專利名稱：復合材料纏繞自行車車架的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于自行車制造工藝方法自行車車架最早是將分離管件用焊接、銅鋅焊或其它連接方法組裝而成，此種構造在自行車車架各個接頭或管件受到不同作用力時，往往導致在接頭處斷裂，造成危險事故。后來采用鋁合金在車架模型中擠壓成型方法，但因為鋁合金的傳熱效率高，所以擠壓成型后的鋁合金車架在加工之前要進行時效硬化處理，在超過205℃高溫加工后產生鋁合金脆化現(xiàn)象，導致強度降低，受外力撞擊時易產生斷裂。最近美國專利號為4828781的專利，是利用復合材料在自行車三角車架模具內形成一車架外殼，再使用氣袋吹氣擠壓此車架外殼使其緊靠模具的內壁上，再經過樹脂熱硬化過程成型一車架。此種方法熱壓成型的時間太長，金屬模具的設計與開模成本高，工藝復雜，可能產生氣袋扭結而造成復合材料的強化纖維并非連續(xù)狀態(tài)，從而產生局部強度較低的問題。很難達到完全實施的目的。
為了制造強度高的車架，克服上述各種工藝方法中的不足，經過潛心研究，發(fā)明了用復合材料纏繞自行車車架的制造工藝方法，用強化纖維連續(xù)纏繞產生補強作用，并且無接點。
本發(fā)明是將予先成型的自行車車架，經過脫脂處理及陽極化處理，用復合材料纏繞其上，其特征在于(1)先將該車架的外表面涂布一層液體耦連劑;
(2)將表面涂有耦連劑的車架放在干燥室內作第一次熱處理，其溫度控制在70℃～80℃，烘干時間約五分鐘;
(3)將復合材料的強化纖維涂附一層樹脂構成予浸料，將此預浸料依車架之各部分結構的受力狀態(tài)，與車架的軸向做不同夾角與不同層數(shù)纏繞車架;
(4)再使用熱可縮性膠帶塞洛凡紗(Cellophane Yarn)在車架上施加適當拉力，且熱可縮性膠帶之間保持一固定寬度的間隔，加以纏繞包覆于車架上。
(5)將完成纏繞包覆之車架放至高溫爐中做第二次加熱處理，其溫度控制在120℃～150℃，加熱時間為1～2小時，使耦連劑與復合材料之纖維組織融合鍵結在一起。
(6)將熱可縮性膠帶剝去。
試在鋁合金一體成型的自行車車架上利用本發(fā)明纏繞強化纖維復合材料之工藝進一步說明該方法，

圖1是一架鋁合金車架，包含有一前三通管(10)，其上方有上管(11)，下方接有下管(12)，上管(11)連接至略呈垂直狀的座管(13)，該座管(13)上端再向后延伸有兩支后上叉桿(14)，其后上叉桿(14)的末端為后叉端(15)，這兩支后叉端向前延伸為后下叉(16)，并與座管(13)及下管(12)連至五通管(20)而構成車架。用本發(fā)明制造工藝流程為(1)先將預先成型的鋁合金車架經過凈化處理，去掉車架上的油脂及其它污物，再經陽極化處理，將鋁合金車架浸入硫酸槽內電解，使其車架表面產生鋁氧化膜以保護車架表面不被浸蝕。
(2)將該車架之外表面涂附一層液體硅烷(sinH2n+2)，以增強鋁合金車架與強化纖維之間的接觸效果。硅烷是一種接觸效果良好的耦連劑。
(3)立刻將涂附硅烷的車架放入烘干室中做第一次加熱處理，其室內加熱溫度為70℃～80℃，時間約為五分鐘。
(4)將復合材料的強化纖維涂附一層樹脂而成預浸料。復合材料的強化纖維可以根據(jù)情況選用石墨纖維或玻璃纖維或硼纖維或最新的克維拉纖維，他們之間可根據(jù)需要互相替代;復合材料預浸料的形狀可分為三種，其一為單向線性連續(xù)式纖維排列的片狀預浸料，其二為連續(xù)式縱橫交錯格狀排列的布狀預浸料，其三為編織連續(xù)式的束狀預浸料，根據(jù)車架之各部分連接點結構的受力情況的不同，將上述預浸料依不同角度、不同層數(shù)纏繞包裹于鋁合金車架上。在車架各部分，不論管狀還是連續(xù)部分受力的情況，不外乎是壓應力及扭矩的作用，以及受到各個不同方向的沖擊力。我們知道，以單向線性片狀強化纖維預浸料而言，若與園形截面車架管呈平行纏繞，其夾角為0°，此時其成型后的抗壓力最大，而夾角為±45°時，其成型后的抗扭矩最大，要纏繞車架管或連接部分時，則根據(jù)各部分的受力情況進行應力分析后，再按照實際狀況分別纏繞0°至±45°夾角及不同層數(shù)的強化纖維預浸料，其中15°至30°為分別考慮車架上承受各個不同方向的沖擊力，如果車架管截面為紡綞型截面，抗壓力仍以0°為最佳，但抗扭矩則未必是±45°為最大，可能是±15°或±30°為最大，因此對諸如這些可能的情況也應加以考慮，而且纏繞層數(shù)由六至十八層不等，其纏繞層數(shù)狀況為若干層0°、若干層±15°、若干層±45°、若干層0°、若干層30°、若干層±45°等，依受力分析可做小的改動，譬如，在某部分其受壓應力較大，則0°的強化纖維纏繞層數(shù)較多，其它角度則平均纏繞;若某部分受扭矩較大，則45°的強化纖維纏繞層數(shù)較多等等。此纏繞由計算機控制，用自動纏繞機纏繞。
