一种碳纤维自行车架及其制作工艺的制作方法

文档序号:4080950阅读:368来源:国知局
一种碳纤维自行车架及其制作工艺的制作方法
【专利摘要】本发明的碳纤维自行车架,所述车架由碳纤维管材制成,所述碳纤维管材包括截面为椭圆形的主管和至少一条位于主管表面的副管,所述副管用作自行车刹车线的保护管。主管表面具有与副管对应的凹槽,主管与副管通过碳纤维材料绑定在一起组成所述碳纤维管材,所述碳纤维管材外表面截面为椭圆形。有益效果在于:利用上述的成型方法制成的自行车组件具有穿设于其中的副管,因此自行车的刹车线与变速器控制线等可以穿设于该副管并延伸至自行车中的任何位置,不需要另行设置于车架表面。同时,由于在制作预浸布的时候,提前将碳纤维跟环氧树脂混合,再进行铺设预制体后进行固化成型,这样环氧树脂分布更为均匀,可有效提高树脂间的层间结合性。
【专利说明】一种碳纤维自行车架及其制作工艺

【技术领域】
[0001] 本发明属于自行车车架设计及碳纤维结构工艺【技术领域】,涉及一种新型的碳纤维 自行车车架以及使用碳纤维材料制作这种车架的工艺。

【背景技术】
[0002] 自行车产业具有100多年的历史,由于环保以及交通的问题,再度成为世界各国 居民喜爱的交通、健身工具,世界自行车行业的重心正从传统的代步型交通工具向运动型、 山地型、休闲型转变。在美、欧、日等发达国家,自行车是一种较普遍的运动、健身、休闲和娱 乐性产品。每年全世界自行车需求量巨大,日本CYCLEPRESS的数据统计显示,全世界自行 车需求规模保持在1. 06亿台的水平,自行车年交易额约为50亿美元。据调查,由于产业特 性和劳动力成本因素,近15年来全球自行车制造产业向以中国为主的有工业制造优势的 国家和地区转移。到2013年,中国仍为世界自行车最大的自行车生产基地,整车生产厂、零 配件生产厂分别达到500多家、700多家,世界前五大厂商主要基地均在中国。而随着世界 各国人民收入水平的提高,全球自行车需求量会进一步扩大,随着自行车进一步的结构升 级,将给行业的参与者带来更大的利润空间,中国自行车行业的发展前景也将更加广阔。
[0003] 碳纤维材料是一种含碳量在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。
[0004] 随着高端自行车市场的形成,将碳纤维材料应用于自行车车架等结构设计被越来 越重视,考虑到车型的高端因素,车架结构的美观实用性成为了车架结构设计的重要关注 点之一。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是提供一种兼具美观、功能实用性以及制作成本低的碳纤维车架结 构,并同时提出这种车架结构的制作工艺。
[0006] 本发明的技术方案为:一种碳纤维自行车架,所述车架由碳纤维管材制成,其特征 在于,所述碳纤维管材包括截面为椭圆形的主管和至少一条位于主管表面的副管,所述副 管用作自行车刹车线的保护管。
[0007] 进一步的,所述主管表面具有与副管对应的凹槽,主管与副管通过碳纤维材料绑 定在一起组成所述碳纤维管材,所述碳纤维管材外表面截面为椭圆形。
[0008] 上述碳纤维自行车架的制作工艺,其特征在于,包括以下步骤: 51、 制作主管轴心:利用发泡材料制作中空薄壁的主管轴心,所述主管轴心具有至少一 形成于表面的副管凹槽; 52、 绑定副管轴心:将至少一条副管轴心固定于所述副管凹槽内; 53、 于主管轴心外层缠绕碳纤维预浸布:将一离型层设置于主管表面,再将碳纤维材料 缠绕于离型层表面; 54、 定位主管轴心:将一气袋置于主管轴心内,用以撑张定位主管轴心; 55、 初步成型:给气袋充气,同时对碳纤维材料和主管轴心进行加温加压,使碳纤维材 料硬化成型; 56、 取出碳纤维中空组件:取出气袋和轴心,此时硬化成型后的碳纤维材料即成为所述 自行车车架,该车架的管材包括截面为椭圆形的主管和至少一条位于主管表面的副管。
[0009] 进一步的,上述预浸布具体用碳纤维和环氧树脂制作。
[0010] 进一步的,上述初步成型具体包括以下步骤: 531、 根据车架结构裁剪预浸布,形成料片; 532、 将料片分层铺设在轴心上,形成预制体。
[0011] 进一步的,上述步骤S32中,所述料片中,每片料片上的碳纤维的排列方向不同。
[0012] 进一步的,上述步骤S32中,铺设时每层料片不在同一处。可以分散应力,提升预 制体强度。
[0013] 本发明的有益效果:利用上述的成型方法制成的自行车组件具有穿设于其中的副 管,因此自行车的刹车线与变速器控制线等可以穿设于该副管并延伸至自行车中的任何位 置,不需要另行设置于车架表面。不但增加了整车制造的便利性,更降低了使用的危险性。 同时,由于在制作预浸布的时候,提前将碳纤维跟环氧树脂混合,再进行铺设预制体后进行 固化成型,这样环氧树脂分布更为均匀,可有效提高树脂间的层间结合性。

