[发明专利]多TG碳纤维轮圈及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及自行车配件应用领域，尤其是一种多TG碳纤维轮圈及其制备方法。

背景技术

自行车运动是一项对人身体非常有益处的有氧户外运动，在欧美等发达国家得到广泛的开展。据统计，在美国，大约有1/3之一的户外运动是自行车运动。由此可见此运动开展的普遍性。自行车也从我们印象中传统的交通工具变成健身器材。各个厂商无不努力改进产品设计，制造工艺，使用更好的材料，以求得更好的自行车。

制造自行车的材料，已经从钢材，逐步变成铝合金，以追求轻量化。近年来，更是大规模使用昂贵的碳纤维材料来制作自行车车身。

相对于车身，自行车的轮圈更是心脏。它的作用，就相当于汽车的发动机。由此可见其重要性。各个厂家无不下大力气研制更好的自行车轮圈，纷纷采用新材料新工艺, 以研制更轻更省力的产品。对于轮圈来说, 要使之更轻更省力, 主要有两个因素。 一是轮圈的重量, 一是轮圈的风阻。 轻的轮圈发力快, 爬坡轻快, 这很好理解。 而对于风阻来说, 当高速骑行时，风阻就变得非常的关键。一般认为，风阻跟速度的平方成正比。所以，低风阻的设计越来越流行。为了获得低的风阻, 纷纷将截面设计成流线型。截面的加高，势必增加重量，所以，必须在重量与低风阻有所取舍。

对于重量而言，相比于钢，铝合金材料，碳纤维复合材料具有无可比拟的优越性。碳纤维复合材料（CFRP），其强度比钢强，但密度只有1.6g/cm³, 只有钢的1/5，跟铝合金相比，其模量是铝的10倍，抗拉强度是铝的２倍，但重量只有铝合金的40％。所以，碳纤材料广泛用来制作自行车轮圈。

现有的碳纤维自行车轮圈一般采用环氧树脂预浸料，经叠层，加热加压成型制得。其成型温度一般在150℃，成型时间45-60分钟。习用的环氧树脂的玻璃转化点(也称为TG)在100-130℃。用这种材料及成型工艺制得的轮圈轻量，强度高。但这种轮圈的缺点是，在使用过程中, 遇到长下坡时, 因为需要长时间刹车, 刹车边的温度会达到180℃左右, 由于刹车边使用的环氧树脂的TG点只有100℃-130℃, 在胎压的作用下,安置内胎的槽孔软化并张开, 导致突然间爆胎,造成摔车事故，从而产生对骑乘者的安全伤害。这种现象俗称烧框。

有业者研究使用TG超过220℃的环氧树脂来制作轮圈。但220℃TG的环氧树脂虽然能解决在刹车产生的高温情况下的安全问题, 但这种树脂衍生了很多问题。首先, 这种高TG树脂的成型条件苛刻, 需要220℃以上, 并且成型时间长达4个小时以上, 产量低下, 成型成本高昂, 难以大规模应用；其次,材料价格昂贵, 其价格是普通TG树脂的10倍以上,大规模推广受限制；第三,是材料的层间结合强度差, 难以耐很高的胎压；第四, 材质比较脆, 耐撞击强度低下，导致在一般使用的条件下, 如果碰到撞击, 轮圈很容易损坏, 也很容易对骑乘者产生伤害。

发明内容

本发明为了解决上述存在的问题，提供一种多TG碳纤维轮圈，克服了现有技术的不足，在刹车部分,采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料，充分保障了产品在刹车时高温下的强度,确保了产品的安全性；非刹车部分,采180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料，可以提高产品耐冲击强度。不同TG的环氧树脂材料得到合理化的使用,使材料成本得到合理的控制,可大规模推广使用。

还提供一种多TG碳纤维轮圈的制备方法，产品的结构一次性整体成型，提高了产品的强度、耐用度和安全性，实用性高，成本合理。 

本发明采用如下技术方案：多TG碳纤维轮圈，由碳纤维复合材料制成，包括两个相交的侧壁和一连接桥，所述连接桥两边区隔出一用于放置内胎的胎位孔槽和一个“V”形内腔体，二者呈上下排列，所述胎位孔槽和连接桥附近对应的侧壁为刹车边，所述刹车边和连接桥组合成截面为“H”形结构，其特征在于，所述“H”形结构与所述内腔体对应的侧壁分别采用2种或2种以上不同TG的环氧树脂碳纤维材料，其中，所述“H”形结构采用180℃以上高TG的环氧树脂碳纤维材料，所述内腔体对应的侧壁采用180℃以下低TG的环氧树脂碳纤维材料。

优选的，所述“H”形结构采用的环氧树脂碳纤维材料TG在190℃以上。

进一步的，所述“H”形结构采用的环氧树脂碳纤维材料TG的范围是190℃至220℃。

优选的，所述内腔体对应的侧壁采用的环氧树脂碳纤维材料TG范围是100℃至180℃。