多tg碳纖維輪圈的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多TG碳纖維輪圈，輪圈由碳纖維復(fù)合材料制成，包括兩個相交的側(cè)壁和一連接橋，連接橋兩邊區(qū)隔出一用于放置內(nèi)胎的胎位孔槽和一個“V”形內(nèi)腔體，二者呈上下排列，胎位孔槽和連接橋附近對應(yīng)的側(cè)壁為剎車邊，剎車邊和連接橋組合成截面為“H”形結(jié)構(gòu)，“H”形結(jié)構(gòu)與內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁分別采用2種或2種以上不同TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料。本實(shí)用新型在承受胎壓的剎車區(qū)域，采用180℃以上高TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，有效降低了輪圈的燒框風(fēng)險，既提高輪圈的安全性，兼顧產(chǎn)品的輕量及安全兩方面的要求；在非剎車部分,采180℃以下低TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，具有良好的剛性和韌性，提高產(chǎn)品耐沖擊強(qiáng)度。
【專利說明】多TG碳纖維輪圈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及自行車配件應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種多TG碳纖維輪圈。
【背景技術(shù)】
[0002]自行車運(yùn)動是一項(xiàng)對人身體非常有益處的有氧戶外運(yùn)動，在歐美等發(fā)達(dá)國家得到廣泛的開展。據(jù)統(tǒng)計，在美國，大約有1/3之一的戶外運(yùn)動是自行車運(yùn)動。由此可見此運(yùn)動開展的普遍性。自行車也從我們印象中傳統(tǒng)的交通工具變成健身器材。各個廠商無不努力改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，制造工藝，使用更好的材料，以求得更好的自行車。
[0003]制造自行車的材料，已經(jīng)從鋼材，逐步變成鋁合金，以追求輕量化。近年來，更是大規(guī)模使用昂貴的碳纖維材料來制作自行車車身。
[0004]相對于車身，自行車的輪圈更是心臟。它的作用，就相當(dāng)于汽車的發(fā)動機(jī)。由此可見其重要性。各個廠家無不下大力氣研制更好的自行車輪圈，紛紛采用新材料新工藝，以研制更輕更省力的產(chǎn)品。對于輪圈來說，要使之更輕更省力，主要有兩個因素。一是輪圈的重量，一是輪圈的風(fēng)阻。輕的輪圈發(fā)力快，爬坡輕快，這很好理解。而對于風(fēng)阻來說，當(dāng)高速騎行時，風(fēng)阻就變得非常的關(guān)鍵。一般認(rèn)為，風(fēng)阻跟速度的平方成正比。所以，低風(fēng)阻的設(shè)計越來越流行。為了獲得低的風(fēng)阻，紛紛將截面設(shè)計成流線型。截面的加高，勢必增加重量，所以，必須在重量與低風(fēng)阻有所取舍。
[0005]對于重量而言，相比于鋼，鋁合金材料，碳纖維復(fù)合材料具有無可比擬的優(yōu)越性。碳纖維復(fù)合材料(CFRP)，其強(qiáng)度比鋼強(qiáng)，但密度只有1.6g/cm3,只有鋼的1/5，跟鋁合金相t匕，其模量是鋁的10倍，抗拉強(qiáng)度是鋁的2倍，但重量只有鋁合金的40%。所以，碳纖材料廣泛用來制作自行車輪圈。
[0006]現(xiàn)有的碳纖維自行車輪圈一般采用環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，經(jīng)疊層，加熱加壓成型制得。其成型溫度一般在150°C，成型時間45-60分鐘。習(xí)用的環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)(也稱為TG)在100-130°C。用這種材料及成型工藝制得的輪圈輕量，強(qiáng)度高。但這種輪圈的缺點(diǎn)是，在使用過程中，遇到長下坡時，因?yàn)樾枰L時間剎車，剎車邊的溫度會達(dá)到180°C左右，由于剎車邊使用的環(huán)氧樹脂的TG點(diǎn)只有100°C -130°C，在胎壓的作用下，安置內(nèi)胎的槽孔軟化并張開，導(dǎo)致突然間爆胎，造成摔車事故，從而產(chǎn)生對騎乘者的安全傷害。這種現(xiàn)象俗稱燒框。
[0007]有業(yè)者研究使用TG超過220°C的環(huán)氧樹脂來制作輪圈。但220°C TG的環(huán)氧樹脂雖然能解決在剎車產(chǎn)生的高溫情況下的安全問題，但這種樹脂衍生了很多問題。首先，這種高TG樹脂的成型條件苛刻，需要220°C以上，并且成型時間長達(dá)4個小時以上，產(chǎn)量低下，成型成本高昂，難以大規(guī)模應(yīng)用；其次，材料價格昂貴，其價格是普通TG樹脂的10倍以上，大規(guī)模推廣受限制；第三，是材料的層間結(jié)合強(qiáng)度差，難以耐很高的胎壓;第四，材質(zhì)比較脆，耐撞擊強(qiáng)度低下，導(dǎo)致在一般使用的條件下，如果碰到撞擊，輪圈很容易損壞，也很容易對騎乘者產(chǎn)生傷害。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型為了解決上述存在的問題，提供一種多TG碳纖維輪圈，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，在剎車部分，采用180°C以上高TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，充分保障了產(chǎn)品在剎車時高溫下的強(qiáng)度，確保了產(chǎn)品的安全性；非剎車部分，采180°C以下低TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，可以提高產(chǎn)品耐沖擊強(qiáng)度。不同TG的環(huán)氧樹脂材料得到合理化的使用，使材料成本得到合理的控制，可大規(guī)模推廣使用。
