一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈及自行車的製作方法
2023-06-03 05:39:26 2
一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈及自行車的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，包括輪圈本體、以及設置在輪圈本體兩側的剎車邊，所述剎車邊外表面設有一層增強層，該增強層由具有金屬鍍層的耐磨纖維編織而成。本發明還公開採用上述車圈的自行車。本發明採用在剎車邊覆設一層具有金屬鍍層的耐磨纖維增強層，大大提高碳纖維輪圈表面導熱係數，熱量快速散發出去，從而大大降低熱量聚集升溫的效應，避免溫度上升，即使常規Tg溫度的樹脂也不會失去強度，從而保證了選手騎乘的安全性。
【專利說明】一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈及自行車
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種交通工具，具體是涉及一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈及帶有該輪圈的自行車。
【背景技術】
[0002]隨著人們生活水平的提高，高檔自行車的需求越來越多，自行車運動越來越普及，人們開始追求更加輕巧的騎行工具，碳纖維複合材料由於其輕而強的特點，非常適合製造輕量化的自行車，目前，高檔自行車的「碳纖化」的趨勢愈發明明顯
[0003]然而在製造碳纖維輪組的一個技術難點在於:如何提高輪圈的摩擦耐熱性。為了將賽車的輕量化追求到極致，公路自行車賽的選手們基本都願意使用V剎制動的賽車，這種車是通過安裝在夾器上的摩擦塊與輪圈的剎車痕部位的滑動摩擦來產生制動力的。對於鋁合金等金屬材料製成的輪圈，由於金屬材料本身熔點高，耐熱性能好，加之導熱性好，摩擦產生的熱量很快就散發掉了，不會產生熱量的聚集而使溫度升得過高從而影響輪圈的強度。但是對於樹脂基複合材料，情況就有所不同了。碳纖維本身的耐熱性很好，其耐溫性甚至超過了鋼鐵，碳纖維在1000攝氏度左右的溫度下，強度等物理力學特性的損失率要遠遠小於鋼鐵的損失率。但是纖維周圍的樹脂基體(對於碳纖維複合材料來說，絕大多數都是環氧體系)Tg軟化點都在100?150攝氏度左右。在面對一些長距離大坡度的路段，輪圈和剎車塊的摩擦升溫功率急劇增大，輪圈的升溫速度也急劇加快。環氧樹脂在100度左右的時候已經開始軟化而失去強度，失去樹脂基體的支撐，碳纖維複合材料輪圈也失去了強度，從而無法支撐在胎壓和選手體重帶來的載荷，出現變形甚至斷裂，對選手的安全造成極大的威脅。
[0004]目前現有的碳纖維複合材料開口輪圈普遍存在著升溫速度快，輪圈高溫失去強度(管胎圈折斷，開口圈爆開變形)的情況。這個問題也制約了碳纖維輪圈的普及。
[0005]也正是這個問題的存在，才有人轉而求其次，將輪圈的內環用碳纖維製作，剎車邊框的部分仍然用鋁合金材料製作，雖然整個輪圈的重量要略高於全碳的輪圈，但這種「半碳」的輪圈卻兼顧了碳纖維的輕量化和鋁圈的摩擦耐熱性，不失為一種好的「折中」方案。
[0006]為了提高全碳纖維輪圈的摩擦耐溫性能，許多碳纖維輪組廠商使用高Tg(樹脂軟化溫度)溫度的環氧樹脂體系，來提高製品的耐溫性。實踐表明，這樣做的確可以提高輪圈一定的耐溫性能，但使用這種高Tg溫度樹脂的碳纖維預浸料，在常溫下硬度大，不宜彎折變形，給常溫下的鋪層操作帶來了極大的難度；同時這種樹脂在高溫下的流動性也不佳，樹脂中的氣泡也不宜排出，從而造成了材料內部空隙率的增加，空隙率的增加惡化了材料熱傳導的條件，從而也弱化了高溫樹脂(高Tg樹脂)提高耐溫性的效果。
[0007]申請公布號為CN102795053A的專利文獻公開了一種自行車輪圈，包含:一個輪圈，該輪圈為碳纖維材質，該輪圈具有兩個對應的剎車邊，該兩個剎車邊外緣具有金屬的電鍍層。該文獻在該兩個剎車邊電鍍上一層金屬，讓剎車皮不與碳纖維表面直接摩擦，是用金屬鍍層來隔絕剎車塊與碳纖維之間的摩擦，來維持碳纖維複合材料的強度。但是，上述自行車輪圈使用過程中，並沒有解決碳纖維輪圈剎車耐熱性低的問題，強度無法保證。而且CN102795053A所使用的剎車邊需先將剎車邊的碳纖維複合材料固化成型後，再電鍍一層金屬，然後將鍍好金屬的剎車邊再與碳纖維輪圈二次粘合，導致金屬的電鍍層與碳纖維車圈主體結合牢度低，長期使用後容易脫落。
【發明內容】
[0008]本發明提供了一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，通過在車圈剎車部位貼敷一層具有金屬鍍層的玻璃纖維增強層，大大提高碳纖維輪圈表面導熱係數，熱量快速散發出去，從而大大降低熱量聚集升溫的效應，避免溫度上升，即使採用常規Tg溫度的樹脂也不會失去強度，從而保證了選手騎乘的安全性。
