自行车车架用碳纤维复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于自行车复合材料技术领域，具体涉及一种自行车车架用碳纤维复合材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 自行车运动是一种最能改善人们心肺功能的耐力性有氧运动。车架是自行车的灵 魂，好的自行车架必须符合重量轻、强度够、刚性高三个条件。作为自行车运动的车种当然 是重量越轻越好，如此才越省力骑得越快；强度够是指车架在高强度的骑乘之下不会有断 裂弯曲的安全顾虑；刚性高是指车架要够硬，有时候一台刚性差的车架也许没有安全顾虑， 但是骑起来车架力量传导过差，使得骑乘者踩踏起来有车子拖重的感觉，即使是够轻、够强 的车架但刚性过差这仍究是一台不合格的运动自行车。顶级运动自行车的车架生产工艺极 其复杂，如UCC运动自行车的铝制车架，采取一体成型技术，从整块铝锭中抽取，整个车架 要经历200多道制作工序，与普通自行车的焊接车架有很大的不同。这也是运动自行车性 能优于普通自行车的核心所在。在市售的车种中，能符合上述好车架标准的车架材质有：铝 合金、碳纤维、钛合金及合金钢材四种。铝合金的骑乘质感属于灵敏轻巧、高刚性，但同时也 传达了地面每一丁点的振动反应，而略为牺牲了舒适性。
[0003] 碳纤维的特性是较具弹性、骑乘感稳定、长途巡航持续感佳、舒适性高。钛合金的 特性很类似铝合金与碳纤维的综合，它可以有类似碳纤维的弹性也可以享有铝合金般的轻 巧与刚性，但是这些好处都得以远高于其它材质的价格才能达到。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是寻求钛合金的替代产品，提供一种自行车车架用碳纤维复合材料 及其制备方法，该复合材料以碳纤维为主体，添加镁铝合金及树脂材料，在保持优异性能的 同时降低复合材料的成本，复合材料灵敏轻巧，刚性高，大幅提升骑行舒适度。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为： 自行车车架用碳纤维复合材料，组分及及各组分的质量分数如下：碳纤维30~40份， 镁铝合金：T8份，二氧化钛1.5~3.8份，丙烯酸酯树脂4~10份，乙基纤维素2飞份，聚酞 胺纤维6~10份，碳素纤维2~4份，丙烯腈:T5份，N-甲基吡咯烷酮0.8~3.6份，聚乙烯蜡 0. 6~1. 8份，油酸三乙醇胺0. 5~2. 1份，三氧化二铝0. 6~1. 4份，硬脂酸单甘油酯0. 7~2. 2 份，增塑剂2~4份，填料2飞份，抗氧剂0. 5~2. 5份。
[0006] 所述的抗氧剂为抗氧剂DLPP或者抗氧剂1076。
[0007] 所述的增塑剂为氯化石蜡。
[0008] 所述填料为纳米碳酸钙或者有机蒙脱土。
[0009] 所述的镁铝合金中镁的质量比为20~40%，剩余为铝。
[0010] 所述的自行车车架用碳纤维复合材料，组分及及各组分的质量分数优选如下：碳 纤维35份，镁铝合金5. 5份，二氧化钛2. 6份，丙烯酸酯树脂7份，乙基纤维素3. 5份，聚 酞胺纤维8份，碳素纤维3份，丙烯腈4份，N-甲基吡咯烷酮2. 7份，聚乙烯蜡1.2份，油 酸三乙醇胺1.3份，三氧化二铝1份，硬脂酸单甘油酯1.4份，增塑剂3份，填料3. 5份，抗 氧剂1.5份。
