專利名稱：一種碳纖維復(fù)合材料管件結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)和精準(zhǔn)局部加熱的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及關(guān)于ー種碳纖維復(fù)合材料成型管件的制作方法，更具體的，涉及ー種碳纖維復(fù)合材料管件接合補(bǔ)強(qiáng)并精準(zhǔn)局部加熱以去除應(yīng)カ的方法。
背景技術(shù)：
自行車兼具節(jié)能環(huán)保和運(yùn)動健身的效果，是非常普遍的ー種交通工具。一般的自行車車架大多采用鋼鐵管材料，以保證車身整體的堅固性，但是這種金屬管的自行車車身特別重、抗疲勞性差，不符合自行車(特別是公路車和山地車)輕量化的要求。近年來因為碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、剛度高、耐疲勞性好、具有良好的抗銹蝕性等多種優(yōu)異的材料特性，使得碳纖維車架的應(yīng)用越來越廣泛。 碳纖維自行車車架包括ー個上管、ー個下管、ー個頭管、ー個座管、一個五通接頭、一個后上叉以及ー個后下叉七支獨(dú)立的管件，就這些管材構(gòu)成的車架而言，目前常見的制造步驟是步驟A :分別預(yù)成型步驟，該步驟依據(jù)各管材所需要的外形、力學(xué)性能，先進(jìn)行碳纖維預(yù)浸布裁片作業(yè)，接著將碳纖維預(yù)浸布裁片包覆在各管材的芯材外進(jìn)行預(yù)型卷料，并將車架的各管件預(yù)型出軟質(zhì)的中空管體。其中，具體的從預(yù)型體到中空管體的エ藝步驟如下I、將尼龍風(fēng)管套在木制芯軸上。該木制芯軸有形狀和外徑要求，用于預(yù)型特定型號、特定大小、特定部位的管件，管件預(yù)型成功之后，芯軸要抽出，只保留尼龍風(fēng)管在管件內(nèi)，芯軸可回收重復(fù)生產(chǎn)。2、將按要求將裁切好的碳纖維織板層層緊密貼合纏繞在套有尼龍風(fēng)管的芯軸上，形成軟質(zhì)管件預(yù)型體，抽出芯軸。3、將軟質(zhì)預(yù)型體管件放入型腔與之吻合的鋼質(zhì)模具中，給尼龍風(fēng)管裝上風(fēng)嘴。4、蓋上鋼模的上摸，并將模具送上溫度達(dá)150度的設(shè)備加熱，同時通過風(fēng)嘴對尼龍風(fēng)管施加0-200psi的脈沖風(fēng)壓，成型30-45分中，管件成型硬化。5、在150度烘箱內(nèi)再次加溫2小吋，以便充分反應(yīng)，然后將尼龍風(fēng)管抽棹。6、對管件機(jī)械加工，例如包括取長(切掉多余部分，滿足尺寸要求)、切弧ロ(滿組裝配要求)、鉸孔(滿足孔徑要求)等。7、超聲波清洗和擦拭管件。8、將管件上治具填膠，然后烘烤，打磨，擦拭。步驟B:拼接補(bǔ)紗步驟，于各個接管的中空管體外部環(huán)繞貼覆碳纖維預(yù)浸布，此為増加管件搭接處補(bǔ)強(qiáng)的必要步驟，以強(qiáng)化車架剛性，步驟C :熱固定型步驟，在補(bǔ)紗步驟后對整個車架進(jìn)行熱固定型。這種制作方法至少具有如下弊端(I)對于接合補(bǔ)強(qiáng)采用整體加熱，但由于原本已預(yù)成型的管件需進(jìn)行二次加熱，已定型的部分會因加熱產(chǎn)生變形，所以必須利用整體模具再固定定型，因此模具成本較高；
(2)為保證加熱均勻需要對其固定的底盤在熱固過程中亦需要進(jìn)行加熱處理，能源消耗大；(3)固定底盤長時間的熱脹冷縮，亦會產(chǎn)生變形，導(dǎo)致預(yù)固件產(chǎn)生變形；(4)該二次加熱是需將整個車架隨同模具進(jìn)入烘房進(jìn)行加熱，因空氣傳熱較慢，所需加熱時間更長，無形中浪費(fèi)エ時，致使エ效較低；(5)在加工過程中，制具根據(jù)加熱需要，需要來回搬運(yùn)，浪費(fèi)エ時、人力，而且在搬運(yùn)過程中，易產(chǎn)生碰撞，易使產(chǎn)品產(chǎn)生瑕疵，有不安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的ー個技術(shù)問題是去除碳纖維復(fù)合材料車架的應(yīng)力，解決車架整體烘烤由于應(yīng)カ得不到釋放而造成平臺尺寸大量不良的品質(zhì)問題，提高車架的品質(zhì)和良 品率。