玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管及其制備方法，包括一個豎直長管和位于豎直長管中部的支管，該支管與豎直長管為一體成型結構。復合材料包括高韌性0度玻璃纖維、高韌性+/?45度玻璃纖維、0度碳纖維和+/?45度碳纖維。本發明設計了一種玻璃纖維與碳纖維復合材料自行車中管，根據中管的受力情況，自行車中管的不同部位，其內部復合材料的排列結構不同，使中管的不同部位的抗拉伸強度和穩定性都不同。自行車中管具有質輕、高強、沖擊吸收性能好的優點，提高騎行者的騎行舒適度。且本發明公開的上述自行車中管的生產方法，生產成本低，方法簡單，制品表面光滑，尺寸精確度高，易實現機械化和自動化生產。
【專利說明】
玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及自行車中管及制備方法領域，尤其涉及一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車及其制備方法。
【背景技術】
[0002]自行車中管材質從最早的鉻鉬鋼材料、進化到鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈧合金材料、然后是復合材料的運用，鉻鉬鋼具有加工性能好、強度大等優點，但是有其不可克服的缺點如重量大、易生銹。相比于鉻鉬鋼材料的重量大，鋁合金材料可以制作質量輕的車架，但是鋁合金的硬度不夠，且易被氧化，而鈦合金、鎂合金、鈧合金材料的生產加工成本太高，都不是制作自行車中管的最佳材質。碳纖維具有質輕、不彎曲、沖擊吸收性能好等優點，但也具有表面硬度不佳、造價貴的缺點，當受到的外力高于能承受的最大破壞強度時，會造成斷裂。而玻璃纖維具有質輕、高強度、價格便宜的特點。
[0003]將碳纖維與玻璃纖維混雜制作的復合材料具有質輕、高強、沖擊吸收性能好的特點，如專利號為CN201310029979.0的發明專利“玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料錐形管及其制備方法”中，錐形管的管壁為三層復合結構，第一層為玻璃纖維，第二層碳纖維，第三層為玻璃纖維，通過這樣的排列方式可以整體增強錐形管的拉伸模量，降低應變能力，但由于自行車中管的不同部位的受力情況不同，采用這種排列方式起到的作用不大。且該錐形管的身纏工藝為纏繞成型法，具有適應性小、成本高的缺點，無法獲得較好的技術經濟效益。
【發明內容】
[0004]針對上述技術中存在的不足之處，本發明提供一種制備方法簡單、生產成本低且不同受力部位的內部排列結構不同的具有質輕、高強、沖擊吸收性能好的玻璃纖維與碳纖維復合材料自行車中管及其制備方法。
[0005]為實現上述目的，本發明提供一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，包括一個豎直長管、位于豎直長管中部的支管和用于連接車架五通的位于豎直中管尾部的連接部位;所述支管、連接部位與所述豎直長管為一體成型結構，所述支管與所述豎直長管的夾角為30度-60度;所述復合材料包括高韌性O度玻璃纖維、高韌性+/-45度玻璃纖維、O度碳纖維和+/-45度碳纖維。
[0006]其中，所述復合材料中高韌性O度玻璃纖維的體積含量比為17.2%，高韌性+/-45度玻璃纖維的體積含量比為17.2%，O度碳纖維的體積含量比為14%，+/-45度碳纖維的體積含量比為51.6%。
[0007]其中，所述支管的第一管壁為五層復合結構，第一管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第二層為O度碳纖維層，第一管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第四層為O度碳纖維層，第一管壁第五層為+/-45度碳纖維層。
[0008]其中，所述豎直長管的前端至中間部位的第二管壁為五層復合結構，第二管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第二層為O度碳纖維層，第二管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第四層為O度碳纖維層，第二管壁第五層為+/-45度碳纖維層。
[0009]其中，所述豎直長管的中間部位至連接部位上端的第三管壁為五層復合結構，第三管壁第一層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第二層為O度玻璃纖維層，第三管壁第三層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第四層為O度玻璃纖維層，第三管壁第五層為+/-45度玻璃纖維層。
[0010]其中，所述連接部位的第四管壁為五層復合結構，第四管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第二層為O度碳纖維層，第四管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第四層為O度碳纖維層，第四管壁第五層為+/-45度碳纖維層。
[0011]為實現上述目的，本發明還提供一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管的制備方法，包括以下步驟:
第一步:纖維預制體的備料;依據中管結構排列要求，準備高韌性O度玻璃纖維、高韌性+/-45度玻璃纖維、O度碳纖維和+/-45度碳纖維；
第二步:纖維預制體的裁剪，依據中管的結構尺寸，將纖維預制體裁切相應尺寸規格； 第三步:纖維預制體的鋪放:
