[发明专利]长纤维增强热塑复合材料在线直接成型制造自行车架方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用复合材料成型制造自行车架的方法，尤其是涉及长纤维增强热塑复合材料在线直接成型制造自行车架方法。

背景技术

自行车是一种常用的代步工具，如何生产出安全，轻便，环保，价格低廉的自行车架一直是决定该行业发展的一个重要问题。用于制造自行车架的材料，主要有以下几种：

铝合金(Al-Mg-Si，Al-Zn-Mg-(Cu))

很久以前就有用铝合金制作的车架。轻而价格低是它的优点，但老车手对它的反应是虽轻但易弯曲。虽然经过多次改进，但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架，为了提高杨氏弹性模量，加大管道外径，使用扁平管，或者对铝管进行热处理等，制造出轻而有刚性的车架，这种最新的铝合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。铝合金是纯铝中加入Mg，Zn，Si，Cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点，加入其他金属后显著提高了机械性能。自行车所使用的铝合金多数为6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)两种，经过热处理(铝耐高温，在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。

铝合金车架的缺点：由于铝是弹性率及刚性低的材料，因此采用粗的管道，或者改变形状如cross-over管、padded管等，另外，铝合金车架必需进行热处理，否则强度不够，而一般规模不大的工厂无能力购买热处理设备。

钛、钛合金(Ti，Ti-Al-V)

美国在60年代首次使用钛合金来制作自行车车架。钛合金给人的印象是轻而硬。早期的钛合金车架，作为比赛用车，刚性不足，其车架不适合于长距离赛车，也不是适用于所有的比赛，只适合用在山岳，或者需要轻型车的特定的场合。开始时钛合金使一些人着迷，曾经有些热衷于轻量化的骑手，把所有的螺丝都换成钛合金制的才满意。钛金属给一些人错觉，贵而稀有，实际上钛是地球上埋藏量丰富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，价格才较贵。金属钛比重轻、强度大，同时耐腐蚀性高的材料，一般用在特殊的环境里。在金属钛里添加铝、钒(Li.V)时强度显著提高，热处理也和铝合金一样通过时效处理可以提高强度。

钛合金车架的优点是：纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒，弹性更高(和铝比较)，也有利于设计，可以制作轻量而强度大的车架；钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。其缺点是价格过高，钛在自然界以二氧化钛的形态存在，提练及加工过程复杂，技术要求高，并花时间因此成本高；再有溶接加工极为困难，因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触后马上变成二氧化钛，而二氧化钛硬而脆，该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。由于以上原因钛车架价格很贵。

碳纤维(CERP)

碳纤维车架的特征是轻、不弯曲、冲击吸收性好，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其他素材所没有的优点，可以制造8、9kg左右的轻量自行车，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西，非常轻，但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断)，因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。

碳纤维车架的优点：(1)可以制作重量轻的车架：碳纤维车架非常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的，捷安特的碳纤维车架非常轻，2000年的型号1.2kg重。(2)冲击吸收性好：碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿，或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能，制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。其缺点是：价格昂贵，和钛合金相比，碳纤维车架的价格有过之而无不及，像顶级的碳纤维车架的价格都要上万。

为克服上述材料的各种缺陷，现需提供一种性能良好，价格低廉的新型的用于制造自行车架的材料。