专利名称：碳纤维复合材料自行车轮框的结构及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用碳纤维复合材料制造的自行车轮框，利用本发明的制 法得到一种具有耐磨耗、耐冲击的轮框结构。
背景技术：
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。碳纤维材料先 天的高强度、高刚性以及轻量化的材料特性，应用于自行车零组件上，确实可 以满足自行车产业的要求。
综观目前市场上的高级自行车碳纤维复合材料化，由市场产品被推广过程，
可归纳成四大阶段
一、 前、后叉(FrontFork、 Rear Stays)——因受力较不严苛，初期釆用较易 接受，且可立即感受到轻量化的卖点。
二、 曲柄(Crank)、座管(Seat Post)、握把(Handle Bar)——因受力较严苛，且 较顾及安全性部位，自然待生产技术成熟与市场接受度放大后才引入市场，现 已是成熟技术产品。
三、 车架(Frame)——整台自行车的主体，在视觉上最明显，不论在使用者 施力、市场造型卖点以及制造商的制程、模具、设备等，研发时程较长，自然 是较后才推出。目前，已几乎全面市场化，可量产供货。
四、 轮框(Rim)—一可说是国际市场目前最渴望达成自行车碳纤维复合材料 化的最后一项目标。虽然，市场上已有产品试卖中，也有很多制造商绞尽脑汁 想克服技术的困难，但目前制造的方式依然存有缺失，有许多尚须克服的问题。
参照图11与图12,为现有夹钳型(Clincher)与管状型(Tubular)的传统碳纤维 复材结构轮框的示意图。现有的碳纤维轮框为层状结构，当轮框承受刹车片的 摩擦时，因为碳纤维积层结构材料的特性容易使轮框因为磨耗而产生脱层，并 发生结构破坏的情况。
参照中华人民共和国第022卯151.5号"复合材料的自行车轮圏，，专利，现有的改善方法是在轮框的刹车区外周面设一层具有耐磨、低导热以及散热快特 性的铝金属轮框或保护片，使进行刹车的动作时，刹车器的刹车片直接与保护 片接触，两者不会直接接触，且摩擦产生的高热不会直接传导至轮框。
但是，现有的方法只能改善并无法解决问题，利用刹车片与铝金属轮框或 保护片摩擦，而消耗刹车片。进一步保护轮框，但是，对于比赛选手而言必须 频频更换刹车片并非最佳使用方法，亟有待加以改良。
有鉴于此，本发明人乃致力于研发一种可以直接与刹车片接触，并且不容 易因为磨耗而产生脱层的结构设计，以满足使用者的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料自行 车轮框的结构及其制法，解决的问题在于，现有的碳纤维复合材料轮框为了避 免轮框与刹车片直接接触而产生磨耗与脱层的情况，改在轮框上设有铝金属轮 框或保护片，但铝框和保护片与刹车片产生磨耗后，必须时常更换刹车片，而 无法满足使用者的期待。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是 一种碳纤维复合材料自行车轮框的结构，其特征是包含有 一摩擦框体，为一耐磨实心体，包括一内圏面、 一外圏面与两侧摩擦面， 所述的两摩擦面分别相接所述的内圏面与所述的外圏面，且所述的摩擦面呈平 整面；
一内环框体，是管状物结构体，与所述的摩擦框体的内圏面相接； 一外环框体，用来装置轮胎，所述的外环框体与所迷的摩擦框体的外圏面 相接。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种碳纤维复合材料自行车轮框的制法，其特征是包含有以下步骤 成型一摩擦框体备有数个补强纤维层与树脂基材，所述的补强纤维层沿 圆周方向与圏宽方向积层成型；数个补强纤维层沿圓框厚度方向逐层铺贴，其 中补强纤维层与补强纤维层之间凭借所述的树脂基材连接并以热压结合成为一 摩擦框；
所述的摩擦框体再结合一 内环框体与 一外环框体； 以二次成型方法成为一体的自行车轮框。与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是
本发明碳纤维复合材料自行车轮框的结构及其制法，其中将碳纤维复合材 料应用于自行车轮框充分达到轻量化、高强度、高刚性的要求，同时摩擦框与 刹车皮相对摩擦时，不会产生脱层，不破坏结构。
再者，摩擦框与刹车片沿圆周方向平行摩擦时，刹车片沿着线状面摩擦会 越磨越滑而有一定的止滑是数，具有润滑而不涩的舒适感受。
