專利名稱：一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法
技術領域：
本發明涉及一種制造自行車架的方法，尤其是涉及一種用增強尼龍材料制造自行 車架的方法。
背景技術：
自行車是一種常用的代步工具，如何生產出安全，輕便，環保，價格低廉的自行車 架一直是決定該行業發展的一個重要問題。用于制造自行車架的材料，主要有以下幾種鋁合金(Al-Mg-Si，Al-Zn-Mg-(Cu))很久以前就有用鋁合金制作的車架。輕而價格低是它的優點，但老車手對它的反 應是雖輕但易彎曲。雖然經過多次改進，但是始終克服不了楊氏模量低的缺點。最近的鋁合 金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對鋁管進行熱處理等，制 造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對車手來說，具有足夠的輕量與剛性。鋁合 金是純鋁中加入Mg，Zn, Si，Cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優點， 加入其他金屬后顯著提高了機械性能。自行車所使用的鋁合金多數為6000系(Al-Mg-Si) 和7000系(Al-Si-Mg-Cu)兩種，經過熱處理(鋁耐高溫，在高溫下能改變性質)可以制成 名種各樣的材料。鋁合金車架的缺點由于鋁是彈性率及剛性低的材料，因此采用粗的管道，或者改 變形狀如cross-over管、padded管等，另外，鋁合金車架必需進行熱處理，否則強度不夠， 而一般規模不大的工廠無能力購買熱處理設備。鈦、鈦合金(Ti，Ti-Al-V)美國在60年代首次使用鈦合金來制作自行車車架。鈦合金給人的印象是輕而硬。 早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長距離賽車，也不是適用于 所有的比賽，只適合用在山岳，或者需要輕型車的特定的場合。開始時鈦合金使一些人著 迷，曾經有些熱衷于輕量化的騎手，把所有的螺絲都換成鈦合金制的才滿意。鈦金屬給一些 人錯覺，貴而稀有，實際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本 高，價格才較貴。金屬鈦比重輕、強度大，同時耐腐蝕性高的材料，一般用在特殊的環境里。 在金屬鈦里添加鋁、釩(Li. V)時強度顯著提高，熱處理也和鋁合金一樣通過時效處理可以 提高強度。鈦合金車架的優點是純鈦金屬的強度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高 (和鋁比較)，也有利于設計，可以制作輕量而強度大的車架；鈦在一般的環境下幾乎不會 被腐蝕。其缺點是價格過高，鈦在自然界以二氧化鈦的形態存在，提練及加工過程復雜，技 術要求高，并花時間因此成本高；再有溶接加工極為困難，因為鈦和氧的親和力極強，和空 氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。因此用惰性氣 體小心焊接。由于以上原因鈦車架價格很貴。碳纖維(CERP)碳纖維車架的特征是輕、不彎曲、沖擊吸收性好，但是，充分發揮碳纖維的優異性能，在技術上看起來不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質差異也較大。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。雖然存在上述的現實問題，但 是碳纖維車架還是具有其他素材所沒有的優點，可以制造8、9kg左右的輕量自行車，這種 碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現其優點，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。碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西，非常輕， 但它是具有方向性的材料(拉伸強但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來解決缺 點ο碳纖維車架的優點(1)可以制作重量輕的車架碳纖維車架是把碳纖維對著發 生應力的方向層層疊而得到強度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強的拉伸強度構成 的，捷安特的碳纖維車架非常輕，2000年的型號1. 2kg重。( 沖擊吸收性好碳纖維用來 制作殘疾者運動時用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領域。利用它的吸收沖擊力優異 的性能，制作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個廠家 之間的品質差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎后才能知道好或者不好。其缺點是價 格昂貴，和鈦合金相比，碳纖維車架的價格有過之而無不及，像頂級的碳纖維車架的價格都 要上萬。為克服上述材料的各種缺陷，現需提供一種性能良好，價格低廉的新型的用于制 造自行車架的材料。