热固性树脂基体复合材料自行车轮圈及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈，其特征在于：轮圈主体呈圆形，横切面为U形，刹车面贴有摩擦层；所述的轮圈采用热固性树脂体系为基体，结合增强材料后经模压工艺加工成型；所述的摩擦层为多层结构，由若干位于基体外侧的隔热层及若干位于隔热层外侧的耐磨层构成；所述的隔热层及耐磨层采用热固性树脂体系为基体，分别以玻璃纤维及碳纤维作为增强材料。该摩擦层采用多层次结构，不仅能承受高强度的摩擦，可耐200℃的高温，且还能将热量迅速的导离轮圈，具有力学强度高，耐摩擦性能及耐老化性能优异，综合性能稳定等特点。在保证轮圈整体的强度和韧性的前提下降低了其对耐热、耐磨性能的要求，大大降低轮圈本身的成本。
【专利说明】热固性树脂基体复合材料自行车轮圈及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自行车生产领域，尤其涉及一种复合材料自行车轮圈及其制备方法。【背景技术】
[0002]目前高级自行车的零组件选用碳纤维复合材料已蔚为风气，碳纤维材料自身优异的特性应用在自行车零组件上，可以满足自行车产业的某些高性能要求。高性能碳纤维复合材料自行车由市场产品被推广过程，可归纳为四个阶段:前、后叉阶段；座管、握把阶段；车架阶段；轮圈阶段。轮圈是碳纤维自行车所有零部件中，结构最复杂、性能要求最苛刻、成型工艺技术最难实现的一部分。
[0003]自从进入20世纪以来，国内外的设计公司对碳纤维复合材料山地车架的制造工艺进行了大量的实验研究和创新设计，各种性能优异的车架层出不穷，使碳纤维复合材料的优越性得以充分体现。内地的碳纤维复合材料车架在近两年也取得较大进展，不管是车叉、车架、握把或者座管都达到了过节标准。但是在树脂基碳纤维自行车轮圈的制作方面还存在着很多问题，比如不耐摩擦；树脂Tg值较低，导致轮圈整体寿命较短；柔韧度不好，容易脆断等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈及其制备方法，来改善目前树脂基碳纤维自行车轮圈耐摩擦性及柔韧度差、使用寿命短的技术不足，为目前碳纤维复合自行车的生产应用开拓新的领域。
[0005]为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈，其特征在于:轮圈主体呈圆形，横切面为U形，刹车面贴有摩擦层；所述的轮圈采用热固性树脂体系为基体，结合增强材料后经模压工艺加工成型；所述的摩擦层为多层结构，由若干位于基体外侧的隔热层及若干位于隔热层外侧的耐磨层构成；所述的隔热层及耐磨层采用热固性树脂体系为基体，分别以玻璃纤维及碳纤维作为增强材料。
[0007]所述的作为隔热层及耐磨层基体的热固性树脂体系为具有热固性的高分子材料，由热固性树脂添加增韧剂组成；所述的热固性树脂为4，4’-二氨基二苯甲烷环(AG-80)，增韧剂为聚醚酮(PEK)、二苯砜(DDS)、纳米碳化硅或者微米硅藻土的一种或几种的混合。
[0008]所述的轮圈的增强材料是连续长纤维，为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或几种的混合体。
[0009]一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈的制备方法，包括如下步骤:
[0010]I)预浸料制作:利用热固性树脂原料为基体，连续长纤维为增强材料制作单向布预浸料；利用热固性树脂原料为基体，玻璃纤维为增强材料制作隔热层预浸料；利用热固性树脂原料为基体，碳纤维为增强材料制作耐磨层预浸料；
[0011]2)摩擦层制作:将若干层耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，放入模具中，在高温高压下经模压工艺成型，冷却后即得摩擦层；
[0012]3)轮圈制作:将之前预制的单向布预浸料进行粘贴拼装，之后在轮圈的U型槽内放入耐温耐压的气囊；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，将粘贴好的单向布预浸料、气囊及摩擦层一起放入模具中，将模具放入液压机中进行加热加压，经模压工艺后冷却，即获得热固性树脂基体复合材料自行车轮圈。
[0013]所述的步骤2)中，制备摩擦层的模具分为上、下两个模板，模具的尺寸和倾斜角度针对特定的轮圈规格；耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，先通过人工剪裁在EVA模型上贴附得到摩擦层的基本形状，然后将摩擦层从模型上取下，放入模具中经模压成型。