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種碳纖維復(fù)合材料管件的接合補(bǔ)強(qiáng)方法，該方法易加工、易操作。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種碳纖維復(fù)合材料管件的接合補(bǔ)強(qiáng)方法，該方法節(jié)約エ時、人力，以此提高產(chǎn)能，人力成本高的問題。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提高ー種碳纖維復(fù)合材料管件的接合補(bǔ)強(qiáng)方法，該方法整個二次加熱過程不使用烘房，能夠有效降低能源消耗，從而解決能耗高的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種碳纖維復(fù)合材料管件的接合補(bǔ)強(qiáng)和精準(zhǔn)加熱方法，該方法包括步驟步驟A :將各獨(dú)立管件拼接起來，固定裝夾在治具18上，其中頭管11與上管12、下管13連接形成頭管連接區(qū)域21，座管14與上管12、后上叉16連接形成座管連接區(qū)域22，五通管15與下管13、座管14、后下叉17連接形成五通連接區(qū)域23 ；步驟B :分別在頭管拼接區(qū)域21、座管連接區(qū)域22、五通連接區(qū)域23的縫隙處填充膠24 ；步驟C :將車架送入烘房，烘烤I小時左右，使得所述膠固化；步驟D :在所述膠固化后，將車架從治具18上取下，對車架進(jìn)行打磨和擦拭；步驟E :分別在頭管拼接區(qū)域21、座管連接區(qū)域22、五通連接區(qū)域23進(jìn)行補(bǔ)紗增強(qiáng)，從而形成頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、座管補(bǔ)紗區(qū)域32、五通補(bǔ)紗區(qū)域33 ；步驟F :在上述補(bǔ)紗區(qū)域先包上保鮮膜，再安裝好矽膠模具34 ；步驟G :在補(bǔ)紗區(qū)域上設(shè)置精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40，該精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40包括頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、座管補(bǔ)紗區(qū)域32、五通補(bǔ)紗區(qū)域33形狀對應(yīng)的加熱模具；步驟H :針對頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、座管補(bǔ)紗區(qū)域32、五通補(bǔ)紗區(qū)域33，將精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40中的加熱模具分段合模進(jìn)行烘烤，具體烘烤過程如下①第一時刻，精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40的頭管鋁模、坐管鋁模合模并開始對頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、坐管補(bǔ)紗區(qū)域32進(jìn)行烘烤；②第二時刻，精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40的五通鋁模合模并開始對五通補(bǔ)紗區(qū)域33進(jìn)行烘烤，頭管鋁模、坐管鋁模繼續(xù)工作；
③第三時刻，頭管鋁模、坐管鋁模開模停止工作；五通鋁模繼續(xù)工作；④第四時刻，五通鋁模開模停止工作，整個烘烤工作完成；步驟I :將車架自然冷卻10-20分鐘，取下車架。進(jìn)ー步的，步驟H中第一時刻到第三時刻之間的時間間隔、第二時刻到第四時刻之間的時間間隔為60±5分鐘。進(jìn)ー步的，步驟H中第一時刻到第二時刻之間的時間間隔為30±10分鐘。進(jìn)ー步的，步驟B中的填充的所述膠為高溫膠。進(jìn)ー步的，步驟H中補(bǔ)紗所使用的改為預(yù)浸料織板是碳纖維熱固型樹脂基復(fù)合材料； 進(jìn)ー步的，步驟H中的加熱過程中保持溫度恒定。進(jìn)ー步的，步驟H中的加熱溫度設(shè)置為150±5°C。進(jìn)ー步的，步驟G中的該加熱模具采用導(dǎo)熱性好的鋁模，該鋁模為上下?