[0009]還提供一種多TG碳纖維輪圈的制備方法，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)一次性整體成型，提高了產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐用度和安全性，實(shí)用性高，成本合理。
[0010]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:多TG碳纖維輪圈，由碳纖維復(fù)合材料制成，包括兩個相交的側(cè)壁和一連接橋，所述連接橋兩邊區(qū)隔出一用于放置內(nèi)胎的胎位孔槽和一個“V”形內(nèi)腔體，二者呈上下排列，所述胎位孔槽和連接橋附近對應(yīng)的側(cè)壁為剎車邊，所述剎車邊和連接橋組合成截面為“H”形結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述“H”形結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁分別采用2種或2種以上不同TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，其中，所述“H”形結(jié)構(gòu)采用180°C以上高TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁采用180°C以下低TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料。
[0011]優(yōu)選的，所述“H”形結(jié)構(gòu)采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG在190°C以上。
[0012]進(jìn)一步的，所述“H”形結(jié)構(gòu)采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG的范圍是190°C至220。。。
[0013]優(yōu)選的，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG范圍是100°C至180。。。
[0014]進(jìn)一步的，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的兩側(cè)壁相交處采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG值的范圍是100°C至130°c;內(nèi)腔體對應(yīng)的其余側(cè)壁采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG范圍是150°C至 180 0C ο
[0015]進(jìn)一步的，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG是120°C。
[0016]上述多TG碳纖維輪圈的制備方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1、“H”形結(jié)構(gòu)碳圈成型:制作一個“H”形槽的成型模具，將高TG的碳纖維樹脂預(yù)浸布鋪層在此模具的“H”形槽上，將模具鎖緊后放入高溫烤箱中成型，脫模備用；
[0018]步驟2、“V”形內(nèi)腔體碳圈成型:將低TG的碳纖維樹脂預(yù)浸布依據(jù)輪圈的內(nèi)腔體形狀疊層成一個截面為“V”形的內(nèi)腔體碳圈，在V形內(nèi)腔體碳圈的開口處，預(yù)留有與“H”形結(jié)構(gòu)碳圈結(jié)合的碳纖維預(yù)浸片材，分別為胎位槽孔片材和內(nèi)腔體底部片材，兩者間用離型材料隔開；將氣袋置入V形內(nèi)腔體碳圈的槽中；
[0019]步驟3、將“H”形結(jié)構(gòu)碳圈放置“V”形內(nèi)腔體碳圈的開口處的對應(yīng)位置，開口處兩邊的胎位槽孔片材貼合在“H”形結(jié)構(gòu)碳圈的外表面，內(nèi)腔體底部片材貼合在“H”形結(jié)構(gòu)碳圈內(nèi)表面，依據(jù)胎位槽孔和內(nèi)腔體的形狀進(jìn)行疊層，從而制得輪圈預(yù)型品；
[0020]步驟4、將輪圈預(yù)型品放入鋼制模具中，然后放入成型設(shè)備中，合模，往成型氣袋中充高壓氣體成型；
[0021]步驟5、將成型的輪圈毛胚品去除毛邊，取出成型氣袋；在胎位孔槽和腔室底部鉆孔；表面進(jìn)行烤漆處理。
[0022]優(yōu)選的，成型模具中包括2塊用軟質(zhì)材料制成的，并分別與“H”形結(jié)構(gòu)碳圈上、下部份的內(nèi)部形狀吻合的芯模，將高TG的碳纖維樹脂預(yù)浸布分別包裹在芯模的表面，再置入成型模具中。
[0023]優(yōu)選的，在步驟2中，將TG范圍在100°C至130°C的碳纖維樹脂預(yù)浸布鋪設(shè)成兩側(cè)壁相交處的碳圈，在此碳圈外部鋪設(shè)TG范圍在150°C至180°C的碳纖維樹脂預(yù)浸布，形成一個截面為“V”形的內(nèi)腔體碳圈。
[0024]優(yōu)選的，在步驟I中，所述烤箱中的成型溫度為200°C以上，加熱時間為6小時；或烤箱中的成型溫度為220°C以上，加熱時間為4小時。
