采用国产碳纤维制造自行车架的成型工艺探讨应用.pdfVIP

．．198．． “中国化纤协会·恒逸基金”优秀学术论文(下衙) 采用国产碳纤维制造自行车架的成型工艺探讨及应用 周恒香，顾良娥，尚武林 (连云港神鹰碳纤维自行车有限责任公司，江苏，连云港222000) 摘要：进入二十一世纪以来，国产碳纤维迎来了突飞猛进的发展，质量及稳定性都得到显著提高，并且伴随其规模化 的生产拉低了世界碳纤维的价格，碳纤维作为高科技元素才逐渐走进寻常百姓家。针对国产碳纤维自身的特点及其发展过程， 有必要对采用其制作碳纤维自行车架的成型工艺进行探讨，以期对国产碳纤维的应用及碳纤维自行车的制造起到推动作用。 关键词：国产碳纤维；白行车架；成型工艺 纤维复合材料自行车结构坚固，不易变形。登坡时顺利而爽 1前言 快，不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉 自1791年法国人西夫拉克发明第一架自行车雏形以 的力量。 来，不论时代怎么变迁，科技怎么发达，自行车始终与人们 3)显著改善了自行车的抗震性 的生活息息相关。白行车自诞生之日起，其制造材料一直以 结构的自振频率除了与结构有关外，与材料比模量的平 金属为主，从普通钢到铬钼钢、锰钼钢、不锈钢等特殊钢， 方根成正比，高的自振频率避免了工作状态下共振引起的早 再到铝合金、镁合金、钛合金等轻合金，材料每更新一次， 期破损。对形状与尺寸相同的粱的实验表明，轻合金梁需要 其性能就前进一步。到了80年代，以碳纤维为主的复合材 9s才能停止振动，碳纤维复合材料只需要2．5s。复合材料良 料悄然在自行车行业兴起，使传统的自行车生产工艺走向高 好的阻尼性减轻了自行车的颠簸，改善了山地车手的骑乘舒 科技。中国大陆及台湾地区作为碳纤维自行车的主要生产基 适性。 地，采用高性能国产碳纤维，依靠科学的管理体系及突出的 4)安全性好 人口红利，生产出了高性价比的国产碳纤维自行车，使得以 碳纤维复合材料车架耐疲劳试验可达100万次以上，远 前专业车手及高端人群才能消费起的高端碳纤维自行车逐 远超过欧盟标准。碳纤维复合材料中基体是以连续相形式包 步进入了寻常百姓家，并逐渐成为人们运动休闲、健康环保 围着大量独立存在的纤维，这种由多相组成的材料在受到冲 新生活的好伙伴。 撞时，即使有少量的纤维断裂，其载荷会迅速重新分配到未 碳纤维既具有类似石墨结构的低密度、高比强度、高比 被破坏的纤维上，使结构还能承载，同时产生裂纹而被早期 模量、耐高温、抗蠕变、耐化学腐蚀、低电阻、高热导和低 发现，而不会像一般金属车架的断裂都是突发的、没有征兆 膨胀系数等优点，又具有纤维材料的柔软可编织性及取向性 的，因此大大提高了骑乘的安全性。 好的特点，所以利用碳纤维作为增强体的复合材料已广泛用 5)良好的耐锈蚀性 于航空、航天、国防军工、建筑、机械、电子、文体、医疗 高分子材料的耐酸、碱、工业大气性能良好，因此使碳 和生物工程等众多领域。采用碳纤维复合材料制造的自行车 纤维树腊基复合材料制成的自行车零部件有无可置疑的耐 具有以下特点Ⅲ： 环境性能。 1)有效地降低自行车的重量 6)增加了结构设计的自由度 碳纤维复合材料的密度通常为1．6 碳纤维复合材料的最大特点是各向异性，利用这一特点 g／cm3。是刚的1／5， 比铝合金还减重40％，非常适合制造轻克重的自行车，据说 可按自行车运动时所受载荷的方向与大小排列和铺放纤维。 世界上最轻的碳纤维自行车只有1．25砖，能显著提高骑行 复合材料结构设计的灵活性及材料性能的优越性，还促使采 的轻便性。