专利名称：复合材料缠绕自行车车架的制造方法
技术领域：
本发明属于自行车制造工艺方法自行车车架最早是将分离管件用焊接、铜锌焊或其它连接方法组装而成，此种构造在自行车车架各个接头或管件受到不同作用力时，往往导致在接头处断裂，造成危险事故。后来采用铝合金在车架模型中挤压成型方法，但因为铝合金的传热效率高，所以挤压成型后的铝合金车架在加工之前要进行时效硬化处理，在超过205℃高温加工后产生铝合金脆化现象，导致强度降低，受外力撞击时易产生断裂。最近美国专利号为4828781的专利，是利用复合材料在自行车三角车架模具内形成一车架外壳，再使用气袋吹气挤压此车架外壳使其紧靠模具的内壁上，再经过树脂热硬化过程成型一车架。此种方法热压成型的时间太长，金属模具的设计与开模成本高，工艺复杂，可能产生气袋扭结而造成复合材料的强化纤维并非连续状态，从而产生局部强度较低的问题。很难达到完全实施的目的。
为了制造强度高的车架，克服上述各种工艺方法中的不足，经过潜心研究，发明了用复合材料缠绕自行车车架的制造工艺方法，用强化纤维连续缠绕产生补强作用，并且无接点。
本发明是将予先成型的自行车车架，经过脱脂处理及阳极化处理，用复合材料缠绕其上，其特征在于(1)先将该车架的外表面涂布一层液体耦连剂;
(2)将表面涂有耦连剂的车架放在干燥室内作第一次热处理，其温度控制在70℃～80℃，烘干时间约五分钟;
(3)将复合材料的强化纤维涂附一层树脂构成予浸料，将此预浸料依车架之各部分结构的受力状态，与车架的轴向做不同夹角与不同层数缠绕车架;
(4)再使用热可缩性胶带塞洛凡纱(Cellophane Yarn)在车架上施加适当拉力，且热可缩性胶带之间保持一固定宽度的间隔，加以缠绕包覆于车架上。
(5)将完成缠绕包覆之车架放至高温炉中做第二次加热处理，其温度控制在120℃～150℃，加热时间为1～2小时，使耦连剂与复合材料之纤维组织融合键结在一起。
(6)将热可缩性胶带剥去。
试在铝合金一体成型的自行车车架上利用本发明缠绕强化纤维复合材料之工艺进一步说明该方法，
图1是一架铝合金车架，包含有一前三通管(10)，其上方有上管(11)，下方接有下管(12)，上管(11)连接至略呈垂直状的座管(13)，该座管(13)上端再向后延伸有两支后上叉杆(14)，其后上叉杆(14)的末端为后叉端(15)，这两支后叉端向前延伸为后下叉(16)，并与座管(13)及下管(12)连至五通管(20)而构成车架。用本发明制造工艺流程为(1)先将预先成型的铝合金车架经过净化处理，去掉车架上的油脂及其它污物，再经阳极化处理，将铝合金车架浸入硫酸槽内电解，使其车架表面产生铝氧化膜以保护车架表面不被浸蚀。
(2)将该车架之外表面涂附一层液体硅烷(sinH2n+2)，以增强铝合金车架与强化纤维之间的接触效果。硅烷是一种接触效果良好的耦连剂。
(3)立刻将涂附硅烷的车架放入烘干室中做第一次加热处理，其室内加热温度为70℃～80℃，时间约为五分钟。
(4)将复合材料的强化纤维涂附一层树脂而成预浸料。复合材料的强化纤维可以根据情况选用石墨纤维或玻璃纤维或硼纤维或最新的克维拉纤维，他们之间可根据需要互相替代;复合材料预浸料的形状可分为三种，其一为单向线性连续式纤维排列的片状预浸料，其二为连续式纵横交错格状排列的布状预浸料，其三为编织连续式的束状预浸料，根据车架之各部分连接点结构的受力情况的不同，将上述预浸料依不同角度、不同层数缠绕包裹于铝合金车架上。在车架各部分，不论管状还是连续部分受力的情况，不外乎是压应力及扭矩的作用，以及受到各个不同方向的冲击力。我们知道，以单向线性片状强化纤维预浸料而言，若与园形截面车架管呈平行缠绕，其夹角为0°，此时其成型后的抗压力最大，而夹角为±45°时，其成型后的抗扭矩最大，要缠绕车架管或连接部分时，则根据各部分的受力情况进行应力分析后，再按照实际状况分别缠绕0°至±45°夹角及不同层数的强化纤维预浸料，其中15°至30°为分别考虑车架上承受各个不同方向的冲击力，如果车架管截面为纺缍型截面，抗压力仍以0°为最佳，但抗扭矩则未必是±45°为最大，可能是±15°或±30°为最大，因此对诸如这些可能的情况也应加以考虑，而且缠绕层数由六至十八层不等，其缠绕层数状况为若干层0°、若干层±15°、若干层±45°、若干层0°、若干层30°、若干层±45°等，依受力分析可做小的改动，譬如，在某部分其受压应力较大，则0°的强化纤维缠绕层数较多，其它角度则平均缠绕;若某部分受扭矩较大，则45°的强化纤维缠绕层数较多等等。此缠绕由计算机控制，用自动缠绕机缠绕。