[0025]本實(shí)用新型具有以下有益之處:1、在承受胎壓的剎車區(qū)域，采用180°C以上高TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，充分保障了產(chǎn)品在剎車時高溫下的強(qiáng)度，有效降低了輪圈的燒框風(fēng)險，既提高輪圈的安全性，又不增加碳纖維輪圈的重量，兼顧產(chǎn)品的輕量及安全兩方面的要求；2、在非剎車部分，采180°C以下低TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，具有良好的剛性和韌性，提高產(chǎn)品耐沖擊強(qiáng)度；3、符合不同部位的溫度要求，不同TG的樹脂材料得到合理化的應(yīng)用，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高了產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐用度和安全性，實(shí)用性高，可大規(guī)模推廣使用。
[0026]【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為自行車輪圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本實(shí)用新型的“H”形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5為本實(shí)用新型制備方法的“H”形槽的成型模具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例一制備中的“V”形內(nèi)腔體碳圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例一制備步驟3中組合預(yù)型示意圖；
[0034]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例二制備中的“V”形內(nèi)腔體碳圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]附圖標(biāo)記:1、連接橋；2、側(cè)壁；21、剎車邊；22、內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁；23、側(cè)壁相交處；3、胎位孔槽；4、內(nèi)腔體；5、“H”形槽的成型模具；51、芯模；52、芯模；53、“H”形槽；7a、內(nèi)腔體底部片材；7b、胎位槽孔片材；7c、離型材料；7d、氣袋；a、“H”形結(jié)構(gòu)碳圈的外表面；b、“H”形結(jié)構(gòu)碳圈的內(nèi)表面。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0037]如圖1所示，多TG碳纖維輪圈，整體由碳纖維復(fù)合材料制成，包括兩個相交的側(cè)壁2和一連接橋1，所述連接橋I兩邊區(qū)隔出一用于放置內(nèi)胎的胎位孔槽3和一個“V”形內(nèi)腔體4，二者呈上下排列，胎位孔槽3和連接橋I附近對應(yīng)的側(cè)壁為剎車邊21，剎車邊21和連接橋I組合成截面為“H”形結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
[0038]由于碳纖維復(fù)合材料的低導(dǎo)熱系數(shù)，使得剎車邊21因剎車摩擦產(chǎn)生的熱能不易擴(kuò)散，易產(chǎn)生熱堆積，從而使剎車邊的溫度上升，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，剎車時，剎車邊的溫度可達(dá)180°C左右。因此，本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】為在“H”形結(jié)構(gòu)與內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁分別采用2種或2種以上不同TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，其中，剎車邊所在的“H”形結(jié)構(gòu)采用180°C以上高TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁采用180°C以下低TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料。
[0039]實(shí)施例一
[0040]如圖2所示，由于在長下坡持續(xù)剎車的情況下，剎車邊21的溫度可以達(dá)到180°C以上，因此，要求“H”形結(jié)構(gòu)采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG在190°C以上；同時考慮到TG值越高，其成本也越昂貴，層間結(jié)合強(qiáng)度和耐沖擊性也越差，環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG值最好控制在220°C以下為最佳。內(nèi)腔體4對應(yīng)的側(cè)壁22采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG范圍是100°C至180°C。從價格和耐沖擊性方面考慮，最優(yōu)選的，內(nèi)腔體對應(yīng)的兩側(cè)壁22采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG是120°C。
[0041]實(shí)施例二