[0014]所述的步骤3)中，制备轮圈所用模具分为上、下两个模板，同时轮圈的空腔需要气囊辅助实现，首先通过人工剪裁在EVA模型上贴附得到轮圈的基本形状，再用气囊撑起轮圈的中空结构，然后放入模具内，经模压成型工艺后冷却即获得复合材料自行车轮圈，将气囊刺破将其取出。
[0015]在所述的步骤2)及步骤3)中，模具的加热温度控制均分为三个阶段，首先为预成型阶段，温度控制在180°C -190°C;然后为固化反应阶段，加压仓温度与固化反应速率有关，温度范围为210°C -220°C;最后为定型阶段，保证树脂固化完全，温度范围为250°C -260V,固化完成后随液压机自然冷却。
[0016]本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:由于轮圈主体外设有肩负耐磨、耐热、隔热的摩擦层，从而可在保证轮圈整体的强度和韧性的前提下降低了其对耐热、耐磨性能的要求，大大降低轮圈本身的成本；而摩擦层由热固性树脂基体复合材料制成，采用多层次结构，不仅能承受高强度的摩擦，可耐200°C的高温，且还能将热量迅速的导离轮圈，具有力学强度高，耐摩擦性能及耐老化性能优异，综合性能稳定等特点。于此同时，本发明所公开的上述摩擦层的制备方法具有效率高，质量稳定，特别适合大规模生产等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层的结构示意图。
[0018]图2为热固性树脂基体复合材料自行车轮圈摩擦层贴附结构示意图。
[0019]图中，1、耐磨层，2、隔热层，3、轮圈主体，4、摩擦层。
【具体实施方式】
[0020]参看图1、2所示，轮圈主体3外侧设有摩擦层4，摩擦层4由隔热层2及耐磨层I构成，耐磨层I是最耐磨的一层同时也肩负着导走热量的任务，隔热层2主要起到阻挡刹车产生的热量向轮圈主体3传导的作用。由于摩擦层4的存在，对于复合材料的轮圈主体3来说不需要太高的热性能和耐磨性能，可大大降低轮圈主体3本身的制作成本。
[0021]实施例一
[0022]以东丽T700碳纤维为增强体，TR1219A树脂为基体制作单向布预浸料；以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将5层耐热层和I层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。利用碳纤维单向预浸料裁剪后在EVA材质的模型上贴出大致的形状，取出模型放入气囊充气；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，放入模具用固化成型，得到耐磨性能较好的产品。
[0023]实施例二
[0024]以东丽T700碳纤维为增强体，TR1219A树脂为基体制作单向布预浸料；以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将4层耐热层和2层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。利用碳纤维单向预浸料裁剪后在EVA材质的模型上贴出大致的形状，取出模型放入气囊充气；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，放入模具用固化成型，得到耐磨性能较好的产品，同时也一定程度上提高了轮圈寿命。
[0025]实施例三
[0026]以东丽T700碳纤维为增强体，TR1219A树脂为基体制作单向布预浸料；以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将3层耐热层和3层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。利用碳纤维单向预浸料裁剪后在EVA材质的模型上贴出大致的形状，取出模型放入气囊充气；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，放入模具用固化成型，得到兼顾耐磨性和较长使用寿命的产品。
[0027]实施例四
[0028]以东丽T700碳纤维为增强体，TR1219A树脂为基体制作单向布预浸料；以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将2层耐热层和4层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。利用碳纤维单向预浸料裁剪后在EVA材质的模型上贴出大致的形状，取出模型放入气囊充气；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，放入模具用固化成型，得到较长使用寿命的产品，同时也一定程度上提高了轮圈的耐摩擦性能。