(5)完成上述工艺过程的铝合金车架后，再使用热可缩性胶带，例如塞洛凡纱(Cellophane Yarn)或OPP Tape等，在缠绕复合材料预浸料的车架上施加适当的拉力，并且胶带与胶带之间保持适当的间隙来包复在车架上。
(6)然后将完成上述诸步骤的车架移至高温炉中，做第二次加热处理，温度为120℃～150℃，加热一小时，此时耦连剂硅烷溶化与单向、片状强化纤维混合并产生键结作用，达到良好的接触效果，再利用热可缩性胶带遇热收缩之特性，强力压迫车架结构使硅烷与纤维的混合更为均匀。
(7)直接去除胶带，将胶带切开剥掉。
(8)涂装加工完成。
本发明之特点在于(1)涂布耦连剂后的烘干凝固步骤，使硅烷不致产生沾粘人手，影响工作进度，而且不会向下流动，造成耦连剂涂复不均匀而影响复合材料与车架的粘接效果。(2)复合材料强化纤维预浸料依受力状况设计不同角度及不同层数来缠绕在铝合金车架上。(3)包覆缠绕热可缩性胶带，以提供强大的收缩力使硅烷耦合剂与复合材料的强化纤维预浸料完全键结在一起。
本发明加工速度快，可大量生产，经试验证明，该发明达到了预期效果。
权利要求
1.在预先成型的自行车车架经过净化处理及阳极化处理后的一种复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于(1)在该车架的外表面上涂布一层液体耦连剂；(2)置于干燥室内做第一次加热处理，其温度控制在70℃～80℃，烘干时间约为5分钟；(3)将复合材料增强纤维涂上一层树脂而成预浸料，根据车架各部分结构受力状态，再将预浸料与车架的轴向做不同夹角与不同层数的反复缠绕于车架上；(4)使用热可缩性胶带塞洛凡纱(Cellophane Yarn)在车架上施加适当拉力，并且热可缩性胶带之间保持一固定宽度的间隙，来加以缠绕包覆于车架上；(5)将完成缠绕包覆的车架送至高温炉中做第二次加热处理，其温度控制在120℃～150℃，加热时间为一小时至二小时；(6)将热可收缩性胶带剥掉。
2.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于耦连剂以硅烷最佳。
3.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于树脂可为热可固性树脂。
4.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于树脂可为热可塑性树脂，烷(sin H2n+2)为更佳。
5.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于复合材料可为单向(Unidirection)线性连续式纤维排列成片状的。
6.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于复合材料可为纤维纵横交错排列成布状的。
7.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于复合材料可为纤维连续式编织成束状的。
8.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于复合材料的强化纤维为石墨纤维(Graphite)或玻璃纤维(Fiber Glass)或硼纤维(Boron)或克维拉纤维(Kevlar)。
9.根据权利要求1所述的复合材料缠绕自行车车架的制造方法，其特征在于热可缩性胶带亦可用OPP胶带代替。
全文摘要
一种复合材料缠绕自行车车架的制造方法。在预先成型的自行车车架，经净化及阳极化处理后，即进行(1)涂上耦连剂，(2)第一次热处理，(3)将复合材料的强化纤维涂一层树脂制成预浸料，然后按不同夹角及不同层数缠绕在车架上，(4)用热可缩性胶带缠绕于车架上，(5)第二次热处理和(6)剥掉热可缩性胶带等六步制造流程。该发明工艺简单，加工速度快，可大量生产。
文档编号B62K19/00GK1071632SQ9110994
公开日1993年5月5日 申请日期1991年10月24日 优先权日1991年10月24日
发明者杨茂基, 黄修甫 申请人:杨茂基, 黄修甫