技术领域
本申请属于碳纤维材料领域，尤其涉及自行车构件工艺领域的自行车碳纤维车架及其制备方法。
背景技术
碳纤维自行车主要是中高档的竞赛用自行车，作为新兴材料，碳纤维主要应用于车架、前叉、轮组等。碳纤维管又称碳素纤维管，也称碳管，碳纤管，是采用碳纤维复合材料预浸入苯乙稀基聚脂树脂经加热固化拉挤（缠挠）而成。在制过程中，可以通过不同的模具生产出各种型材，如：不同规格的碳纤维圆管，不同规格的方管，不同规格的片材，以及其它型材：在制作过程中也可以包3K进行表面包装美化等等。
碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。它比重不到钢的1/4，但强度却非常强。而且其耐蚀性出类拔萃，是新一代增强纤维。碳纤维广泛用于民用、军用、建筑、航天以及超级跑车领域。碳纤维管具有强度高，寿命长、耐腐蚀，质量轻、低密度等优点，广泛应用于风筝、航空模型飞机、灯用支架、PC设备转轴、蚀刻机、医疗器械、体育器材等机械设备。尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能。并具有高比模、耐疲劳、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等。
自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具,其造价低廉,维修简单,使用方便,深受世界各国人民喜爱,形成了巨大的自行车消费市场,随着现代社会的飞快发展,自行车已不仅仅是交通和运输工具,已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。自行车档次的高低取决于材料的选择和做工。典型的低、中、高档自行车构架分别由碳钢、铬钼合金及铝合金和碳纤维制造。碳纤维是一种新型的复合材料,它有重量轻、比强度高、比刚度大的优点,而且具有可设计性和易成型性,从而使设计的结构有更高的结构效率。
世界各国都对研制新形态、新材料的自行车投入了巨大的人力、物力、财力。车架是自行车的骨架,它在很大程度上决定了自行车的造型和使用性能。美国、英国和我国台湾等都已开发生产出碳纤维自行车车架。用于碳纤维管生产方面的碳纤维含量多少，直接决定其力学性能表现和价值。碳纤维管具有质轻、坚实、抗拉强度高的特点，但在使用时应特别注意防电。
中国轻工业联合会组织并主持召开了连云港迎雁新材料有限责任公司和连云港神鹰碳纤维自行车有限责任公司完成的“碳纤维自行车技术开发”项目科技成果鉴定会。鉴定委员会专家在听取了项目完成单位的研发、查新、检测和使用等报告，并实地考察了产品生产现场后，一致认为港城碳纤维自行车生产综合技术国内领先，并达到国际同类产品的先进水平。
碳纤维车架的特征是轻、钢性好、冲击吸收性好，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其他素材所没有的优点，可以制造8、9kg左右的轻量自行车，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种拉伸强度高、耐高温、硬度高的自行车碳纤维车架及其制备方法是非常必要的。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对上述技术问题，提供一种自行车碳纤维车架及其制备方法，解决现有自行车成本高、抗温性差、拉伸强度低等技术问题。
技术方案：
一种自行车碳纤维车架，所述自行车碳纤维车架的原料按重量份数配比如下：PVC100份；硬脂酸钡0.6-1份；硬脂酸镉0.2-0.6份；石蜡0.8-1.2份；炭黑1-5份；碳酸钙5-25份；碳纤维40-80份；三碱式硫酸铅1.5-5.5份；二碱式硬脂酸铅0.5-2.5份；硫酸钡为3-7份；增塑剂5-25份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述自行车碳纤维车架的原料按重量份数配比如下：PVC100份；硬脂酸钡0.7份；硬脂酸镉0.3份；石蜡0.9份；炭黑2份；碳酸钙10份；碳纤维50份；三碱式硫酸铅2.5份；二碱式硬脂酸铅1份；硫酸钡为4份；增塑剂10份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述自行车碳纤维车架的原料按重量份数配比如下：PVC100份；硬脂酸钡0.9份；硬脂酸镉0.5份；石蜡1.1份；炭黑4份；碳酸钙20份；碳纤维70份；三碱式硫酸铅4.5份；二碱式硬脂酸铅2份；硫酸钡为6份；增塑剂20份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述自行车碳纤维车架的原料按重量份数配比如下：PVC100份；硬脂酸钡0.8份；硬脂酸镉0.4份；石蜡1份；炭黑3份；碳酸钙15份；碳纤维60份；三碱式硫酸铅3.5份；二碱式硬脂酸铅1.5份；硫酸钡为5份；增塑剂15份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述增塑剂采用环氧大豆油。
作为本发明的一种优选技术方案：所述自行车碳纤维车架的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取PVC、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑、碳酸钙、碳纤维、三碱式硫酸铅、二碱式硬脂酸铅、硫酸钡和增塑剂；
第二步：将PVC、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑投入搅拌机混合，混合速度为50-90r/min，混合均匀，升温至40-60℃加入剩余原料，继续混合10-30min；
第三步：混合均匀后物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160-180℃、155-175℃、150-170℃、155-175℃、145-165℃，螺杆温度135-155℃，机头温度150-170℃、155-175℃、165-185℃、185-205℃、180-200℃，螺杆转速30-35r/min，投料转速25-45r/min，扭矩56-60%。
