料生产成本低，价格便宜。
【具体实施方式】
[0014] 实施例1 一种质轻性韧自行车车架材料，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝12 份、碳纤维12份、纳米二氧化硅8份、聚碳酸酯9份、聚酰胺7份、硼纤维8份、碳化钢纤维 18份、聚苯乙烯6份、甲基二异氰酸酯6份、聚醚醚酮纤维7份。
[0015] -种质轻性韧自行车车架材料的制备方法，包含以下步骤： (1)将聚苯乙烯、甲基二异氰酸酯和聚醚醚酮纤维置于反应釜中，反应温度为330°C，搅 拌混匀后在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维1 ; (2) 将步骤（1)获得的混合纤维1作为经纱，碳纤维作为炜纱，在纺织机中织成纤维毡， 并平铺于模具中，将模具预热至270°C，热压成型后制成车架材料外表层； (3) 将聚碳酸酯、聚酰胺、硼纤维和碳化钢纤维置于高压反应釜中，在2. 6MPa、430°C条 件下，高温高压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维2 ; (4) 将纳米碳化铝和纳米二氧化硅置于高压反应釜中，在2. 6MPa、430°C条件下，高温高 压混合均匀，并在双螺杆挤出机中挤出，获得混合纤维3 ; (5) 将混合纤维2作为经纱、混合纤维3作为炜纱，在真空条件下压制成型，制成车架材 料内层； (6 )将车架材料内层置于自行车车架注射模具中，并将车架材料外表层铺设于其上，将 模具预热至460°C后送入热压机中加工成型。
[0016] 实施例2 一种质轻性韧自行车车架材料，主要由以下材料按重量份数配比制成：纳米碳化铝19 份、碳纤维21份、纳米二氧化硅18份、聚碳酸酯13份、聚酰胺11份、硼纤维16份、碳化钢 纤维34份、聚苯乙烯15份、甲基二异氰酸酯9份、聚醚醚酮纤