一种全纤维增强热固性树脂预浸布自行车及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种全纤维增强热固性树脂预浸布自行车，该自行车车把、前叉、车架、轮毂、曲柄、脚蹬部件全部由纤维增强热固性树脂预浸布制备而成；所述纤维增强热固性树脂预浸布主要由以下重量的份的原料所制成：玄武岩纤维布或混合纤维布70?75份、热固性树脂25?30份、固化剂0.5?15份、脱模剂0.25?3份、促进剂0.125?3份；本发明自行车使用玄武岩纤维或玄武岩纤维与玻璃纤维混合纤维，价格比碳纤维低很多，自行车成本降低；本发明的制备方法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；同时该制备方法快速成型，大大缩短了制备时间和所需工人数量，进一步节约了成本。
【专利说明】
一种全纤维増强热固性树脂预浸布自行车及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自行车及其制备方法，具体涉及一种全纤维增强热固性树脂预浸 布自行车及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当今，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，自行车这种传 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
【发明内容】
[0005] 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、耐冲击、舒适度高、成本低的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车;本发明还提供一 种全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法。
[0006] 技术方案:为了实现上述目的，如本发明所述一种全纤维增强热固性树脂预浸布 自行车，自行车的车把、前叉、车架、轮毂、曲柄、脚蹬部件全部由纤维增强热固性树脂预浸 布制备而成。
[0007] 所述纤维增强热固性树脂预浸布主要由以下重量的份的原料所制成:纤维布70-75份、热固性树脂25-30份、固化剂0.5-15份、脱模剂0.25-3份、促进剂0.125-3份。
[0008] 所述纤维布为玄武岩纤维布或混合纤维布;其中玄武岩纤维布是以玄武岩纤维为 经线、炜线编织成玄武岩纤维布;混合纤维布是以玄武岩纤维和玻璃纤维为经线、炜线，编 织成混合纤维布。
[0009] 进一步地，所述混合纤维布中玄武岩纤维和玻璃纤维重量比为(1-3): (3-1)。
[0010] 进一步地，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维、高强玻璃纤维或高模量玻璃纤维。
[0011] 进一步地，所述热固性树脂为乙烯基树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂中。
[0012] 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。
[0013] 进一步地，所述脱模剂为硬脂酸锌、机油、液体石蜡或硅胶。
[0014] 进一步地，所述促进剂为环烷酸钴、萘酸钴、异辛酸钻、二乙基苯胺。
[0015] 进一步地，所述纤维增强热固性树脂预浸布的制备方法，包括如下步骤：
[0016] (1)将热固性树脂、固化剂、促进剂、脱模剂按比例配制好，搅拌均匀，放置在树脂 槽内。
[0017] (2)将纤维布浸没在树脂槽内的树脂中，充分浸润；
[0018] (3)在牵引装置的作用下，充分浸润树脂的纤维布被牵拉出树脂槽，同时由挤压辊 挤压掉多余的树脂；
[0019] (4)在挤压掉多余树脂的纤维布上、下表面覆盖一层聚乙烯塑料膜，在收卷装置作 用下，自动卷成一卷，制备而成全纤维增强热固性树脂预浸布。
[0020] 如本发明所述全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法，包括如下步骤：
[0021 ] (1)将全纤维增强热固性树脂预浸布按自行车各个部件的尺寸进行裁剪；
[0022] (2)将裁剪好的预浸布摆放在已经预热到设定温度120Γ~170Γ的模压模具中；
[0023] (3)启动模压设备，在设定的温度120°C~170°C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；
[0024] (4)将自行车各部件拼装起来，快速制备而成自行车。
[0025] 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。
[0026] 有益效果：由现有技术相比，本发明的一种全纤维增强热固性树脂预浸布自行车 具有如下优点：
