一种自行车碳纤维脚蹬及其制备方法
【专利说明】一种自行车碳纤维脚蹬及其制备方法
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技术领域
[0002]本申请属于碳纤维材料领域，尤其涉及自行车构件工艺领域的自行车碳纤维脚蹬及其制备方法。
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【背景技术】
[0004]碳纤维自行车主要是中高档的竞赛用自行车，作为新兴材料，碳纤维主要应用于车架、前叉、轮组等。碳纤维管又称碳素纤维管，也称碳管，碳纤管，是采用碳纤维复合材料预浸入苯乙稀基聚脂树脂经加热固化拉挤(缠挠)而成。在制过程中，可以通过不同的模具生产出各种型材，如:不同规格的碳纤维圆管，不同规格的方管，不同规格的片材，以及其它型材:在制作过程中也可以包3K进行表面包装美化等等。碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
[0005]碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。它比重不到钢的1/4，但强度却非常强。而且其耐蚀性出类拔萃，是新一代增强纤维。碳纤维广泛用于民用、军用、建筑、航天以及超级跑车领域。碳纤维管具有强度高，寿命长、耐腐蚀，质量轻、低密度等优点，广泛应用于风筝、航空模型飞机、灯用支架、PC设备转轴、蚀刻机、医疗器械、体育器材等机械设备。尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能。并具有高比模、耐疲劳、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等。美国发明了纺织沥青基碳纤维用的含有基金属中间相沥青，原丝经稳定化和碳化后，碳纤维的拉伸强度为3.5G帕，模量为252G帕；法国研制了耐热和高导电的中间相沥青基碳纤维；波兰开发了新型金属涂覆碳纤维的方法，例如涂覆铜的沥青基碳纤维是用混合法制成，先用铜盐与各向同性煤沥青混匀，进行离心纺丝，在空气中稳定化并在高温氢气中处理，得到合金铜的碳纤维。世界沥青基碳纤维的生产能力较小，国内沥青基碳纤维的研究和开发较早，但在开发、生产及应用方面与国外相比有较大的差距。
[0006]自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具，其造价低廉，维修简单，使用方便，深受世界各国人民喜爱，形成了巨大的自行车消费市场，随着现代社会的飞快发展，自行车已不仅仅是交通和运输工具，已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。自行车档次的高低取决于材料的选择和做工。典型的低、中、高档自行车构架分别由碳钢、铬钼合金及铝合金和碳纤维制造。碳纤维是一种新型的复合材料，它有重量轻、比强度高、比刚度大的优点，而且具有可设计性和易成型性，从而使设计的结构有更高的结构效率。碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工和高技术，以及体育休闲用品，像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业，包括:纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。
[0007]世界各国都对研制新形态、新材料的自行车投入了巨大的人力、物力、财力。车架是自行车的骨架，它在很大程度上决定了自行车的造型和使用性能。美国、英国和我国台湾等都已开发生产出碳酸钙自行车车架。用于碳酸钙管生产方面的碳酸钙含量多少，直接决定其力学性能表现和价值。碳酸钙管具有质轻、坚实、抗拉强度高的特点，但在使用时应特别注意防电。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
[0008]中国轻工业联合会组织并主持召开了连云港迎雁新材料有限责任公司和连云港神鹰碳纤维自行车有限责任公司完成的“碳纤维自行车技术开发”项目科技成果鉴定会。鉴定委员会专家在听取了项目完成单位的研发、查新、检测和使用等报告，并实地考察了产品生产现场后，一致认为港城碳纤维自行车生产综合技术国内领先，并达到国际同类产品的先进水平。聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是:杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80% ;热转化性能好。
