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碳(C)纖維材料在體育用品行業(yè)應(yīng)用和研發(fā)由來(lái)已久,在自行車(chē)上的使用是大眾最為熟知的。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能,碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,密度低、比性能高,無(wú)蠕變,非氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過(guò)性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。
碳纖維復(fù)合材料以其非凡的特性對(duì)于自行車(chē)的性能和騎乘體驗(yàn)帶來(lái)了飛躍的提升。碳纖維材料同時(shí)具備超強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度(strength)和纖維柔軟可塑性強(qiáng)的特性,在制作自行車(chē)的過(guò)程(guò chéng)中相比金屬材料有著很大的工藝差異,下面新材介紹一下碳纖維制作自行車(chē)的工藝特點(diǎn)。
造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由度大
從力學(xué)性能上講,碳纖維軸向和徑向的強(qiáng)度(strength)不一樣,應(yīng)力取向沿纖維軸方向有非常高的強(qiáng)度,而徑向就很小。因此在制作自行車(chē)部件時(shí),根據(jù)碳纖維的這一力學(xué)特點(diǎn),利用疊層技術(shù)可以對(duì)碳纖維進(jìn)行最優(yōu)排列和鋪放,以達(dá)到自行車(chē)部件的最佳受力或載荷要求,特別是隨著新型碳布的開(kāi)發(fā),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上幾乎可以不受限制(limit)地進(jìn)行優(yōu)化(optimalize)。金屬材料(Material)的自行車(chē)構(gòu)件,合金(alloy)的配方基本固定(fixed),其力學(xué)性能不會(huì)有大的變化,而且受焊合技術(shù)以及管件成型工藝的限制,在造型和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上受到非常多限制。當(dāng)然,該材料在輪圈在制造上仍存在諸多技術(shù)問(wèn)題(Emerson),還有許多需要攻克的技術(shù)難題。
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制作工藝復(fù)雜,工序多
與金屬材料(Material)自行車(chē)焊合成型并可進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)(Produce)不同,碳纖維自行車(chē)的工序復(fù)雜,而且現(xiàn)在大多還是需要手工操作控制,難以使用自動(dòng)化設(shè)備(shèbèi),其制作工序一般為:工藝設(shè)計(jì)、應(yīng)力計(jì)算、碳布織造、裁剪碳布、模具預(yù)型、固化成型、處理(chǔ lǐ)加工、表面涂裝、整車(chē)組合安裝等。其中,按照技術(shù)要求和指標(biāo)(target aim)設(shè)計(jì)好的碳纖維骨架與樹(shù)脂(Resin),在高溫高壓環(huán)境下的固化成型工藝在很大程度上決定著自行車(chē)構(gòu)件的質(zhì)最終性能。
目前,碳(C)纖維自行車(chē)制造技術(shù)發(fā)展非???,車(chē)架預(yù)成型開(kāi)始導(dǎo)入機(jī)械自動(dòng)編織(to braid),可以實(shí)現(xiàn)控制(control)強(qiáng)度(strength)、方向和角度(angle)的三維立體編織,編織出來(lái)的預(yù)成型車(chē)架平整度非常好,產(chǎn)品(Product)質(zhì)最實(shí)現(xiàn)流水線上智能(intelligence)檢測(cè)。
碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料,通過(guò)不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強(qiáng)度大,硬度高,遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱耍饲笆澜缟咸祭w維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家(美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)),對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前,我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口,還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。
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