[0027] (1)由于采用全纤维增强热固性树脂预浸布为自行车的原料，使用的纤维为玄武 岩纤维或玄武岩纤维与玻璃纤维混合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；
[0028] (2)本发明中制得的全纤维增强热固性树脂预浸布具有优良的物理化学性能:抗 拉强度高、弹性模量高、耐化学侵蚀、耐高温并且价格低，使得本发明所制备的自行车度强 度高、弹性模量大、刚性强、、耐冲击性强、舒适度高；
[0029] (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。
[0030] 具体实施的方式
[0031] 实施例1
[0032] 组方：
[0033]玄武岩纤维布70份、乙烯基树脂25份、过氧化甲乙酮0.5份、硬脂酸锌0.25份、环烷 酸钴0.125份。
[0034]全纤维增强热固性树脂预浸布制备方法：
[0035] (1)将乙烯基树脂、过氧化甲乙酮、硬脂酸锌、环烷酸钴按比例配制好，搅拌均匀， 放置在树脂槽内；
[0036] (2)将玄武岩纤维布浸没在树脂槽内的树脂中，充分浸润；
[0037] (3)在牵引装置的作用下，充分浸润树脂的玄武岩纤维布被牵拉出树脂槽，同时由 挤压辊挤压掉多余的树脂；
[0038] (4)在挤压掉多余树脂的玄武岩纤维布上、下表面覆盖一层聚乙烯塑料膜，在收卷 装置作用下，自动卷成一卷，制备而成全纤维增强热固性树脂预浸布。
[0039] 全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法：
[0040] (1)将全纤维增强热固性树脂预浸布按自行车各个部件的尺寸进行裁剪；
[0041] (2)将裁剪好的预浸布摆放在已经预热到设定温度120Γ的模压模具中；
[0042] (3)启动模压设备，在设定的温度120°C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；
[0043] (4)将自行车各部件拼装起来，快速制备而成自行车。
[0044] 实施例2
[0045] 组方：
[0046]玄武岩纤维布75份、环氧树脂30份、过氧化苯甲酸叔丁脂15份、机油3份、萘酸钴3 份。
[0047] 全纤维增强热固性树脂预浸布制备方法：
[0048] (1)将环氧树脂、过氧化苯甲酸叔丁脂、机油、萘酸钴按比例配制好，搅拌均匀，放 置在树脂槽内；
[0049] (2)将玄武岩纤维布浸没在树脂槽内的树脂中，充分浸润；
[0050] (3)在牵引装置的作用下，充分浸润树脂的玄武岩纤维布被牵拉出树脂槽，同时由 挤压辊挤压掉多余的树脂；
[0051] (4)在挤压掉多余树脂的玄武岩纤维布上、下表面覆盖一层聚乙烯塑料膜，在收卷 装置作用下，自动卷成一卷，制备而成全纤维增强热固性树脂预浸布。
[0052]全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法
[0053] (1)将全纤维增强热固性树脂预浸布按自行车各个部件的尺寸进行裁剪；
[0054] (2)将裁剪好的预浸布摆放在已经预热到设定温度170°C的模压模具中；
[0055] (3)启动模压设备，在设定的温度170°C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；
[0056] (4)将自行车各部件拼装起来，快速制备而成自行车。
[0057] 实施例3 [0058]组方：
[0059] 混合纤维布72.5份、环氧树脂27.5份、顺丁烯二酸酐7.5份、液体石蜡1.6份、异辛 酸钻1.5份，混合纤维布中玄武岩纤维29份、高强玻璃纤维43.5份。
[0060] 全纤维增强热固性树脂预浸布制备方法：
[0061] (1)将环氧树脂、顺丁烯二酸酐、液体石蜡、异辛酸钻按比例配制好，搅拌均匀，放 置在树脂槽内；
[0062] (2)将混合纤维布浸没在树脂槽内的树脂中，充分浸润；
[0063] (3)在牵引装置的作用下，充分浸润树脂的混合纤维布被牵拉出树脂槽，同时由挤 压辊挤压掉多余的树脂；
[0064] (4)在挤压掉多余树脂的混合纤维布上、下表面覆盖一层聚乙烯塑料膜，在收卷装 置作用下，自动卷成一卷，制备而成全纤维增强热固性树脂预浸布。
[0065] 全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法：
[0066] (1)将全纤维增强热固性树脂预浸布按自行车各个部件的尺寸进行裁剪；
[0067] (2)将裁剪好的预浸布摆放在已经预热到设定温度145°C的模压模具中；
[0068] (3)启动模压设备，在设定的温度145°C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；
[0069] (4)将自行车各部件拼装起来，快速制备而成自行车。
[0070] 实施例4
[0071] 组方：