；蛘邽?br> 左右模。進(jìn)ー步的，精準(zhǔn)加熱設(shè)備中的電加熱設(shè)備包括電加熱棒、電加熱板中的ー種。進(jìn)ー步的，精準(zhǔn)加熱設(shè)備中設(shè)置有溫度傳感器。進(jìn)ー步的，步驟I中車架冷卻時間優(yōu)選為10-15分鐘。本發(fā)明中的方法的優(yōu)點(diǎn)在于(I)采用局部精準(zhǔn)加熱的方式，去除碳纖維復(fù)合材料車架的應(yīng)力，解決車架整體烘烤由于應(yīng)カ得不到釋放而造成平臺尺寸大量不良的品質(zhì)問題，提高車架的品質(zhì)和良品率；其中，平臺尺寸是檢驗復(fù)合材料車架經(jīng)烘烤后變異性的ー種測量儀器，其主要工作界面是ー個水平度極高的平臺，車架的五通管以垂直平臺的方向被固定在平臺上，并以五通管的上端面為基準(zhǔn)面，以精密卡尺分別測量頭管中心/頭管截面的中心、座管中心、勾爪中心離此端面的數(shù)值，經(jīng)過一定的計算方法/公式，得到衡量車架尺寸優(yōu)劣的頭管傾斜度、座管中心度、勾爪中心度；(2)該方法整個二次加熱過程不使用烘房，能夠有效降低能源消耗，從而解決能耗聞的問題；(3)節(jié)省空間、減低對設(shè)備的要求，降低生產(chǎn)成本；(4)因在支撐底盤直接設(shè)置加熱模具，車架的拼接部位在此加熱模具中即可加熱固化定型，無需將底盤置于加熱房中進(jìn)行加熱，省去來回搬運(yùn)移動的エ序，底盤在機(jī)臺上即可操作，因而令該加工方式操作方便，節(jié)省人力成本。
附圖
簡介此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明型的進(jìn)ー步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I是現(xiàn)有技術(shù)中車架在自行車中的位置與連接關(guān)系示意圖；圖2是本發(fā)明中碳纖維復(fù)合材料車架各部分的爆炸示意圖；圖3是本發(fā)明第一實施例中碳纖維復(fù)合材料車架各管材拼接后設(shè)置在治具上的安裝位置示意圖4是本發(fā)明第一實施例中碳纖維復(fù)合材料車架各管材拼接好后，再填充高溫膠后的不意圖；圖5是本發(fā)明第一實施例中碳纖維復(fù)合材料車架在各部分管材拼接位置補(bǔ)紗的示意圖；圖6是本發(fā)明第一實施例中碳纖維復(fù)合材料車架各部分管材拼接補(bǔ)紗后、待烘烤前狀態(tài)的示意圖；圖7是本發(fā)明第一實施例中碳纖維復(fù)合材料車架各部分管材拼接補(bǔ)紗區(qū)域包上保鮮膜、安裝矽膠模具、待烘烤的狀態(tài)的示意圖；圖8是本發(fā)明第一實施例中碳纖維復(fù)合材料車架各部分管材設(shè)置精準(zhǔn)烘烤設(shè)備進(jìn)行烘烤的示意圖。圖中的附圖標(biāo)記分別為 11、頭管；12、上管；13、下管；14、座管；15、五通接頭；16、后上叉；17、后下叉；18、
治具；19、金屬件；21、頭管連接區(qū)域；22、座管連接區(qū)域；23、五通連接區(qū)域；24、膠；31、頭管補(bǔ)紗區(qū)域；32、座管補(bǔ)紗區(qū)域；33、五通補(bǔ)紗區(qū)域；34、改為預(yù)浸料織板；35、矽膠模具；40、精準(zhǔn)烘烤設(shè)備/鋁模。
具體實施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。第一實施例預(yù)備步驟制作出7個碳纖維復(fù)合材料獨(dú)立管件，分別為ー個頭管11、一個上管
12、一個下管13、一個座管14、ー個五通接頭15、一個后上叉16以及ー個后下叉17，其中后上叉16與后下叉17通過兩個金屬件19連接。上述7個獨(dú)立管件可以采用本領(lǐng)域中的任意ー種方法來制作。接合補(bǔ)強(qiáng)是ー種エ藝技術(shù)，包括復(fù)材的連接及連接處的再處理即物性補(bǔ)強(qiáng)。