[0011] 所述自行车车架用碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤： 1) 将丙烯酸酯树脂、乙基纤维素、聚酞胺纤维、碳素纤维、丙烯腈、N-甲基吡咯烷酮、 聚乙烯蜡、油酸三乙醇胺、硬脂酸单甘油酯和抗氧剂按比例加入到高速混匀机中混合，转速 600~900rpm，混合 1~3h ; 2) 将步骤1)得到的混合物料与碳纤维在30(T400°C下混熔l(T30min，与镁铝合金、二 氧化钛、三氧化二铝、增塑剂和填料一起加入到挤出机中，在35(T380°C下熔融混炼挤出，冷 却造粒得自行车车架用碳纤维复合材料。
[0012] 步骤1)中转速优选为800rpm，混合2h。
[0013] 有益效果：本发明提供的自行车车架用碳纤维复合材料，该复合材料以碳纤维为 主体，添加镁铝合金及树脂材料，在保持优异性能的同时降低复合材料的成本，复合材料灵 敏轻巧，刚性高，大幅提升骑行舒适度。
【具体实施方式】
[0014] 以下实施例中所采用的镁铝合金中镁的质量比为30%。其余组分均可通过商业途 径获得。
[0015] 实施例1 自行车车架用碳纤维复合材料，组分及及各组分的质量分数如下：碳纤维30份，镁铝 合金3份，二氧化钛1.5份，丙烯酸酯树脂4份，乙基纤维素2份，聚酞胺纤维6份，碳素 纤维2份，丙烯腈3份，N-甲基吡咯烷酮0. 8份，聚乙烯蜡0. 6份，油酸三乙醇胺0. 5份，三 氧化二铝0.6份，硬脂酸单甘油酯0.7份，增塑剂氯化石蜡2份，填料纳米碳酸钙2份，抗 氧剂 1076 0. 5份。
[0016] 制备方法，包括如下步骤： 1) 将丙烯酸酯树脂、乙基纤维素、聚酞胺纤维、碳素纤维、丙烯腈、N-甲基吡咯烷酮、 聚乙烯蜡、油酸三乙醇胺、硬脂酸单甘油酯和抗氧剂按比例加入到高速混匀机中混合，转速 800rpm，混合 2h ; 2) 将步骤1)得到的混合物料与碳纤维在350°C下混熔20min，与镁铝合金、二氧化钛、 三氧化二铝、增塑剂和填料一起加入到挤出机中，在360°C下熔融混炼挤出，冷却造粒得自 行车车架用碳纤维复合材料。
[0017] 实施例2 自行车车架用碳纤维复合材料，组分及及各组分的质量分数如下：碳纤维40份，镁铝 合金8份，二氧化钛3. 8份，丙烯酸酯树脂10份，乙基纤维素5份，聚酞胺纤维10份，碳素 纤维4份，丙烯腈5份，N-甲基吡咯烷酮3. 6份，聚乙烯蜡1. 8份，油酸三乙醇胺2. 1份，三 氧化二铝1. 4份，硬脂酸单甘油酯2. 2份，增塑剂氯化石蜡4份，填料有机蒙脱土 5份，抗 氧剂DLPP2. 5份。
[0018] 制备方法，包括如下步骤： 1)将丙烯酸酯树脂、乙基纤维素、聚酞胺纤维、碳素纤维、丙烯腈、N-甲基吡咯烷酮、 聚乙烯蜡、油酸三乙醇胺、硬脂酸单甘油酯和抗氧剂按比例加入到高速混匀机中混合，转速 800rpm，混合 2h ; 2)将步骤1)得到的混合物料与碳纤维在350°C下混熔20min，与镁铝合金、二氧化钛、 三氧化二铝、增塑剂和填料一起加入到挤出机中，在360°C下熔融混炼挤出，冷却造粒得自 行车车架用碳纤维复合材料。
[0019] 实施例3 自行车车架用碳纤维复合材料，组分及及各组分的质量分数如下：碳纤维32份，镁铝 合金4份，二氧化钛1.9份，丙烯酸酯树脂5份，乙基纤维素3份，聚酞胺纤维7份，碳素纤 维3份，丙烯腈3. 5份，N-甲基吡咯烷酮1. 2份，聚乙烯蜡1. 3份，油酸三乙醇胺0. 9份，三 氧化二铝