【专利附图】

【附图说明】
[0014] 图1为本发明的优选实施例的流程图。
[0015] 图2为本发明的优选实施例的车架管材的立体分解图。
[0016] 图3为上述优选实施例的一立体组合图,说明成型后的自行车组件的结构。

【具体实施方式】
[0017] 本发明的实施例是根据本发明的原理而设计,下面结合附图和具体的实施例对本 发明作进一步的阐述。
[0018] 如图1、2及图3所示,本发明碳纤维自行车架由碳纤维管材制成,所述碳纤维管材 包括截面为椭圆形的主管和至少一条位于主管表面的副管,所述副管用作自行车刹车线的 保护管。所述主管表面具有与副管对应的凹槽,主管与副管通过碳纤维材料绑定在一起组 成所述碳纤维管材1,所述碳纤维管材外表面截面为椭圆形。
[0019] 上述碳纤维自行车架的制作工艺,步骤如下: S1、制作主管轴心:利用发泡材料制作中空薄壁的主管轴心2,所述主管轴心具有至少 一形成于表面的副管凹槽21。在本实施例中该副管凹槽21的数量为一,但也可以根据需要 更改凹槽数量,并不以此为限。该发泡材料可为聚苯乙烯发泡材料、聚氨酯发泡材料,以及 环氧发泡材料,均可达成相同的功效。
[0020] S2、绑定副管轴心:将至少一条副管轴心固定于所述副管凹槽内。现将碳纤维材料 绕设于一副管3表面,再将该副管置入凹槽21内。其中副管的熔点大于150°C,在本实施例 中,副管的材质为铁氟龙,其熔点为200°C,但也可以是金属材质,并不以此为限。
[0021] S3、于主管轴心外层缠绕碳纤维预浸布:将一离型层设置于主管表面,再将碳纤维 材料缠绕于离型层表面。待加温加压成型后,该离型层是用以帮助碳纤维材料与轴心分离。
[0022] S4、定位主管轴心:将一气袋置于主管轴心内,用以撑张定位主管轴心。
[0023] S5、初步成型:给气袋充气,同时对碳纤维材料和主管轴心进行加温加压,使碳纤 维材料硬化成型。其中,加热的温度介于130°C至150°C间,加压的压力介于8-15kg/ cm 2, 优选的,其加热温度为148°C _153°C,加压的压力介于13-14 kg/cm2。
[0024] S6、取出碳纤维中空组件:取出气袋和轴心,此时硬化成型后的碳纤维材料即成 为所述自行车车架,该车架的管材包括截面为椭圆形的主管和至少一条位于主管表面的副 管。
[0025] 优选的,上述预浸布具体用碳纤维和环氧树脂制作。上述初步成型具体包括以下 步骤:S31、根据车架结构裁剪预浸布,形成料片;S32、将料片分层铺设在轴心上,形成预制 体。上述步骤S32中,所述料片中,每片料片上的碳纤维的排列方向不同。上述步骤S32中, 铺设时每层料片不在同一处。可以分散应力,提升预制体强度。
[0026] 本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各 种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种碳纤维自行车架,所述车架由碳纤维管材制成,其特征在于,所述碳纤维管材包 括截面为椭圆形的主管和至少一条位于主管表面的副管,所述副管用作自行车刹车线的保 护管。
2. 根据权利要求1所述的自行车架,其特征在于,所述主管表面具有与副管对应的凹 槽,主管与副管通过碳纤维材料绑定在一起组成所述碳纤维管材,所述碳纤维管材外表面 截面为椭圆形。
3. 碳纤维自行车架的制作工艺,其特征在于,包括以下步骤: 51、 制作主管轴心:利用发泡材料制作中空薄壁的主管轴心,所述主管轴心具有至少一 形成于表面的副管凹槽; 52、 绑定副管轴心:将至少一条副管轴心固定于所述副管凹槽内; 53、 于主管轴心外层缠绕碳纤维预浸布:将一离型层设置于主管表面,再将碳纤维材料 缠绕于离型层表面; 54、 定位主管轴心:将一气袋置于主管轴心内,用以撑张定位主管轴心; 55、 初步成型:给气袋充气,同时对碳纤维材料和主管轴心进行加温加压,使碳纤维材 料硬化成型; 56、 取出碳纤维中空组件:取出气袋和轴心,此时硬化成型后的碳纤维材料即成为所述 自行车车架,该车架的管材包括截面为椭圆形的主管和至少一条位于主管表面的副管。
4. 根据权利要求3所述的制作工艺,其特征在于,预浸布具体用碳纤维和环氧树脂制 作。
5. 根据权利要求3所述的制作工艺,其特征在于,初步成型具体包括以下步骤: 531、 根据车架结构裁剪预浸布,形成料片; 532、 将料片分层铺设在轴心上,形成预制体。
6. 根据权利要求5所述的制作工艺,其特征在于,步骤S32中,所述料片中,每片料片上 的碳纤维的排列方向不同。
7. 根据权利要求5或6所述的制作工艺,其特征在于,步骤S32中,铺设时每层料片不 在同一处,可以分散应力,提升预制体强度。
【文档编号】B62K11/02GK104085477SQ201410340938
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】罗伟宁 申请人:厦门坤骑复材科技有限公司
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