一種自行車碳纖維腳蹬及其制備方法
【專利說明】一種自行車碳纖維腳蹬及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請屬于碳纖維材料領(lǐng)域，尤其涉及自行車構(gòu)件工藝領(lǐng)域的自行車碳纖維腳蹬及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]碳纖維自行車主要是中高檔的競賽用自行車，作為新興材料，碳纖維主要應(yīng)用于車架、前叉、輪組等。碳纖維管又稱碳素纖維管，也稱碳管，碳纖管，是采用碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸入苯乙稀基聚脂樹脂經(jīng)加熱固化拉擠(纏撓)而成。在制過程中，可以通過不同的模具生產(chǎn)出各種型材，如:不同規(guī)格的碳纖維圓管，不同規(guī)格的方管，不同規(guī)格的片材，以及其它型材:在制作過程中也可以包3K進(jìn)行表面包裝美化等等。碳纖維，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。
[0005]碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。它比重不到鋼的1/4，但強(qiáng)度卻非常強(qiáng)。而且其耐蝕性出類拔萃，是新一代增強(qiáng)纖維。碳纖維廣泛用于民用、軍用、建筑、航天以及超級跑車領(lǐng)域。碳纖維管具有強(qiáng)度高，壽命長、耐腐蝕，質(zhì)量輕、低密度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于風(fēng)箏、航空模型飛機(jī)、燈用支架、PC設(shè)備轉(zhuǎn)軸、蝕刻機(jī)、醫(yī)療器械、體育器材等機(jī)械設(shè)備。尺寸穩(wěn)定、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)小、自潤滑和吸能抗震等一系列優(yōu)異性能。并具有高比模、耐疲勞、抗蠕變、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等。美國發(fā)明了紡織瀝青基碳纖維用的含有基金屬中間相瀝青，原絲經(jīng)穩(wěn)定化和碳化后，碳纖維的拉伸強(qiáng)度為3.5G帕，模量為252G帕；法國研制了耐熱和高導(dǎo)電的中間相瀝青基碳纖維；波蘭開發(fā)了新型金屬涂覆碳纖維的方法，例如涂覆銅的瀝青基碳纖維是用混合法制成，先用銅鹽與各向同性煤瀝青混勻，進(jìn)行離心紡絲，在空氣中穩(wěn)定化并在高溫氫氣中處理，得到合金銅的碳纖維。世界瀝青基碳纖維的生產(chǎn)能力較小，國內(nèi)瀝青基碳纖維的研究和開發(fā)較早，但在開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用方面與國外相比有較大的差距。
[0006]自行車是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚拇焦ぞ撸湓靸r低廉，維修簡單，使用方便，深受世界各國人民喜愛，形成了巨大的自行車消費(fèi)市場，隨著現(xiàn)代社會的飛快發(fā)展，自行車已不僅僅是交通和運(yùn)輸工具，已具有集健身、旅游、競賽等多種功能。自行車檔次的高低取決于材料的選擇和做工。典型的低、中、高檔自行車構(gòu)架分別由碳鋼、鉻鉬合金及鋁合金和碳纖維制造。碳纖維是一種新型的復(fù)合材料，它有重量輕、比強(qiáng)度高、比剛度大的優(yōu)點(diǎn)，而且具有可設(shè)計性和易成型性，從而使設(shè)計的結(jié)構(gòu)有更高的結(jié)構(gòu)效率。碳纖維按產(chǎn)品規(guī)格的不同被劃分為宇航級和工業(yè)級兩類，亦稱為小絲束和大絲束。通常把48K以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括360K和480K等。宇航級碳纖維初期以3K為主，逐漸發(fā)展為12K和24K，主要應(yīng)用于國防軍工和高技術(shù)，以及體育休閑用品，像飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和釣魚桿、球桿球拍等。工業(yè)級碳纖維應(yīng)用于不同民用工業(yè)，包括:紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運(yùn)輸和能源等。
[0007]世界各國都對研制新形態(tài)、新材料的自行車投入了巨大的人力、物力、財力。車架是自行車的骨架，它在很大程度上決定了自行車的造型和使用性能。美國、英國和我國臺灣等都已開發(fā)生產(chǎn)出碳酸鈣自行車車架。用于碳酸鈣管生產(chǎn)方面的碳酸鈣含量多少，直接決定其力學(xué)性能表現(xiàn)和價值。碳酸鈣管具有質(zhì)輕、堅實、抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但在使用時應(yīng)特別注意防電。碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。
[0008]中國輕工業(yè)聯(lián)合會組織并主持召開了連云港迎雁新材料有限責(zé)任公司和連云港神鷹碳纖維自行車有限責(zé)任公司完成的“碳纖維自行車技術(shù)開發(fā)”項目科技成果鑒定會。鑒定委員會專家在聽取了項目完成單位的研發(fā)、查新、檢測和使用等報告，并實地考察了產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場后，一致認(rèn)為港城碳纖維自行車生產(chǎn)綜合技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，并達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。聚丙烯腈碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要作復(fù)合材料用增強(qiáng)體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產(chǎn)率，工業(yè)上常采用共聚聚丙烯腈纖維為原料。對原料的要求是:雜質(zhì)、缺陷少；細(xì)度均勻，并越細(xì)越好；強(qiáng)度高，毛絲少；纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好，通常大于80% ;熱轉(zhuǎn)化性能好。