图l是本发明碳纤维复合材料自行车轮框制法的流程图2是本发明碳纤维复合材料自行车轮框的立体外观图3是本发明碳纤维复合材料自行车轮框的立体分解图4是本发明碳纤维复合材料自行车轮框的摩擦框体制法的流程图5是本发明的摩擦框体备料与堆栈的示意图6是本发明的摩擦框体切割后的示意图7是本发明摩擦框体、内环框体与外环框体结合的示意图8是本发明摩擦框体与外环框体结合的示意图9是本发明摩擦框体与内环框体结合的示意图；图IO是本发明碳纤维复合材料自行车轮框结构的示意图11是现有夹钳型(Clincher)传统碳纤维复材结构轮框的示意图12是现有管状型(Tubular)传统碳纤维复材结构轮框的示意图。
附图标记说明l-摩擦框体；ll-补强纤维层；12-树脂基材；13-纤维纱；21-
内圏面；22-外圏面；23-摩擦面；2-内环框体；3-外环框体；X-圆周方向；Y-圈
宽方向；Z-圓框厚度方向。
具体实施例方式
有关本发明所采用的技术、手段及其功效，兹举一较佳实施例并配合图式 详述如后，此仅供说明之用，在专利申请上并不受此种结构的限制。
参照图1至图3，为本发明碳纤维复合材料自行车轮框制法的流程图及其立 体外观图。本发明自行车轮框的制法为成型一摩擦框体1—摩擦框体1结合一 内环框体2与一外环框体3 —二次成型为一体的自行车轮框。
参照图4,为本发明摩擦框体1制法的流程图。本发明摩擦框体1的制法是备料—堆栈—热压—切割上下凹槽，保留两侧摩擦面。
备料(请同时参照图5):先备有数个补强纤维层11与树脂基材12,所述的 补强纤维层ll属高温碳化抽丝而成，其中高温碳化的温度达摄氏1800度以上， 具有高强度、可耐高温。
所述的补强纤维层11沿圆周方向X与圈宽方向Y成型，所述的补强纤维 层11包括有数根纤维纱13,所述的补强纤维层11呈环状，所述的纤维纱13呈 规则排列，某些补强纤维层11的纤维纱13指向圈宽方向Y，另还有一些补强 纤维层11的纤维纱13指向圆周方向X。
堆栈将数层环状的补强纤维层11由内圏往外圈或由外圏往内圏的圆框厚 度方向Z逐层铺贴，其中纤维纱13指向圏宽方向Y的补强纤维层11与纤维纱 13指向圆周方向X的补强纤维层11逐层铺贴，两者之间以树脂基材12结合。
热压利用热压成型将每一补强纤维层11凭借树脂基材12热压结合，其 中此处选用的树脂基材12属于耐高温树脂基材，树脂基材12遇热液化并受挤 压流动，将局部树脂基材12带动流出，并且在热压产生硬化时，控制树脂基材 12的流量，其中树脂基材12还留存有35~40%。而树脂基材12流动时，同时将 残留的挥发物带出，让热压成型后不会有气泡留存。
切割热压成型后的补强纤维层11与树脂基材12形成一摩擦框体1的粗 胚(参照图6),摩擦框体1包括有一内图面21与一外圈面22,切割内圏面21呈 凹槽，切割外圏面22呈凹弧，得到一实心的已硬化成型的摩擦框体1。
参照图7至图10，表示所述的摩擦框体1与所述的内环框体2、所述的外 环框体3结合的示意图。摩擦框体1内圈面21结合所述的内环框体2，摩擦框 体1外圏面22结合所述的外环框体3，所述的内环框体2与所述的外环框体3 是碳纤维复合材料的管状物结构，同时内环框体2与外环框体3的碳纤维复合 材料包含有一般常用的传统的树脂材料。
所述的内环框体2是呈传统碳纤维结构的管状物结构体，用来支撑自行车 轮框强度与高张力轮辐，并不会与刹车片接触而不会有摩擦生热的问题，同时, 外加用凸凹槽与摩擦框体1嵌合不会位移，而不影响品质。
所述的外环框体3也是传统碳纤维结构包括有外圏面22两側凸缘以及中间 的凹槽，可用来装置内胎配合外胎，并凭借凸缘卡设在外胎，具有较佳的抵抗 内胎压与张力的能力。
本发明成型后的自行车轮框，如图7所示，包括有成型为一体的摩擦框体1、内环框体2与外环框体3，其中摩擦框体1包括有两个分别与内圏面21与外圏 面22相接的摩擦面23,所述的摩擦面23呈平整面，所述的摩擦面23形成数环 形堆栈状，形成层次分明的结构。当摩擦面23与刹车片接触时，摩擦面23与 刹车片将因摩擦而产生耗损，值得一提的是，本发明摩擦框体1的材料选用具 有高强度可耐高温的补强纤维层11,无须担忧耐热问题。当刹车片与摩擦面23 以圏框方向Y接触时，刹车片直接垂直对抗数根纤维纱13截面点的集合面，纤 维纱13将越磨越短，并没有脱层情形而不影响结构。同时当摩擦面23与刹车 片沿圆周方向X平行摩擦时，刹车片沿着线状面摩擦会越磨越滑而有一定的止 滑是数，具有润滑而不涩的舒适感受，长久使用时只是消耗圆周方向X的纤维 纱13,不会有脱层的可能，可以确实解决现有因摩擦生热而脱层的缺失。 就以上所述可以归纳出本发明具有以下的优点