[0009]碳纤维虽然轻，但有较好的安全性，虽然碳纤维的看起来像塑料，但实际上这种材料抗冲击性比钢铁强，特别是用碳纤维做成的方向盘，机械强度和抗冲性更高。在复合材料的配合下，碳纤维汽车成了家用车中的装甲车。这种碳纤维材料已经在高速列车的裙摆上应用。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。碳纤维脚蹬的特征是轻、钢性好、冲击吸收性好，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维脚蹬还是具有其他素材所没有的优点，可以制造8、9kg左右的轻量自行车，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种拉伸强度高、耐高温、硬度高的自行车碳纤维脚蹬及其制备方法是非常必要的。
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【发明内容】
[0011]解决的技术问题:
本申请针对上述技术问题，提供一种自行车碳纤维脚蹬及其制备方法，解决现有自行车成本高、抗温性差、拉伸强度低等技术问题。
[0012]技术方案:
一种自行车碳纤维脚蹬，所述自行车碳纤维脚蹬的原料按重量份数配比如下=PVC10份;MBS8-12份；二碱式亚磷酸铅1-5份；硬脂酸铅0.5-4.5份；硬脂酸钙0.6-1份；AC发泡剂0.2-0.8份；碳酸钙20-40份；三碱式硫酸铅4-8份；三氧化二锑10_30份；碳纤维为60-80份；增塑剂5-25份。
[0013]作为本发明的一种优选技术方案:所述自行车碳纤维脚蹬的原料按重量份数配比如下:PVC100份；MBS9份；二碱式亚磷酸铅2份；硬脂酸铅1.5份；硬脂酸钙0.7份；AC发泡剂0.4份；碳酸钙25份；三碱式硫酸铅5份；三氧化二锑15份；碳纤维为65份；增塑剂10份。
[0014]作为本发明的一种优选技术方案:所述自行车碳纤维脚蹬的原料按重量份数配比如下:PVC100份;MBS11份；二碱式亚磷酸铅4份；硬脂酸铅3.5份；硬脂酸钙0.9份；AC发泡剂0.6份；碳酸钙35份；三碱式硫酸铅7份；三氧化二锑25份；碳纤维为75份；增塑剂20份。
[0015]作为本发明的一种优选技术方案:所述自行车碳纤维脚蹬的原料按重量份数配比如下:PVC100份;MBS10份；二碱式亚磷酸铅3份；硬脂酸铅2.5份；硬脂酸钙0.8份；AC发泡剂0.5份；碳酸钙30份；三碱式硫酸铅6份；三氧化二锑20份；碳纤维为70份；增塑剂15份。
[0016]作为本发明的一种优选技术方案:所述增塑剂采用ES0。
[0017]作为本发明的一种优选技术方案:所述自行车碳纤维脚蹬的制备方法，包括如下步骤:
第一步:按照重量份数配比称取PVC、MBS、二碱式亚磷酸铅、硬脂酸铅、硬脂酸钙、AC发泡剂、碳酸钙、三碱式硫酸铅、三氧化二锑、碳纤维和增塑剂；
第二步:将PVC、MBS、二碱式亚磷酸铅、硬脂酸铅、硬脂酸钙投入搅拌机混合，混合速度为50-90r/min，混合均匀，升温至50_70°C加入剩余原料，继续混合30_50min ；
第三步:混合均匀后物料投入双螺杆挤出机，料筒温度170-180 0C、165-175 °C、160-170°C、165-175°C、155-165°C，螺杆温度 145_155°C，机头温度 160-170°C、165-175°C、175-185 °C、195-205 °C、190-200 °C，螺杆转速 35_40r/min，投料转速 30_40r/min，扭矩60-64%ο
[0018]
有益效果:
本发明所述一种自行车碳纤维脚蹬及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:1、产品拉伸强度40-60MPa，弯曲强度45_65MPa ;2、产品热变形温度105-125°C，弹性模量500-700MPa ;3、纵向尺寸变化率1_3%，断裂伸长率400-600%，缺口冲击强度50-90kJ/m2;4、吸水率0.001-0.02%，摩擦系数0.1-0.14，成本低廉，操作简单，耐腐蚀，可以广泛生产并不断代替现有材料。
[0019]【具体实施方式】
[0020]实施例1:
按照重量份数配比称取PVCl