[0009]為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下:
[0010]一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，包括輪圈本體、以及設置在輪圈本體兩側的剎車邊，所述剎車邊外表面設有一層增強層，該增強層由具有金屬鍍層的耐磨纖維編織而成。考慮到金屬鍍層與纖維的結合強度，本方案推薦採用的是玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維，優選玻璃纖維。
[0011]所述增強層是由纖維表面鍍覆上金屬鍍層的耐磨纖維以某種形式排列組合而成，不論是單向、平紋編織還是斜紋編織的排列方式，均在本發明保護的範圍之內。作為優選的方案，所述增強層由具有金屬鍍層的耐磨纖維採用平紋編織或者斜紋編織而成。
[0012]剎車邊表面所使用的耐磨纖維的表面鍍覆有金屬鍍層，凡是導熱係數大於耐磨纖維的金屬鍍層，均在本發明的保護範圍之內，例如可採用導熱係數較高的金、銀、銅、鋁、鎂、鎳、鎘、鋅、錫以及含有上述組分的合金等，其中銀在0-400攝氏度內的導熱係數均較高，作為優選，所述金屬鍍層採用的金屬為銀。
[0013]輪圈本體可根據需要選用多種材料，作為優選，所述輪圈本體為碳纖維材質。所述輪圈本體可採用常規的方法加工而成，其規格尺寸、結構形狀均可根據實際需要確定。
[0014]為提高輪圈本體的剎車邊與增強層的連接強度，提高剎車邊的整體耐磨行，作為優選，所述輪圈由下述方法製作而成:將鍍有金屬鍍層的耐磨纖維預浸料與製造碳纖維輪圈的碳纖維預浸料一同鋪設於輪圈模具中，經過一次加熱固化成型工藝製造而成。採用一次加熱固化成型，剎車邊與輪圈之間渾然一體，結合的更加緊固可靠。
[0015]所述增強層的厚度可根據實際使用場合確定，一般為0.03?0.5mm，作為優選所述增強層的厚度為0.1?0.3mm。
[0016]所述耐磨纖維的直徑為3?100 μ m ;所述金屬鍍層的厚度為3?60 μ m。
[0017]本發明還提供了一種自行車，該自行車剎車過程中，能夠迅速將摩擦熱量散開，避免熱量積聚，提高自行車輪圈的整體強度。
[0018]一種自行車，該自行車車圈採用上述任一技術方案所述的散熱性能好的碳纖維自行車輪圈。
[0019]本發明所述的散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，可使用在多種自行車上，尤其適於對剎車牢度和輪圈牢度要求較高的場合，例如可使用在自行車賽車、或者山地自行車上。
[0020]與現有技術相比，本發明的有益效果體現在:
[0021](I)本發明採用在剎車邊覆設一層具有金屬鍍層的耐磨纖維增強層，大大提高碳纖維輪圈表面導熱係數，熱量快速散發出去，從而大大降低熱量聚集升溫的效應，避免溫度上升，即使常規Tg溫度的樹脂也不會失去強度，從而保證了選手騎乘的安全性。
[0022](2)現有技術中，金屬鍍層是在已經固化完成的碳纖維複合材料剎車邊的外表面上，即表面的樹脂基體上；而本發明的金屬鍍層是在耐磨纖維的表面，在纖維的金屬鍍層外是包裹著的樹脂基體；在避免剎車塊對金屬鍍層直接摩擦的同時，能夠迅速將產生的熱量散去。
[0023](3)現有技術中，金屬鍍層是隔絕剎車塊直接與輪圈的碳纖維進行摩擦，從而保護輪圈免受破壞；而本發明在耐磨纖維表面鍍覆金屬鍍層的目的是利用金屬鍍層的高導熱係數的特性，迅速將剎車摩擦產生的熱量發散掉，避免輪圈表面溫度過高，保證輪圈的機械強度。
[0024](4)現有技術中，所使用的剎車邊需先將剎車邊的碳纖維複合材料固化成型後，再電鍍一層金屬，然後將鍍好金屬的剎車邊再與碳纖維輪圈二次粘合；而本發明的工藝是將具有金屬鍍層的耐磨纖維預浸料與製作輪圈的碳纖維預浸料一起鋪設與模具中，一次加熱固化成型，剎車邊與輪圈之間渾然一體，結合的更加緊固可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的散熱性能好的碳纖維自行車輪圈橫截面的結構示意圖。
[0026]圖2為圖1所示輪圈的A部分的局部放大結構示意圖。
[0027]圖3為圖2所示輪圈的B部分的局部放大結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]如圖1-圖3所示:一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，包括輪圈本體1、以及設置在輪圈本體I兩側的剎車邊2，剎車邊2外表面設有一層增強層3，該增強層3由具有金屬鍍層的玻璃纖維編織而成。