1 .本发明碳纤维复合材料自行车轮框的结构及其制法，其中将碳纤维复合材 料应用于自行车轮框充分达到轻量化、高强度、高刚性的要求。
2. 本发明碳纤维复合材料自行车轮框的结构及其制法，其中摩擦框体与刹车 皮相对摩擦时，不会产生脱层，不破坏结构。
3. 本发明碳纤维复合材料自行车轮框的结构及其制法，其中摩擦框体与刹车 片沿圓周方向X平行摩擦时，刹车片沿着线状面摩擦会越磨越滑而有一定的止 滑是数，具有润滑而不涩的舒适感受。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人 员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、 变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
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权利要求
1.一种碳纤维复合材料自行车轮框的结构，其特征是包含有一摩擦框体，为一耐磨实心体，包括一内圈面、一外圈面与两侧摩擦面，所述的两摩擦面分别相接所述的内圈面与所述的外圈面，且所述的摩擦面呈平整面；一内环框体，是管状物结构体，与所述的摩擦框体的内圈面相接；一外环框体，用来装置轮胎，所述的外环框体与所述的摩擦框体的外圈面相接。
2. 根据权利要求1所述的碳纤维复合材料自行车轮框的结构，其特征在于 所述的摩擦面形成数个环形堆栈状，形成层次分明的结构。
3. 根据权利要求1所述的碳纤维复合材料自行车轮框的结构，其特征在于 所述的摩擦框体包括有数根纤维纱，部分所述的纤维纱是朝向轮框的圏宽方向 排列，其余的纤维纱朝向轮框的圓周方向排列。
4. 根据权利要求1、 2或3所述的碳纤维复合材料自行车轮框的结构，其特 征在于所述的摩擦框体的内圏面形成凹槽，所述的摩擦框体的外圏面形成凹 弧。
5. —种碳纤维复合材料自行车轮框的制法，其特征是包含有以下步骤 成型一摩擦框体备有数个补强纤维层与树脂基材，所述的补强纤维层沿圆周方向与圏宽方向积层成型；数个补强纤维层沿圆框厚度方向逐层铺贴，其 中补强纤维层与补强纤维层之间凭借所述的树脂基材连接并以热压结合成为一摩擦框；所述的摩擦框体再结合一内环框体与一外环框体； 以二次成型方法成为一体的自行车轮框。
6. 根据权利要求5所述的碳纤维复合材料自行车轮框的制法，其特征在于 所述的补强纤维层呈环状属高温碳化抽丝而成，其中高温碳化的温度达摄氏 1800度以上。
7. 根据权利要求5所述的碳纤维复合材料自行车轮框的制法，其特征在于 所述的补强纤维层包括数根纤维纱，所述的纤维纱呈规则排列，所述的纤维纱 指向圏宽方向与圆周方向。
8. 根据权利要求5所述的碳纤维复合材料自行车轮框的制法，其特征在于所述的树脂基材属于耐高温树脂基材，热压成型后，所述的树脂基材还留存有树脂基材总量的35~40%。
9. 根据权利要求5所述的碳纤维复合材料自行车轮框的制法，其特征在于: 所述的摩擦框体包括有一内圏面与一外圏面，切割所述的内圏面呈凹槽，切割 所述的外圏面呈凹弧，所述的内圏面结合所述的内环框体，所述的外圈面结合 所述的外环框体，其中所述的摩擦框体为一耐磨实心体，所述的内圏面与所述 的外圈面两端分别相接一摩擦面，所述的摩擦面为平整面。
10. 根据权利要求5所述的碳纤维复合材料自行车轮框的制法，其特征在于: 所述的内环框体与所述的外环框体是碳纤维复合材料的管状物结构，所述的内 环框体与所述的外环框体的碳纤维复合材料包含有一般常用的传统的树脂材
全文摘要
本发明是碳纤维复合材料自行车轮框的结构及其制法，其中摩擦框包括有两个呈平整面的摩擦面，摩擦面形成数环形堆栈状的层次分明的结构，摩擦面与刹车片接触时以圈框方向接触，刹车片直接垂直对抗数根纤维纱截面点的集合面，纤维纱将越磨越短，并没有脱层情形而不影响结构。同时当摩擦面与刹车片沿圆周方向平行摩擦时，刹车片沿着线状面摩擦会越磨越滑而有一定的止滑是数，具有润滑而不涩的舒适感受，长久使用时只是消耗圆周方向的纤维纱，不会有脱层的可能，可以确实解决现有因摩擦生热而脱层的缺失。
文档编号B60B5/02GK101537769SQ200810084788
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月21日 优先权日2008年3月21日
发明者蔡科然 申请人:环航复合材料股份有限公司