A、所述第一管壁的纖維預制體排放方式為:第一管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第二層為O度碳纖維層，第一管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第四層為O度碳纖維層，第一管壁第五層為+/-45度碳纖維層；
B、所述第二管壁的纖維預制體排放方式為:第二管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第二層為O度碳纖維層，第二管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第四層為O度碳纖維層，第二管壁第五層為+/-45度碳纖維層；
C、所述第三管壁的纖維預制體排放方式為:第三管壁第一層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第二層為O度玻璃纖維層，第三管壁第三層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第四層為O度玻璃纖維層，第三管壁第五層為+/-45度玻璃纖維層；
D、所述第四管壁的纖維預制體排放方式為:第四管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第二層為O度碳纖維層，第四管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第四層為O度碳纖維層，第四管壁第五層為+/-45度碳纖維層；
第四步:將上述鋪放好的纖維預制體放入模具中，固定好蓋板，然后向模具中通入壓縮空氣或蒸汽，使制品在熱壓條件下完成固化，固化后自然冷卻至室溫，抽取模具，得到玻璃纖維與碳纖維復合材料自行車中管。
[0012]其中，步驟四中向模具中通入壓縮空氣或蒸汽的壓強為0.25-0.5MPa。
[0013]本發明的有益效果是:與現有技術相比，本發明設計了一種玻璃纖維與碳纖維復合材料自行車中管，根據中管的受力情況，自行車中管的不同部位，其內部復合材料的排列結構不同，使中管不同部位的拉伸強度和韌性都不同，可以適應不同部位的不同受力情況，自行車中管具有質輕、高強、沖擊吸收性能好的優點，提高騎行者的騎行舒適度。且本發明公開的上述自行車中管的生產方法，生產成本低，方法簡單，制品表面光滑，尺寸精確度高，易實現機械化和自動化生產。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的自行車中管的結構示意圖； 圖2為本發明的中管的橫截面示意圖；
圖3為本發明的支管的橫截面示意圖。
[0015]主要元件符號說明如下:
1、豎直長管2、支管
3、連接部位11、第二管壁
12、第三管壁21、第一管壁
31、第四管壁111、第二管壁第一層
112、第二管壁第二層 113、第二管壁第三層 114、第二管壁第四層 115、第二管壁第五層 121、第三管壁第一層 122、第三管壁第二層 123、第三管壁第三層 124、第三管壁第四層 125、第三管壁第五層 211、第一管壁第一層 212、第一管壁第二層 213、第一管壁第三層 214、第一管壁第四層 215、第一管壁第五層 311、第四管壁第一層 312、第四管壁第二層 313、第四管壁第三層 314、第四管壁第四層 315、第四管壁第五層。
【具體實施方式】
[0016]為了更清楚地表達本發明，下面結合附圖對本發明作進一步地描述。
[0017]請參閱圖1，本發明提供了一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，包括一個豎直長管1、位于豎直長管中部的支管2和用于連接車架五通的位于豎直中管尾部的連接部位3。支管2、連接部位3與豎直長管I為一體成型結構，支管2與豎直長管I的夾角為30度-60度。復合材料包括高韌性O度玻璃纖維、高韌性+/-45度玻璃纖維、O度碳纖維和+/-45度碳纖維。
[0018]與現有技術相比，本發明設計了一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，根據中管的受力情況，自行車中管的不同部位，其內部復合材料的排列結構不同，使中管不同部位的拉伸強度和韌性都不同，可以適應不同部位的不同受力情況，自行車中管具有質輕、高強、沖擊吸收性能好的優點，提高騎行者的騎行舒適度。
[0019]復合材料中高韌性O度玻璃纖維的體積含量比為17.2%，高韌性+/-45度玻璃纖維的體積含量比為17.2%，O度碳纖維的體積含量比為14%，+/-45度碳纖維的體積含量比為51.6%。0度的碳纖維層可將受到的作用力沿軸向直接準確的傳遞，+/-45度的碳纖維層的抗扭曲效果最佳，O度玻璃纖維的抗拉強度大，+/-45度玻璃纖維的彈性模量高，抗彎能力高，抗沖擊性能好。
[0020]請參閱圖3，支管2的第一管壁21為五層復合結構，第一管壁第一層211為+/-45度碳纖維層，第一管壁第二層212為O度碳纖維層，第一管壁第三層213為+/-45度碳纖維層，第一管壁第四層214為O度碳纖維層，第一管壁第五層215為+/-45度碳纖維層。
[0021]O度的碳纖維層可將車體受到的震動通過中管直接準確的傳遞，提高中管的剛性，而+/-45度的碳纖維層的抗扭曲效果最佳，第一管壁的碳纖維層為+/-45度碳纖維層與O度碳纖維層交替的五層結構，既增加了支管的剛性，又增加了支管的抗扭曲效果，使第一管壁的各個方向都獲得好的力學性能，相較于傳統的車架直接與中管固定連接的結構，本發明中的中管通過支管與車架連接，質量輕，沖擊吸收性能好，減震效果更好，騎者的舒適度更尚O