增強復合材料(Reinforced Composite)，是一種新型復合材料，具有比強度高、 比剛度大、材料性能可以設計、成型成本低等一系列優點而被人們所關注。常見包括玻璃 纖維增強復合材料(Glass fiber reinforced composite)，碳纖維增強復合材料(Carbon fiber reinforced composite)、芳論纖維增強復合材料(Aramidfiber reinforced composite)等等。與現有鋼、鋁合金等材料相比，增強復合材料具有以下優勢⑴密度小可有效 降低車輛自身重量；( 彈性特點較好可有效提高車輛行駛中的平順性，更易于吸收運動 中的振動和噪音；C3)易成型增強復合材料成型容易，成型周期快；(4)美觀增強復合材 料成型容易，有各式各樣的外觀設計，加上后期上色后光澤、顏色效果，極大提高了車輛高 貴的價值感與美感氣氛。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種操作簡單、成本 較低的用增強尼龍材料制造自行車架的方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將纖維編織成纖維氈或纖維布，平鋪在模具中，并將模具預熱至120-200°C ；(2)將尼龍預聚體與堿性催化劑混合后置于反應釜中，將釜溫升至100-200°C，然 后進行真空脫水20-40min，當體系的含水量小于300ppm時，加入助催化劑，再將混合物料 迅速注入到模具中；(3)將模具置于120-200°C的烘箱中，進行聚合反應0.5_4h，得到增強的尼龍板 材，再將該板材切割成自行車架形狀即可。
所述步驟(1)中的纖維包括無機纖維、有機纖維或金屬纖維。所述的無機纖維包括玻璃纖維、硼纖維或玄武巖纖維，所述的有機纖維包括芳香 族聚酰胺纖維或聚乙烯纖維，所述的金屬纖維包括不銹鋼纖維。所述步驟(2)中的尼龍預聚體、堿性催化劑及助催化劑的重量比為 1 (0. 002-0. 04) (0. 001-0. 006)。所述步驟(2)中的尼龍預聚體為己內酰胺、庚內酰胺、辛內酰胺、壬內酰胺、癸內 酰胺、十二內酰胺中的一種或幾種，也可以為上述單體與尼龍_6、尼龍-66、尼龍-610、尼 龍-11、尼龍-12或高溫尼龍的混合物，還可以為上述單體或混合物與無機納米填料的混合 物。所述的無機納米填料包括蒙脫土、納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米三氧化二鋁或 稀土納米氧化物中的一種或幾種。所述步驟O)中的堿性催化劑包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、己內酰胺鈉、甲醇鈉或乙 醇鈉中的一種或幾種。所述步驟O)中的助催化劑包括異氰酸酯類化合物、酰氯類化合物或酰化酰胺類 化合物中的一種或幾種。所述的異氰酸酯類化合物包括甲基二異氰酸酯，酰氯類化合物包括苯甲酰氯，酰 化酰胺類化合物包括乙酰化己內酰胺。與現有技術相比，本發明操作簡單，成本較低，得到的增強尼龍材料可以直接切割 成型，無需焊接，澆鑄成型的板材強度高、重量輕、抗沖擊性能好，且成本較低。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，該方法包括以下步驟(1)將玻璃纖維編織成纖維氈，平鋪在模具中，并將模具預熱至170°C ；(2)將Ikg己內酰胺單體與2g氫氧化鉀置于反應釜中，將釜溫升至140°C，然后進 行真空脫水30min，使體系的含水量小于300ppm，加入4g苯甲酰氯作為助催化劑，再將混合 物料迅速注入模具中；(3)將模具置于180°C的烘箱中，進行聚合反應0. ，得到增強的尼龍板材，再將 該板材切割成自行車架形狀即可。實施例2—種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將芳香族聚酰胺纖維編織成纖維布，平鋪在模具中，并將模具預熱至160°C ；(2)將Ikg庚內酰胺單體及尼龍-66的混合物，其重量比為3 1，與6g乙醇鈉置 于反應釜中，將釜溫升至120°C，然后進行真空脫水40min，使體系的含水量小于300ppm，加 入4g甲基二異氰酸酯(TDI)作為助催化劑，再將混合物料迅速注入到模具中；(3)將模具置于160°C的烘箱中，進行聚合反應2h，得到增強的尼龍板材，再將該 板材切割成自行車架形狀即可。實施例35
一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將不銹鋼纖維編織成纖維氈，平鋪在模具中，并將模具預熱至180°C ；(2)將Ikg己內酰胺單體、尼龍6及蒙脫土的混合物，其重量比為2 2 1，與4g 己內酰胺鈉置于反應釜中，將釜溫升至150°C，然后進行真空脫水20min，使體系的含水量 小于300ppm，加入Ig甲基二異氰酸酯(TDI)作為助催化劑，再將混合物料迅速注入到模具 中；(3)將模具置于180°C的烘箱中，進行聚合反應4h，得到增強的澆鑄尼龍板材，再 將該板材切割成自行車架形狀即可。