該實施例中的碳纖維復(fù)合材料管件連接和補(bǔ)強(qiáng)方法包括下述步驟步驟A :將7個獨(dú)立管件拼接起來，固定裝夾在治具18上，其中頭管11與上管12、下管13連接形成頭管連接區(qū)域21，座管與上管、后上叉連接形成座管連接區(qū)域22，五通與上管、后上叉連接形成五通連接區(qū)域23 ；步驟B :分別在頭管拼接區(qū)域21、座管連接區(qū)域22、五通連接區(qū)域23的縫隙處填充膠24，例如高溫膠E-314 ;(注E-314是美國樂泰公司生產(chǎn)ー種的高溫膠，可在市場上買到)步驟C :將車架送入烘房，將溫度調(diào)至150度，烘烤I小時左右，使得高溫膠E-314固化；步驟D :在高溫膠E-314固化后，將車架從治具18上取下，對車架進(jìn)行打磨和擦拭；步驟E :分別在頭管拼接區(qū)域21、座管連接區(qū)域22、五通連接區(qū)域23進(jìn)行補(bǔ)紗增強(qiáng)，從而形成頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、座管補(bǔ)紗區(qū)域32、五通補(bǔ)紗區(qū)域33，以對上述區(qū)域進(jìn)行加固，增強(qiáng)其負(fù)荷承受能力；其中，補(bǔ)紗主要針對的是通過填膠所連接起來的部位，這些連接處的部位的縫隙是通過高溫膠膠連在一起的，需要通過補(bǔ)紗來增強(qiáng)物性，其中補(bǔ)紗所使用的預(yù)浸料織板也叫織板，是碳纖維樹脂復(fù)合材料，與車架管件使用的是同一種復(fù)合材料；步驟F :在上述補(bǔ)紗區(qū)域先包上保鮮膜，安裝好矽膠模具34 ;(注該矽膠模具不同于常見術(shù)語中的液體矽膠)其中，矽膠模具34在附圖7中有簡單的圖示，是由液態(tài)矽膠灌注而成。制作矽膠模具的具體步驟如下I、制作粗胚，通常是從廢棄車架上切割下需求的部分，如五通區(qū)域，坐管區(qū)域，頭管區(qū)域。并對其打磨修復(fù)。2、將粗胚鎖進(jìn)鋁模。3、稱取一定量矽膠和固化劑攪勻抽真空，注入粗胚與鋁模的縫隙中 4、砂膠固化,開模,取出砂膠模具。步驟G :在補(bǔ)紗區(qū)域上精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40，該精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40包括頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、座管補(bǔ)紗區(qū)域32、五通補(bǔ)紗區(qū)域33形狀對應(yīng)的加熱模具，該加熱模具例如采用導(dǎo)熱性好的鋁模，該鋁模40可為上下摸，也可以為左右摸，在該鋁模中設(shè)置有電加熱設(shè)備(例如電加熱棒、電加熱板)和溫度傳感器；步驟H :針對頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、座管補(bǔ)紗區(qū)域32、五通補(bǔ)紗區(qū)域33，將鋁模40合模，進(jìn)行烘烤，具體烘烤過程如下(參見表一)①第Omin時，精準(zhǔn)烘烤設(shè)備40的頭管、坐管、五通鋁模合模并開始對頭管補(bǔ)紗區(qū)域31、坐管補(bǔ)紗區(qū)域32、五通補(bǔ)紗區(qū)域33進(jìn)行烘烤；②第60min時，頭管、坐管、五通鋁模開模停止工作，整個烘烤工作完成；其中，溫度設(shè)置為150±5°C，車架裝夾后，鋁模合模后開始加熱，其中加熱過程加熱功率恒定，控制加熱溫度達(dá)到150°C ；步驟I :將車架自然冷卻10-20分鐘，優(yōu)選冷卻10-15分鐘，取下車架。表一示出了該實施例中的局部精準(zhǔn)烘烤過程。表一局部精準(zhǔn)烘烤過程
權(quán)利要求
1.一種碳纖維復(fù)合材料管件的接合補(bǔ)強(qiáng)和精準(zhǔn)局部加熱方法，該方法包括步驟 步驟A :將各獨(dú)立管件拼接起來，固定裝夾在治具上，其中頭管與上管、下管的連接處形成頭管連接區(qū)域，座管與上管、后上叉的連接處形成座管連接區(qū)域，五通管與下管、座管、后下叉的連接處形成五通連接區(qū)域； 步驟B :分別在頭管拼接區(qū)域、座管連接區(qū)域、五通連接區(qū)域的縫隙處填充膠24 ； 步驟C :將車架送入烘房，烘烤I小時左右，使得所述膠固化； 步驟D :在所述膠固化后，將車架從治具上取下，對車架進(jìn)行打磨和擦拭； 步驟E :分別在頭管拼接區(qū)域、座管連接區(qū)域、五通連接區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)紗增強(qiáng)，從而形成頭管補(bǔ)紗區(qū)域、座管補(bǔ)紗區(qū)域、五通補(bǔ)紗區(qū)域； 