[发明专利]自行车车架用碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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3~8份，二氧化钛1.5~3.8份，丙烯酸酯树脂4~10份，乙基纤维素2~5份，聚酞胺纤维6~10份，碳素纤维2~4份，丙烯腈3~5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2~5份，抗氧剂0.5~2.5份。

所述的抗氧剂为抗氧剂DLPP或者抗氧剂1076。

所述的增塑剂为氯化石蜡。

所述填料为纳米碳酸钙或者有机蒙脱土。

所述的镁铝合金中镁的质量比为20~40%，剩余为铝。

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。

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300~400℃下混熔10~30min，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350~380℃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。

步骤1）中转速优选为800rpm，混合2h。

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

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。

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10760.5份。

制备方法，包括如下步骤：