有益效果：
本发明所述一种自行车碳纤维车架及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品强度高，拉伸强度55-75MPa，扁平试验压倒外径1/2不破裂；2、产品耐高温，维卡软化点80-100℃，弹性模量600-800MPa；3、产品不易变形，纵向尺寸变化率1-3%，断裂伸长率8-12%，冲击强度10-14kJ/m2；4、落锤冲击试验0/10，摩擦系数0.1-0.14，成本低廉，操作简单，耐腐蚀，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例1:
按照重量份数配比称取PVC100份；硬脂酸钡0.6份；硬脂酸镉0.2份；石蜡0.8份；炭黑1份；碳酸钙5份；碳纤维40份；三碱式硫酸铅1.5份；二碱式硬脂酸铅0.5份；硫酸钡为3份；环氧大豆油5份。
将PVC、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑投入搅拌机混合，混合速度为50r/min，混合均匀，升温至40℃加入剩余原料，继续混合10min。
混合均匀后物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160℃、155℃、150℃、155℃、145℃，螺杆温度135℃，机头温度150℃、155℃、165℃、185℃、180℃，螺杆转速30r/min，投料转速25r/min，扭矩56%。
产品强度高，拉伸强度55MPa，扁平试验压倒外径1/2不破裂；产品耐高温，维卡软化点80℃，弹性模量600MPa；产品不易变形，纵向尺寸变化率3%，断裂伸长率8%，冲击强度10kJ/m2；落锤冲击试验0/10，摩擦系数0.14。
实施例2:
按照重量份数配比称取PVC100份；硬脂酸钡1份；硬脂酸镉0.6份；石蜡1.2份；炭黑5份；碳酸钙25份；碳纤维80份；三碱式硫酸铅5.5份；二碱式硬脂酸铅2.5份；硫酸钡为7份；环氧大豆油25份。
将PVC、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑投入搅拌机混合，混合速度为90r/min，混合均匀，升温至60℃加入剩余原料，继续混合30min。
混合均匀后物料投入双螺杆挤出机，料筒温度180℃、175℃、170℃、175℃、165℃，螺杆温度155℃，机头温度170℃、175℃、185℃、205℃、200℃，螺杆转速35r/min，投料转速45r/min，扭矩60%。
产品强度高，拉伸强度60MPa，扁平试验压倒外径1/2不破裂；产品耐高温，维卡软化点85℃，弹性模量650MPa；产品不易变形，纵向尺寸变化率1%，断裂伸长率9%，冲击强度11kJ/m2；落锤冲击试验0/10，摩擦系数0.13。
实施例3:
按照重量份数配比称取PVC100份；硬脂酸钡0.7份；硬脂酸镉0.3份；石蜡0.9份；炭黑2份；碳酸钙10份；碳纤维50份；三碱式硫酸铅2.5份；二碱式硬脂酸铅1份；硫酸钡为4份；环氧大豆油10份。
将PVC、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑投入搅拌机混合，混合速度为60r/min，混合均匀，升温至45℃加入剩余原料，继续混合15min。
混合均匀后物料投入双螺杆挤出机，料筒温度165℃、155℃、150℃、155℃、145℃，螺杆温度135℃，机头温度150℃、155℃、165℃、185℃、180℃，螺杆转速30r/min，投料转速30r/min，扭矩57%。
产品强度高，拉伸强度65MPa，扁平试验压倒外径1/2不破裂；产品耐高温，维卡软化点90℃，弹性模量700MPa；产品不易变形，纵向尺寸变化率2%，断裂伸长率10%，冲击强度12kJ/m2；落锤冲击试验0/10，摩擦系数0.12。
实施例4:
按照重量份数配比称取PVC100份；硬脂酸钡0.9份；硬脂酸镉0.5份；石蜡1.1份；炭黑4份；碳酸钙20份；碳纤维70份；三碱式硫酸铅4.5份；二碱式硬脂酸铅2份；硫酸钡为6份；环氧大豆油20份。
将PVC、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑投入搅拌机混合，混合速度为80r/min，混合均匀，升温至55℃加入剩余原料，继续混合25min。
混合均匀后物料投入双螺杆挤出机，料筒温度180℃、175℃、170℃、175℃、165℃，螺杆温度155℃，机头温度170℃、175℃、185℃、205℃、200℃，螺杆转速35r/min，投料转速45r/min，扭矩60%。
产品强度高，拉伸强度70MPa，扁平试验压倒外径1/2不破裂；产品耐高温，维卡软化点95℃，弹性模量750MPa；产品不易变形，纵向尺寸变化率1%，断裂伸长率11%，冲击强度13kJ/m2；落锤冲击试验0/10，摩擦系数0.12。
实施例5:
按照重量份数配比称取PVC100份；硬脂酸钡0.8份；硬脂酸镉0.4份；石蜡1份；炭黑3份；碳酸钙15份；碳纤维60份；三碱式硫酸铅3.5份；二碱式硬脂酸铅1.5份；硫酸钡为5份；环氧大豆油15份。
将PVC、硬脂酸钡、硬脂酸镉、石蜡、炭黑投入搅拌机混合，混合速度为70r/min，混合均匀，升温至50℃加入剩余原料，继续混合20min。
混合均匀后物料投入双螺杆挤出机，料筒温度170℃、165℃、160℃、165℃、155℃，螺杆温度145℃，机头温度160℃、165℃、175℃、195℃、190℃，螺杆转速35r/min，投料转速35r/min，扭矩58%。
产品强度高，拉伸强度75MPa，扁平试验压倒外径1/2不破裂；产品耐高温，维卡软化点100℃，弹性模量800MPa；产品不易变形，纵向尺寸变化率1%，断裂伸长率12%，冲击强度14kJ/m2；落锤冲击试验0/10，摩擦系数0.1。
以上实施例中的组合物所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。