[0030]輪圈本體I的結構、材料、製作方法等均可採用現有技術。本實施例中，輪圈本體I採用碳纖維材質。剎車邊2的結構和尺寸等均為現有技術，均可採用現有技術的結構和尺寸。
[0031]如圖3所示，增強層3由具有金屬鍍層的玻璃纖維採用平紋編織或者斜紋編織而成，增強層的厚度一般為0.03?0.5mm，包括玻璃纖維3a、以及包覆在玻璃纖維3a外壁的金屬鍍層3b。所述玻璃纖維的直徑一般為3?100 μ m ;所述金屬鍍層的厚度一般為3?60 μ m。增強層3可採用現有的金屬鍍層方法，例如可採用化學鍍層或者電化學鍍層等。
[0032]增強層3中金屬鍍層所採用的金屬殼選用多中導熱性能較好的金屬，例如可採用導熱係數較高的金、銀、銅、鋁、鎂以及含有上述組分的合金等，其中銀在0-400攝氏度內的導熱係數均較高，本實施方式中金屬鍍層採用的金屬為銀，鍍層時，可採用現有的適於銀的金屬鍍層方法。
[0033]本實施方式中，輪圈可採用由下述方法製作而成:將鍍有金屬鍍層的玻璃纖維預浸料與製造碳纖維輪圈的碳纖維預浸料一同鋪設於輪圈模具中，經過一次加熱固化成型工藝製造而成。與申請公布號為CN102795053A的專利文獻公開的技術方案相比，本發明採用一次成型，大大提高了輪圈本體與增強層之間的結合強度。
[0034]通過對比試驗測試結果表明，具有鍍銀玻纖編織布剎車邊的碳纖維輪圈比沒有鍍銀剎車邊的輪圈，在室內室溫無風條件下，升溫速率要低25%以上。強制輪圈轉動的輸入功率350W，制動功率300W的(轉速在3轉/秒)的制動條件下，持續80秒後，無鍍銀剎車邊的輪圈表面溫度已經達到158°C，輪圈已經開始變形，而具有鍍銀剎車邊的輪圈，同樣持續80秒後，溫度為105°C上下，繼續維持上述剎車狀態，剎車邊最高溫度也只在116°C左右，輪圈未出現任何變形的現象。實驗結果表明鍍銀剎車邊的散熱效果非常顯著。
[0035]實施例2
[0036]一種自行車，自行車車圈採用實施例1中公開的散熱性能好的碳纖維自行車輪圈。自行車為自行車賽車或山地自行車，自行車的其他結構均可採用現有技術的結構。
[0037]上述的實施例只是為了描述本發明，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本方面的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，包括輪圈本體、以及設置在輪圈本體兩側的剎車邊，其特徵在於，所述剎車邊外表面設有一層增強層，該增強層由具有金屬鍍層的耐磨纖維編織而成。
2.根據權利要求1所述散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，其特徵在於，所述耐磨纖維為玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維。
3.根據權利要求1所述散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，其特徵在於，所述增強層由具有金屬鍍層的耐磨纖維採用平紋編織或者斜紋編織而成。
4.根據權利要求1所述散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，其特徵在於，所述金屬鍍層採用的金屬為金、銀、銅、鋁、鎂、鎳、鎘、鋅、錫或含有上述組分的合金。
5.根據權利要求1所述散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，其特徵在於，所述輪圈本體為碳纖維材質。
6.根據權利要求5所述散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，其特徵在於，所述輪圈由下述方法製作而成:將鍍有金屬鍍層的耐磨纖維預浸料與製造碳纖維輪圈的碳纖維預浸料一同鋪設於輪圈模具中，經過一次加熱固化成型工藝製造而成。
7.根據權利要求1所述散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，其特徵在於，所述增強層的厚度為0.03?0.5mm。
8.根據權利要求1所述散熱性能好的碳纖維自行車輪圈，其特徵在於，所述耐磨纖維的直徑為3?100 μ m ;所述金屬鍍層的厚度為2?60 μ m。
9.一種自行車，其特徵在於，所述自行車車圈採用權利要求1-8任一權項所述的散熱性能好的碳纖維自行車輪圈。
10.根據權利要求9所述的自行車，其特徵在於，所述自行車為自行車賽車或山地自行車。
【文檔編號】B60B5/02GK103978830SQ201410203773
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】冉宏星 申請人:冉宏星