[0009]碳纖維雖然輕，但有較好的安全性，雖然碳纖維的看起來像塑料，但實際上這種材料抗沖擊性比鋼鐵強(qiáng)，特別是用碳纖維做成的方向盤，機(jī)械強(qiáng)度和抗沖性更高。在復(fù)合材料的配合下，碳纖維汽車成了家用車中的裝甲車。這種碳纖維材料已經(jīng)在高速列車的裙擺上應(yīng)用。碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。碳纖維腳蹬的特征是輕、鋼性好、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。自行車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來制作車架。雖然存在上述的現(xiàn)實問題，但是碳纖維腳蹬還是具有其他素材所沒有的優(yōu)點(diǎn)，可以制造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，登坡順利而爽快。而不會像一些輕的鋁合金車架，登坡時感到有一種向后拉的力量。而隨著人性化理念的普及，及新型和諧社會的構(gòu)成，設(shè)計一種拉伸強(qiáng)度高、耐高溫、硬度高的自行車碳纖維腳蹬及其制備方法是非常必要的。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]解決的技術(shù)問題:
本申請針對上述技術(shù)問題，提供一種自行車碳纖維腳蹬及其制備方法，解決現(xiàn)有自行車成本高、抗溫性差、拉伸強(qiáng)度低等技術(shù)問題。
[0012]技術(shù)方案:
一種自行車碳纖維腳蹬，所述自行車碳纖維腳蹬的原料按重量份數(shù)配比如下=PVC10份;MBS8-12份；二堿式亞磷酸鉛1-5份；硬脂酸鉛0.5-4.5份；硬脂酸鈣0.6-1份；AC發(fā)泡劑0.2-0.8份；碳酸鈣20-40份；三堿式硫酸鉛4-8份；三氧化二銻10_30份；碳纖維為60-80份；增塑劑5-25份。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維腳蹬的原料按重量份數(shù)配比如下:PVC100份；MBS9份；二堿式亞磷酸鉛2份；硬脂酸鉛1.5份；硬脂酸鈣0.7份；AC發(fā)泡劑0.4份；碳酸鈣25份；三堿式硫酸鉛5份；三氧化二銻15份；碳纖維為65份；增塑劑10份。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維腳蹬的原料按重量份數(shù)配比如下:PVC100份;MBS11份；二堿式亞磷酸鉛4份；硬脂酸鉛3.5份；硬脂酸鈣0.9份；AC發(fā)泡劑0.6份；碳酸鈣35份；三堿式硫酸鉛7份；三氧化二銻25份；碳纖維為75份；增塑劑20份。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維腳蹬的原料按重量份數(shù)配比如下:PVC100份;MBS10份；二堿式亞磷酸鉛3份；硬脂酸鉛2.5份；硬脂酸鈣0.8份；AC發(fā)泡劑0.5份；碳酸鈣30份；三堿式硫酸鉛6份；三氧化二銻20份；碳纖維為70份；增塑劑15份。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述增塑劑采用ES0。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述自行車碳纖維腳蹬的制備方法，包括如下步驟:
第一步:按照重量份數(shù)配比稱取PVC、MBS、二堿式亞磷酸鉛、硬脂酸鉛、硬脂酸鈣、AC發(fā)泡劑、碳酸鈣、三堿式硫酸鉛、三氧化二銻、碳纖維和增塑劑；
第二步:將PVC、MBS、二堿式亞磷酸鉛、硬脂酸鉛、硬脂酸鈣投入攪拌機(jī)混合，混合速度為50-90r/min，混合均勻，升溫至50_70°C加入剩余原料，繼續(xù)混合30_50min ；
第三步:混合均勻后物料投入雙螺桿擠出機(jī)，料筒溫度170-180 0C、165-175 °C、160-170°C、165-175°C、155-165°C，螺桿溫度 145_155°C，機(jī)頭溫度 160-170°C、165-175°C、175-185 °C、195-205 °C、190-200 °C，螺桿轉(zhuǎn)速 35_40r/min，投料轉(zhuǎn)速 30_40r/min，扭矩60-64%ο
[0018]
有益效果:
本發(fā)明所述一種自行車碳纖維腳蹬及其制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:1、產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度40-60MPa，彎曲強(qiáng)度45_65MPa ;2、產(chǎn)品熱變形溫度105-125°C，彈性模量500-700MPa ;3、縱向尺寸變化率1_3%，斷裂伸長率400-600%，缺口沖擊強(qiáng)度50-90kJ/m2;4、吸水率0.001-0.02%，摩擦系數(shù)0.1-0.14，成本低廉，操作簡單，耐腐蝕，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
[0019]【具體實施方式】
[0020]實施例1:
按照重量份數(shù)配比稱取PVCl