[0022]請參閱圖2，豎直長管I的前端至中間部位的第二管壁11為五層復合結構，第二管壁第一層111為+/-45度碳纖維層，第二管壁第二層112為O度碳纖維層，第二管壁第三層113為+/-45度碳纖維層，第二管壁第四層114為O度碳纖維層，第二管壁第五層115為+/-45度碳纖維層。中管與自行車車座直接連接，通過碳纖維層+/-45度碳纖維層與O度碳纖維層交替的五層結構，使第二管壁的各個方向都獲得好的力學性能，既增加了中管的剛性，又增加了中管的抗扭曲效果減震效果更好，騎者的舒適度更高。
[0023]在本實施列中，豎直長管I的中間部位至連接部位3上端的第三管壁12為五層復合結構，第三管壁第一層121為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第二層122為O度玻璃纖維層，第三管壁第三層123為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第四層124為O度玻璃纖維層，第三管壁第五層125為+/-45度玻璃纖維層。玻璃纖維的剛性強，通過+/-45度玻璃纖維層與O度玻璃纖維層交替的五層結構，使第三管壁的各個方向都獲得好的力學性能，既增加了中管的剛性，又增加了中管的抗沖擊能力，使中管可承受一定的作用力，增強了中管的穩定性。
[0024]連接部位3的第四管壁31為五層復合結構，第四管壁第一層311為+/-45度碳纖維層，第四管壁第二層312為O度碳纖維層，第四管壁第三層313為+/-45度碳纖維層，第四管壁第四層314為O度碳纖維層，第四管壁第五層315為+/-45度碳纖維層。連接部位3與車架五通連接，此處收到的作用力很大，通過碳纖維層+/-45度碳纖維層與O度碳纖維層交替的五層結構，使第四管壁的各個方向都獲得好的力學性能，既增加了連接部位的剛性，又增加了鏈接部位的抗扭曲效果，減震效果更好，騎者的舒適度更高。
[0025]本發明還提供一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管的制備方法，包括以下步驟:
第一步:纖維預制體的備料;依據中管結構排列要求，準備高韌性O度玻璃纖維、高韌性+/-45度玻璃纖維、O度碳纖維和+/-45度碳纖維；
第二步:纖維預制體的裁剪，依據中管的結構尺寸，將纖維預制體裁切相應尺寸規格； 第三步:纖維預制體的鋪放:
A、第一管壁21的纖維預制體排放方式為:第一管壁第一層211為+/-45度碳纖維層，第一管壁第二層212為O度碳纖維層，第一管壁第三層213為+/-45度碳纖維層，第一管壁第四層214為O度碳纖維層，第一管壁第五層215為+/-45度碳纖維層；
B、第二管壁的纖維預制體排放方式為:第二管壁第一層111為+/-45度碳纖維層，第二管壁第二層112為O度碳纖維層，第二管壁第三層113為+/-45度碳纖維層，第二管壁第四層114為O度碳纖維層，第二管壁第五層115為+/-45度碳纖維層；
C、第三管壁的纖維預制體排放方式為:第三管壁第一層121為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第二層122為O度玻璃纖維層，第三管壁第三層123為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第四層124為O度玻璃纖維層，第三管壁第五層125為+/-45度玻璃纖維層；
D、第四管壁的纖維預制體排放方式為:第四管壁第一層211為+/-45度碳纖維層，第四管壁第二層312為O度碳纖維層，第四管壁第三層313為+/-45度碳纖維層，第四管壁第四層314為O度碳纖維層，第四管壁第五層315為+/-45度碳纖維層；
第四步:將上述鋪放好的纖維預制體放入模具中，固定好蓋板，然后向模具中通入壓縮空氣或蒸汽，使制品在熱壓條件下完成固化，固化后自然冷卻至室溫，抽取模具，得到玻璃纖維與碳纖維復合材料自行車中管。
[0026]本發明公開的上述自行車中管的生產方法，生產成本低，方法簡單，制品表面光滑，尺寸精確度高，易實現機械化和自動化生產。
[0027]在本實施例中，步驟四中向模具中通入壓縮空氣或蒸汽的壓強為0.25-0.5MPa。
[0028]在本實施例中，步驟二中的中管的結構尺寸可為:中管長度為329.45毫米，直徑為31.8毫米;支管的位置距離中管上端94.44毫米，支管與中管的夾角為45度，支管的長度為94.43厘米，支管的直徑為20.1毫米，當然，本發明中管的尺寸不局限于上述尺寸，根據車架的大小，有不同的尺寸。
[0029]本發明的優勢在于:
1、設計巧妙，根據中管的受力情況，自行車中管的不同部位，其內部復合材料的排列結構不同，使中管不同部位的拉伸強度和韌性都不同，可以適應不同部位的不同受力情況，自行車中管具有質輕、高強、沖擊吸收性能好的優點，提高騎行者的騎行舒適度。
[0030]2、在第一管壁、第二管壁、第四管壁采用+/-45度碳纖維層與O度碳纖維層交替排列的五層結構，使中管的質量輕，沖擊吸收性能好，減震效果好，騎者的舒適度更高。
[0031]3、在第三管壁采用+/-45度玻璃纖維層與O度玻璃纖維層交替排列的五層結構，使第三管壁的各個方向都獲得好的力學性能，既增加了中管的剛性，又增加了中管的抗沖擊能力，使中管可承受一定的作用力，增強了中管的穩定性。
[0032]4、本發明公開的上述自行車中管的生產方法，生產成本低，方法簡單，制品表面光滑，尺寸精確度高，易實現機械化和自動化生產。