步驟F :在上述補(bǔ)紗區(qū)域先包上保鮮膜，再安裝好矽膠模具； 步驟G :在補(bǔ)紗區(qū)域上設(shè)置精準(zhǔn)烘烤設(shè)備，該精準(zhǔn)烘烤設(shè)備包括頭管補(bǔ)紗區(qū)域、座管補(bǔ)紗區(qū)域、五通補(bǔ)紗區(qū)域形狀對應(yīng)的加熱模具； 步驟H:針對頭管補(bǔ)紗區(qū)域、座管補(bǔ)紗區(qū)域、五通補(bǔ)紗區(qū)域，將精準(zhǔn)烘烤設(shè)備中的加熱模具分段合模進(jìn)行烘烤，具體烘烤過程如下 ①第一時刻，精準(zhǔn)烘烤設(shè)備的頭管鋁模、坐管鋁模合模并開始對頭管補(bǔ)紗區(qū)域、坐管補(bǔ)紗區(qū)域進(jìn)行烘烤； ②第二時刻，精準(zhǔn)烘烤設(shè)備的五通鋁模合模并開始對五通補(bǔ)紗區(qū)域進(jìn)行烘烤，頭管鋁模、坐管鋁模繼續(xù)工作； ③第三時刻，頭管鋁模、坐管鋁模開模停止工作；五通鋁模繼續(xù)工作； ④第四時刻，五通鋁模開模停止工作，整個烘烤工作完成； 步驟I :將車架自然冷卻10-20分鐘，取下車架。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，步驟H中第一時刻到第三時刻之間的時間間隔、第二時刻到第四時刻之間的時間間隔為60±5分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的方法，其特征在于，步驟H中第一時刻到第二時刻之間的時間間隔為30 + 10分鐘ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，步驟B中的填充的所述膠為高溫膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，步驟E中補(bǔ)紗所使用的預(yù)浸料織板是碳纖維熱固型樹脂基復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，步驟H中的加熱過程中保持溫度恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，步驟H中的加熱溫度設(shè)置為150±5°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，步驟G中的該加熱模具采用導(dǎo)熱性好的鋁模，該鋁模為上下?；蛘邽樽笥夷！?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，精準(zhǔn)加熱設(shè)備中的電加熱設(shè)備包括電加熱棒、電加熱板中的一種，該精準(zhǔn)加熱設(shè)備中還設(shè)置有溫度傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一所述的方法，其特征在于，步驟I中車架冷卻時間為10-15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳纖維復(fù)合材料管件接合補(bǔ)強(qiáng)并精準(zhǔn)加熱以去除應(yīng)力的方法，該方法將自行車的各獨(dú)立管件拼接起來，其中頭管11與上管12、下管13連接形成頭管連接區(qū)域21，座管14與上管12、后上叉16連接形成座管連接區(qū)域22，五通管15與下管13、座管14、后下叉17連接形成五通連接區(qū)域23，在對上述連接區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)紗之后，利用精準(zhǔn)加熱設(shè)備進(jìn)行精確地局部加熱，解決車架整體烘烤由于應(yīng)力得不到釋放而造成平臺尺寸大量不良的品質(zhì)問題，提高車架的品質(zhì)和良品率，又能夠有效降低能源消耗，并節(jié)省空間、減低對設(shè)備的要求，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號B29C65/54GK102825788SQ20121001721
公開日2012年12月19日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者陳錦松 申請人:東莞泰合復(fù)合材料有限公司, 陳錦松