[0072]混合纤维布72份、聚氨酯树脂28份、邻苯二甲酸酐7份、硅胶1份、二乙基苯胺1份； 混合纤维布中玄武岩纤维18份、高强玻璃纤维54份。
[0073]全纤维增强热固性树脂预浸布制备方法：
[0074] (1)将聚氨酯树脂、邻苯二甲酸酐、硅胶、二乙基苯胺按比例配制好，搅拌均匀，放 置在树脂槽内；
[0075] (2)将混合纤维布浸没在树脂槽内的树脂中，充分浸润；
[0076] (3)在牵引装置的作用下，充分浸润树脂的混合纤维布被牵拉出树脂槽，同时由挤 压辊挤压掉多余的树脂；
[0077] (4)在挤压掉多余树脂的玄武岩纤维布上、下表面覆盖一层聚乙烯塑料膜，在收卷 装置作用下，自动卷成一卷，制备而成全纤维增强热固性树脂预浸布。
[0078] 全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法：
[0079] (1)将全纤维增强热固性树脂预浸布按自行车各个部件的尺寸进行裁剪；
[0080] (2)将裁剪好的预浸布摆放在已经预热到设定温度140°C的模压模具中；
[00811 (3)启动模压设备，在设定的温度140 °C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；
[0082] (4)将自行车各部件拼装起来，快速制备而成自行车。
[0083] 实施例5
[0084]混合纤维布72份、聚氨酯树脂28份、间苯二胺8份、硬脂酸锌2份、环烷酸钴2份;混 合纤维布中玄武岩纤维54份、高强玻璃纤维18份。
[0085] 全纤维增强热固性树脂预浸布制备方法：
[0086] (1)将聚氨酯树脂、间苯二胺、硬脂酸锌、环烷酸钴按比例配制好，搅拌均匀，放置 在树脂槽内；
[0087] (2)将混合纤维布浸没在树脂槽内的树脂中，充分浸润；
[0088] (3)在牵引装置的作用下，充分浸润树脂的混合纤维布被牵拉出树脂槽，同时由挤 压辊挤压掉多余的树脂；
[0089] (4)在挤压掉多余树脂的混合纤维布上、下表面覆盖一层聚乙烯塑料膜，在收卷装 置作用下，自动卷成一卷，制备而成全纤维增强热固性树脂预浸布。
[0090] 全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法：
[0091 ] (1)将全纤维增强热固性树脂预浸布按自行车各个部件的尺寸进行裁剪；
[0092] (2)将裁剪好的预浸布摆放在已经预热到设定温度150Γ的模压模具中；
[0093] (3)启动模压设备，在设定的温度150°C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；
[0094] (4)将自行车各部件拼装起来，快速制备而成自行车。
[0095] 实施例6
[0096]实施例6采用实施例3的组方和制备方法，不同之处在于组方中混合纤维布为70 份，其中玄武岩纤维35份、无碱玻璃纤维35份。
[0097] 实施例7
[0098] 实施例7采用实施例3的组方和制备方法，不同之处在于组方中混合纤维布为72.5 份，其中玄武岩纤维43.5份、高模量玻璃纤维29份。
[0099] 试验例1
[0100] 根据《GB/T 1447-2005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/T 3857-2005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%此1，80°(：，1(1，强度保留率)的侵蚀性;根 据《GB/T 9979-2005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°C，20min，强度保留率），结果见表1。
[0101] 对比例1为现有技术中碳纤维T300预浸布；
[0102] 对比例2为现有技术中玻璃纤维预浸布。
[0103] 表1全纤维增强热固性树脂预浸布的各项性能
[0105]由表1可知，本发明的全纤维增强热固性树脂预浸布的抗拉强度高、弹性模量高、 耐化学侵蚀、耐高温，与对比例2相比各项性能均高于现有技术的玻璃纤维预浸布;与对比 例1相比，可以达到碳纤维预浸布的各项性能标准，同时本发明的预浸布成本要远低于碳纤 维预浸布，在利用树脂粘贴结合时，不会产空气气泡，力的传导性良好，不易损坏断裂。 [0106] 试验例2
[0107]根据《GB/T 1448-2005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/T 3565-2005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2。
[0108] 对比例1为现有技术中铝合金自行车；
[0109] 对比例2为现有技术中纤维增强热塑性复合材料自行车。
[0110]表2全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的各项性能