[0033]以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但是本發明并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，其特征在于，包括一個豎直長管、位于豎直長管中部的支管和用于連接車架五通的位于豎直中管尾部的連接部位;所述支管、連接部位與所述豎直長管為一體成型結構，所述支管與所述豎直長管的夾角為30度-60度;所述復合材料包括高韌性O度玻璃纖維、高韌性+/-45度玻璃纖維、O度碳纖維和+/-45度碳纖維。2.根據權利要求1所述的玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，其特征在于，所述復合材料中高韌性O度玻璃纖維的體積含量比為17.2%，高韌性+/-45度玻璃纖維的體積含量比為17.2%，O度碳纖維的體積含量比為14%，+/-45度碳纖維的體積含量比為51.6%。3.根據權利要求1所述的玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，其特征在于，所述支管的第一管壁為五層復合結構，第一管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第二層為O度碳纖維層，第一管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第四層為O度碳纖維層，第一管壁第五層為+/-45度碳纖維層。4.根據權利要求1所述的玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，其特征在于，所述豎直長管的前端至中間部位的第二管壁為五層復合結構，第二管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第二層為O度碳纖維層，第二管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第四層為O度碳纖維層，第二管壁第五層為+/-45度碳纖維層。5.根據權利要求1所述的玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，其特征在于，所述豎直長管的中間部位至連接部位上端的第三管壁為五層復合結構，第三管壁第一層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第二層為O度玻璃纖維層，第三管壁第三層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第四層為O度玻璃纖維層，第三管壁第五層為+/-45度玻璃纖維層。6.根據權利要求1所述的玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管，其特征在于，所述連接部位的第四管壁為五層復合結構，第四管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第二層為O度碳纖維層，第四管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第四層為O度碳纖維層，第四管壁第五層為+/-45度碳纖維層。7.玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:纖維預制體的備料;依據中管結構排列要求，準備高韌性O度玻璃纖維、高韌性+/-45度玻璃纖維、O度碳纖維和+/-45度碳纖維； 第二步:纖維預制體的裁剪，依據中管的結構尺寸，將纖維預制體裁切相應尺寸規格； 第三步:纖維預制體的鋪放: A、所述第一管壁的纖維預制體排放方式為:第一管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第二層為O度碳纖維層，第一管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第一管壁第四層為O度碳纖維層，第一管壁第五層為+/-45度碳纖維層； B、所述第二管壁的纖維預制體排放方式為:第二管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第二層為O度碳纖維層，第二管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第二管壁第四層為O度碳纖維層，第二管壁第五層為+/-45度碳纖維層； C、所述第三管壁的纖維預制體排放方式為:第三管壁第一層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第二層為O度玻璃纖維層，第三管壁第三層為+/-45度玻璃纖維層，第三管壁第四層為O度玻璃纖維層，第三管壁第五層為+/-45度玻璃纖維層； D、所述第四管壁的纖維預制體排放方式為:第四管壁第一層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第二層為O度碳纖維層，第四管壁第三層為+/-45度碳纖維層，第四管壁第四層為O度碳纖維層，第四管壁第五層為+/-45度碳纖維層； 第四步:將上述鋪放好的纖維預制體放入模具中，固定好蓋板，然后向模具中通入壓縮空氣或蒸汽，使制品在熱壓條件下完成固化，固化后自然冷卻至室溫，抽取模具，得到玻璃纖維與碳纖維復合材料自行車中管。8.根據權利要求7所述的玻璃纖維與碳纖維混雜復合材料自行車中管的制備工藝，其特征在于，步驟四中向模具中通入壓縮空氣或蒸汽的壓強為0.25-0.5MPa。
【文檔編號】B62K19/02GK105857484SQ201610246966
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】陳紅軍
【申請人】陳紅軍