[0042]如圖3所示，“H”形結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，不同之處在于:內(nèi)腔體對應(yīng)的兩側(cè)壁相交處23采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG值的范圍是100°C至130°C ；內(nèi)腔體4對應(yīng)的其余側(cè)壁采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG范圍是150°C至180°C。
[0043]實(shí)施例一的制備方法，包括以下步驟:
[0044]步驟1、“H”形結(jié)構(gòu)碳圈成型:制作一個“H”形槽的成型模具5，將TG范圍是190°C至220°C的碳纖維樹脂預(yù)浸布鋪層在此模具的“H”形槽53上，將模具鎖緊后放入高溫烤箱中成型，烤箱中的成型溫度為200°C，加熱時間為6小時，或烤箱中的成型溫度為220°C，力口熱時間為4小時；然后脫模備用；
[0045]步驟2、“V”形內(nèi)腔體碳圈成型:如圖6所示，將TG范圍是100°C至180°C的碳纖維樹脂預(yù)浸布依據(jù)輪圈的內(nèi)腔體形狀疊層成一個截面為“V”形的內(nèi)腔體碳圈，在V形內(nèi)腔體碳圈的開口處，預(yù)留有與“H”形結(jié)構(gòu)碳圈結(jié)合的碳纖維預(yù)浸片材，分別為胎位槽孔片材7b和內(nèi)腔體底部片材7a，兩者間用離型材料7c隔開；將氣袋7d置入V形內(nèi)腔體碳圈的槽中；
[0046]步驟3、組合預(yù)型:如圖7所示，將“H”形結(jié)構(gòu)碳圈放置“V”形內(nèi)腔體碳圈的開口處的對應(yīng)位置，開口處兩邊的胎位槽孔片材7b貼合在“H”形結(jié)構(gòu)碳圈的外表面b，內(nèi)腔體底部片材7a貼合在“H”形結(jié)構(gòu)碳圈內(nèi)表面a，依據(jù)胎位槽孔3和內(nèi)腔體4的形狀進(jìn)行疊層，從而制得輪圈預(yù)型品；
[0047]步驟4、輪圈毛胚成型:將輪圈預(yù)型品放入鋼制模具中，然后放入成型設(shè)備中，合模，往成型氣袋中充高壓氣體成型；將成型的輪圈毛胚品去除毛邊，取出成型氣袋；在胎位孔槽和腔室底部鉆孔；表面進(jìn)行烤漆處理。
[0048]如圖5所示，“H”形槽的成型模具5中包括2塊用軟質(zhì)材料制成的，并分別與“H”形結(jié)構(gòu)碳圈上、下部份的內(nèi)部形狀吻合的芯模51、52，將TG范圍在190°C至220°C的碳纖維樹脂預(yù)浸布分別包裹在芯模51、52的表面，再置入成型模具5中。
[0049]如圖8所示，實(shí)施例二的制備方法，與實(shí)施例一的方法區(qū)別在于步驟2中，需將TG范圍在100°C至130°c的碳纖維樹脂預(yù)浸布鋪設(shè)成兩側(cè)壁相交處23的碳圈，在此碳圈外部鋪設(shè)TG范圍在150°C至180°C的碳纖維樹脂預(yù)浸布，形成一個截面為“V”形的內(nèi)腔體碳圈。
[0050]盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上對本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.多TG碳纖維輪圈，由碳纖維復(fù)合材料制成，包括兩個相交的側(cè)壁和一連接橋，所述連接橋兩邊區(qū)隔出一用于放置內(nèi)胎的胎位孔槽和一個“V”形內(nèi)腔體，二者呈上下排列，所述胎位孔槽和連接橋附近對應(yīng)的側(cè)壁為剎車邊，所述剎車邊和連接橋組合成截面為“H”形結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述“H”形結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁分別采用2種或2種以上不同TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，其中，所述“H”形結(jié)構(gòu)采用180°C以上高TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁采用180°C以下低TG的環(huán)氧樹脂碳纖維材料。
2.如權(quán)利要求1所述的多TG碳纖維輪圈，其特征在于，所述“H”形結(jié)構(gòu)采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG在190°C以上。
3.如權(quán)利要求2所述的多TG碳纖維輪圈，其特征在于，所述“H”形結(jié)構(gòu)采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG的范圍是190°C至220°C。
4.如權(quán)利要求1所述的多TG碳纖維輪圈，其特征在于，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG范圍是100°C至180°C。
5.如權(quán)利要求4所述的多TG碳纖維輪圈，其特征在于，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的兩側(cè)壁相交處采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG值的范圍是100°C至130°C ;內(nèi)腔體對應(yīng)的其余側(cè)壁采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG范圍是150°C至180°C。
6.如權(quán)利要求4所述的多TG碳纖維輪圈，其特征在于，所述內(nèi)腔體對應(yīng)的側(cè)壁采用的環(huán)氧樹脂碳纖維材料TG是120°C。
【文檔編號】B60B21/02GK203681136SQ201420042588
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】劉五瑞, 蔡圣堂 申請人:廈門碳帝復(fù)合材料科技有限公司