[0112] 由表2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%。
[0113] 试验例3
[0114] 根据《GB/T 1447-2005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/T 3857-2005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%此1，80°(：，1(1，强度保留率)的侵蚀性;根 据《GB/T 9979-2005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°C，20min，强度保留率）。根据《GB/T 1448-2005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3。
[0115] 对比例1为现有技术中碳纤维自行车；
[0116]表3全玄武岩纤维增强树脂基复合材料自行车的各项性能
[0117]
[0118]由表3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。
【主权项】
1. 一种全纤维增强热固性树脂预浸布自行车，其特征在于，所述自行车的车把、前叉、 车架、轮毂、曲柄、脚蹬部件全部由纤维增强热固性树脂预浸布制备而成。2. 按照权利要求1所述的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车，其特征在于，所述纤维 增强热固性树脂预浸布主要由以下重量的份的原料所制成:纤维布70-75份、热固性树脂 25-30份、固化剂0.5-15份、脱模剂0.25-3份、促进剂0.125-3份。3. 根据权利要求2所述的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车，其特征在于，所述纤维 布为玄武岩纤维布或混合纤维布;其中玄武岩纤维布是以玄武岩纤维为经线、炜线编织成 玄武岩纤维布;混合纤维布是以玄武岩纤维和玻璃纤维为经线、炜线，编织成混合纤维布； 混合纤维布中玄武岩纤维和玻璃纤维重量比为（1-3): (3-1)，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤 维、高强玻璃纤维或高模量玻璃纤维。4. 根据权利要求2所述的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车，其特征在于，所述热固 性树脂为乙烯基树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂。5. 根据权利要求2所述的玄武岩纤维增强热固性树脂预浸布，其特征在于，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。6. 根据权利要求2所述的玄武岩纤维增强热固性树脂预浸布，其特征在于，所述脱模剂 为硬脂酸锌、机油、液体石蜡或硅胶。7. 根据权利要求2所述的玄武岩纤维增强热固性树脂预浸布，其特征在于，所述促进剂 为环烷酸钴、萘酸钴、异辛酸钻或二乙基苯胺。8. 根据权利要求2所述的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车，其特征在于，所述纤维 增强热固性树脂预浸布的制备方法，包括如下步骤： ⑴将热固性树脂、固化剂、促进剂、脱模剂按比例配制好，搅拌均勾，放置在树脂槽内； (2) 将纤维布浸没在树脂槽内的树脂中，充分浸润； (3) 在牵引装置的作用下，充分浸润树脂的纤维布被牵拉出树脂槽，同时由挤压辊挤压 掉多余的树脂； (4) 在挤压掉多余树脂的纤维布上、下表面覆盖一层塑料膜，在收卷装置作用下，自动 卷成一卷，制备而成全纤维增强热固性树脂预浸布。9. 权利要求1-8任一所述的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车的制备方法，其特征 在于，包括如下步骤： (1) 将全纤维增强热固性树脂预浸布按自行车各个部件的尺寸进行裁剪； (2) 将裁剪好的预浸布摆放在已经预热到设定温度120°C~170°C的模压模具中； (3) 启动模压设备，在设定的温度120°C~170°C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； (4) 将自行车各部件拼装起来，快速制备而成自行车。10. 根据权利要求1所述的全纤维增强热固性树脂预浸布自行车，其特征在于，所述自 行车适用于微交通的公共自行车或家庭用自行车。
【文档编号】B29C43/02GK105885463SQ201610438426
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】陆志宏, 刘建勋, 陆海英, 杨阳
【申请人】句容市百事特复合材料有限公司