實施例4一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將聚乙烯纖維編織成纖維氈，平鋪在模具中，并將模具預熱至120°C ；(2)將Ikg辛內酰胺單體、尼龍6及納米二氧化硅的混合物，其重量比為 2:1: 1，與40g己內酰胺鈉置于反應釜中，將釜溫升至100°C，然后進行真空脫水30min， 使體系的含水量小于300ppm，加入6g乙酰化己內酰胺作為助催化劑，再將混合物料迅速注 入模具中；(3)將模具置于120°C的烘箱中，進行聚合反應4h，得到增強的澆鑄尼龍板材，再 將該板材切割成自行車架形狀即可。實施例5一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將硼纖維編織成纖維氈，平鋪在模具中，并將模具預熱至200°C ；( 將Ikg辛內酰胺單體及納米碳酸鈣的混合物，其重量比為2 1，與IOg氫氧 化鈉和甲醇鈉的混合物，其重量比為1 1，置于反應釜中，將釜溫升至200°C，然后進行真 空脫水20min，使體系的含水量小于300ppm，加入3g乙酰化己內酰胺和苯甲酰氯的混合物， 其重量比為1 1，作為助催化劑，再將混合物料迅速注入模具中；(3)將模具置于200°C的烘箱中，進行聚合反應2h，得到增強的澆鑄尼龍板材，再 將該板材切割成自行車架形狀即可。
權利要求
1.一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將纖維編織成纖維氈或纖維布，平鋪在模具中，并將模具預熱至120-20(TC；(2)將尼龍預聚體與堿性催化劑混合后置于反應釜中，將釜溫升至100-200°C，然后進 行真空脫水20-40min，當體系的含水量小于300ppm時，加入助催化劑，再將混合物料迅速 注入到模具中；(3)將模具置于120-200°C的烘箱中，進行聚合反應0.5-4h，得到增強的尼龍板材，再 將該板材切割成自行車架形狀即可。
2.根據權利要求1所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，所 述步驟(1)中的纖維包括無機纖維、有機纖維或金屬纖維。
3.根據權利要求2所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，所 述的無機纖維包括玻璃纖維、硼纖維或玄武巖纖維，所述的有機纖維包括芳香族聚酰胺纖 維或聚乙烯纖維，所述的金屬纖維包括不銹鋼纖維。
4.根據權利要求1所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其 特征在于，所述步驟⑵中的尼龍預聚體、堿性催化劑及助催化劑的重量比為 1 (0. 002-0. 04) (0. 001-0. 006)。
5.根據權利要求1所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，所 述步驟O)中的尼龍預聚體為己內酰胺、庚內酰胺、辛內酰胺、壬內酰胺、癸內酰胺、十二內 酰胺中的一種或幾種，也可以為上述單體與尼龍-6、尼龍-66、尼龍-610、尼龍-11、尼龍-12 或高溫尼龍的混合物，還可以為上述單體或混合物與無機納米填料的混合物。
6.根據權利要求5所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，所 述的無機納米填料包括蒙脫土、納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米三氧化二鋁或稀土納米氧 化物中的一種或幾種。
7.根據權利要求1所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，所 述步驟O)中的堿性催化劑包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、己內酰胺鈉、甲醇鈉或乙醇鈉中的一 種或幾種。
8.根據權利要求1所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，所 述步驟O)中的助催化劑包括異氰酸酯類化合物、酰氯類化合物或酰化酰胺類化合物中的 一種或幾種。
9.根據權利要求8所述的一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，其特征在于，所 述的異氰酸酯類化合物包括甲基二異氰酸酯，酰氯類化合物包括苯甲酰氯，酰化酰胺類化 合物包括乙酰化己內酰胺。
全文摘要
本發明涉及一種用增強尼龍材料制造自行車架的方法，該方法包括以下步驟將纖維編織成纖維氈或纖維布，平鋪在模具中，并預熱模具；將尼龍預聚體與堿性催化劑混合后置于反應釜中，將釜溫升至100-200℃，進行真空脫水后加入助催化劑，再將混合物料迅速注入模具中；將模具置于120-200℃的烘箱中，進行聚合反應，得到增強的尼龍板材，再將該板材切割成自行車架形狀。與現有技術相比，本發明操作簡單，成本較低，得到的增強尼龍材料可以直接切割成型，無需焊接，成型的板材強度高、重量輕、抗沖擊性能好，且成本較低。
文檔編號B29C70/36GK102049866SQ200910198298
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月4日 優先權日2009年11月4日
發明者楊桂生 申請人:合肥杰事杰新材料有限公司