[0029]实施例五
[0030]以东丽T700碳纤维为增强体，TR1219A树脂为基体制作单向布预浸料；以东丽T300平纹碳纤维布为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作耐磨层预浸料；以玻璃纤维作为增强体，4，4’ - 二氨基二苯甲烷环(AG-80)树脂为基体制作隔热层预浸料；先将耐热层和隔热层预浸料裁剪成轮圈摩擦部位的形状，将I层耐热层和5层隔热层粘贴在一起，先行固化成摩擦层。利用碳纤维单向预浸料裁剪后在EVA材质的模型上贴出大致的形状，取出模型放入气囊充气；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，放入模具用固化成型，得到较长使用寿命的产品。
【权利要求】
1.一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈，其特征在于:轮圈主体呈圆形，横切面为U形，刹车面贴有摩擦层；所述的轮圈采用热固性树脂体系为基体，结合增强材料后经模压工艺加工成型；所述的摩擦层为多层结构，由若干位于基体外侧的隔热层及若干位于隔热层外侧的耐磨层构成；所述的隔热层及耐磨层采用热固性树脂体系为基体，分别以玻璃纤维及碳纤维作为增强材料。
2.根据权利要求1所述的一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈，其特征在于:所述的作为隔热层及耐磨层基体的热固性树脂体系为具有热固性的高分子材料，由热固性树脂添加增韧剂组成；所述的热固性树脂为4，4’-二氨基二苯甲烷环(AG-80)，增韧剂为聚醚酮(PEK)、二苯砜(DDS)、纳米碳化硅或者微米硅藻土的一种或几种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈，其特征在于:所述的轮圈的增强材料是连续长纤维，为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或几种的混合体。
4.一种制备权利要求1所述热固性树脂基体复合材料自行车轮圈的制备方法，其特征在于:其包括如下步骤: O预浸料制作:利用热固性树脂原料为基体，连续长纤维为增强材料制作单向布预浸料；利用热固性树脂原料为基体，玻璃纤维为增强材料制作隔热层预浸料；利用热固性树脂原料为基体，碳纤维为增强材料制作耐磨层预浸料； 2)摩擦层制作:将若干层耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，放入模具中，在高温高压下经模压工艺成型，冷却后即得摩擦层； 3)轮圈制作:将之前预制的单向布预浸料进行粘贴拼装，之后在轮圈的U型槽内放入耐温耐压的气囊；然后在轮圈的两边各贴附上一层摩擦层，将粘贴好的单向布预浸料、气囊及摩擦层一起放入模具中，将模具放入液压机中进行加热加压，经模压工艺后冷却，即获得热固性树脂基体复合材料自行车轮圈。
5.根据权利要求4所述的一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈的制备方法，其特征在于:所述的步骤2)中，制备摩擦层的模具分为上、下两个模板，模具的尺寸和倾斜角度针对特定的轮圈规格；耐磨层预浸料与若干层隔热层预浸料进行粘贴拼装后，先通过人工剪裁在EVA模型上贴附得到摩擦层的基本形状，然后将摩擦层从模型上取下，放入模具中经模压成型。
6.根据权利要求4所述的一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈的制备方法，其特征在于:所述的步骤3)中，制备轮圈所用模具分为上、下两个模板，同时轮圈的空腔需要气囊辅助实现，首先通过人工剪裁在EVA模型上贴附得到轮圈的基本形状，再用气囊撑起轮圈的中空结构，然后放入模具内，经模压成型工艺后冷却即获得复合材料自行车轮圈，将气囊刺破将其取出。
7.根据权利要求4所述的一种热固性树脂基体复合材料自行车轮圈的制备方法，其特征在于:在所述的步骤2)及步骤3)中，模具的加热温度控制均分为三个阶段，首先为预成型阶段，温度控制在180°C -190°C;然后为固化反应阶段，加压仓温度与固化反应速率有关，温度范围为210°C -220°C;最后为定型阶段，保证树脂固化完全，温度范围为250°C -260V,固化完成后随液压机自然冷却。
【文档编号】C08K7/14GK103921618SQ201410130022
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】曹伟伟, 龙国荣, 朱波, 朱文韬, 张瑞林, 卞志良, 卞志勇 申请人:泰山体育产业集团有限公司, 山东泰山瑞豹复合材料有限公司