(5)完成上述工藝過程的鋁合金車架后，再使用熱可縮性膠帶，例如塞洛凡紗(Cellophane Yarn)或OPP Tape等，在纏繞復合材料預浸料的車架上施加適當?shù)睦?，并且膠帶與膠帶之間保持適當?shù)拈g隙來包復在車架上。
(6)然后將完成上述諸步驟的車架移至高溫爐中，做第二次加熱處理，溫度為120℃～150℃，加熱一小時，此時耦連劑硅烷溶化與單向、片狀強化纖維混合并產生鍵結作用，達到良好的接觸效果，再利用熱可縮性膠帶遇熱收縮之特性，強力壓迫車架結構使硅烷與纖維的混合更為均勻。
(7)直接去除膠帶，將膠帶切開剝掉。
(8)涂裝加工完成。
本發(fā)明之特點在于(1)涂布耦連劑后的烘干凝固步驟，使硅烷不致產生沾粘人手，影響工作進度，而且不會向下流動，造成耦連劑涂復不均勻而影響復合材料與車架的粘接效果。(2)復合材料強化纖維預浸料依受力狀況設計不同角度及不同層數(shù)來纏繞在鋁合金車架上。(3)包覆纏繞熱可縮性膠帶，以提供強大的收縮力使硅烷耦合劑與復合材料的強化纖維預浸料完全鍵結在一起。
本發(fā)明加工速度快，可大量生產，經試驗證明，該發(fā)明達到了預期效果。
權利要求
1.在預先成型的自行車車架經過凈化處理及陽極化處理后的一種復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于(1)在該車架的外表面上涂布一層液體耦連劑；(2)置于干燥室內做第一次加熱處理，其溫度控制在70℃～80℃，烘干時間約為5分鐘；(3)將復合材料增強纖維涂上一層樹脂而成預浸料，根據(jù)車架各部分結構受力狀態(tài)，再將預浸料與車架的軸向做不同夾角與不同層數(shù)的反復纏繞于車架上；(4)使用熱可縮性膠帶塞洛凡紗(Cellophane Yarn)在車架上施加適當拉力，并且熱可縮性膠帶之間保持一固定寬度的間隙，來加以纏繞包覆于車架上；(5)將完成纏繞包覆的車架送至高溫爐中做第二次加熱處理，其溫度控制在120℃～150℃，加熱時間為一小時至二小時；(6)將熱可收縮性膠帶剝掉。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于耦連劑以硅烷最佳。
3.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于樹脂可為熱可固性樹脂。
4.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于樹脂可為熱可塑性樹脂，烷(sin H2n+2)為更佳。
5.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于復合材料可為單向(Unidirection)線性連續(xù)式纖維排列成片狀的。
6.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于復合材料可為纖維縱橫交錯排列成布狀的。
7.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于復合材料可為纖維連續(xù)式編織成束狀的。
8.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于復合材料的強化纖維為石墨纖維(Graphite)或玻璃纖維(Fiber Glass)或硼纖維(Boron)或克維拉纖維(Kevlar)。
9.根據(jù)權利要求1所述的復合材料纏繞自行車車架的制造方法，其特征在于熱可縮性膠帶亦可用OPP膠帶代替。
全文摘要
一種復合材料纏繞自行車車架的制造方法。在預先成型的自行車車架，經凈化及陽極化處理后，即進行(1)涂上耦連劑，(2)第一次熱處理，(3)將復合材料的強化纖維涂一層樹脂制成預浸料，然后按不同夾角及不同層數(shù)纏繞在車架上，(4)用熱可縮性膠帶纏繞于車架上，(5)第二次熱處理和(6)剝掉熱可縮性膠帶等六步制造流程。該發(fā)明工藝簡單，加工速度快，可大量生產。
文檔編號B62K19/00GK1071632SQ9110994
公開日1993年5月5日 申請日期1991年10月24日 優(yōu)先權日1991年10月24日
發(fā)明者楊茂基, 黃修甫 申請人:楊茂基, 黃修甫