[发明专利]一种碳纤维自行车曲柄及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及自行车曲柄结构及曲柄制造技术领域，特别涉及一种碳纤维自行车曲柄及其制造工艺。

背景技术

传统自行车曲柄，主要以金属材料制成，由于金属曲柄的重量较重，且强度不够，越来越不符合自行车轻量化、高强度化的要求。

随着技术的进步，人们设计了碳纤维自行车曲柄，由于碳纤维加工难度大，常见的碳纤维自行车曲柄，是以金属材料表面包裹碳纤维布的形式，再经过表面整修、加工等工序完成的曲柄，由于其整体还是以金属实心结构为主，所以在曲柄的重量上无法达到轻量化的要求，其强度仍然不理想，且无法一体成型而成，难以保证整体上的结合紧密度。

承上，经过对生产工艺的改进，人们又设计了以下三种碳纤维曲柄：其一、以中空碳纤维管为主杆的曲柄；其二、以碳纤维作为主芯部，其外包覆结合部的曲柄；其三、以碳纤维作为筋骨的曲柄。然而，以上碳纤维曲柄，其曲柄主体刚性和强度虽然有所提高，但在实际测试中，其静负荷能力仍未达到国际标准（负重980N，经1min后，永久变形不能超过1mm），同时，以上碳纤维曲柄在加工过程中一般分多次成型，各部件之间的紧密性不够，在疲劳试验中，经施加1400N的力，50000次的试验周期后，曲柄各结合部位之间易出现松弛、开裂问题，因而其刚性、强度及耐用性仍不够理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种轻量、高刚性、高强度、高耐用性的碳纤维自行车曲柄；与此同时，本发明还要提供一种该碳纤维自行车曲柄的一体成型制造工艺。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种碳纤维自行车曲柄，包括碳纤维曲柄本体及设置于碳纤维曲柄本体两端的两个金属连接件；所述碳纤维曲柄本体包括上侧连续性长碳纤维层、下侧连续性长碳纤维层及非连续性短切碳纤维内芯夹层；所述碳纤维曲柄本体的杆部横截面呈“C”型。

作为对本发明碳纤维自行车曲柄的进一步阐述：

所述碳纤维曲柄本体的杆部为不等厚壁结构，从杆部左端至右端依次包括厚度平滑过渡的第一薄壁部、第一厚壁部、第二薄壁部、第二厚壁部、第三薄壁部、第三厚壁部及第四薄壁部。

所述两个金属连接件为镁铝合金金属连接件，包括第一连接件及第二连接件，其中第一连接件的外周具有凹槽及台阶，第二连接件的外周具有凹槽，以便增加两个金属连接件与曲柄本体的附着面积而紧密结合。

所述碳纤维自行车曲柄包括左曲柄和右曲柄，其中右曲柄的一端具有与曲柄本体一体成型的五爪，且每一爪的杆部横截面也呈“C”型。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：上述碳纤维自行车曲柄的制造工艺，包括以下工艺步骤：

a.预制第一金属连接件及第二金属连接件；预制碳纤维料，包括将连续性长碳纤维浸渍在环氧树脂基体中制成连续性长碳纤维预浸料，将非连续性短切碳纤维与环氧树脂均匀搅拌制成非连续性短切碳纤维填料；

b.将连续性长碳纤维预浸料，制作成为一连续性长碳纤维层置入模具中；

c.将第一金属连接件及第二金属连接件置于b步骤中连续性长碳纤维预浸料的两端之上；

d.在c步骤中连续性长碳纤维预浸料之上，填入非连续性短切碳纤维填料，用以成型为非连续性短切碳纤维内芯夹层；

e.再覆盖一层连续性长碳纤维预浸料，制作成为另一连续性长碳纤维层；

f.合上模具，在140～160℃温度下，施压25～35分钟，一体成型而成。

作为对本发明制造工艺的进一步阐述：

所述第一金属连接件及第二金属连接件采用铝镁合金作为加工原料，通过锻造的金属加工方式制造而成。

所述连续性长碳纤维预浸料中环氧树脂的含量占35%～42%，优选为40%；所述非连续性短切碳纤维填料中环氧树脂的含量占45%～52%，优选为50%。

所述一体成型的成型温度优选为150℃，成型时间优选为30分钟。