一种碳纤维橡胶鞋底及其制备方法与流程

本发明涉及鞋底制备，具体地说是一种碳纤维橡胶鞋底及其制备方法。

背景技术：

1、自行车鞋尤其是较为高端原自行车专用鞋制造领域，鞋底需要同时满足极高的踩踏刚性以传递动力，以及最大程度的轻量化以减少骑行负担。因此，碳纤维复合材料被广泛应用于单车鞋底的制造。此外，为了满足骑行者在下车步行时的防滑和耐磨需求，通常需要在碳纤维鞋底的特定区域（如前掌、后跟等位置）结合橡胶材料。

2、目前，行业内将碳纤维鞋底与橡胶块结合的现有技术方案主要有两种：

3、第一种是“二次胶粘法”：先将碳纤维预浸料放入模具中热压固化成型为纯碳板鞋底，再单独硫化成型橡胶块，最后通过打磨、涂抹处理剂和胶水，将橡胶块人工贴合在碳板鞋底上。

4、第二种是“传统一体成型法”：将未经特殊表面处理的橡胶直接与碳纤维预浸料叠放在一起，放入模具中进行高温高压一次成型。

5、现有技术方案存在以下缺陷与不足之处：

6、1.界面结合力弱，易脱胶剥离：

7、胶粘法缺陷：单车鞋在骑行和步行时会承受极大的剪切力和形变应力。传统的胶水贴合方式受制于胶水老化、水分侵入等因素，使用一段时间后橡胶极易边缘起翘甚至整块脱落。此外，刷胶工艺高度依赖人工，品质一致性差，且胶水挥发物（voc）不符合环保趋势。

8、传统一体成型法缺陷： 橡胶与碳纤维树脂分属不同材质，两者在高温共化时，平滑的橡胶表面难以与树脂形成强有力的机械咬合。成品在承受局部高应力时，橡胶与碳板的界面处容易发生层间剥离。

9、2.成型良率低，外观及尺寸难以控制：

10、在传统的一体成型中，由于缺乏精确的“预成型”工序，柔软的碳纤维预浸料和橡胶在合模和高压加温的初始阶段容易发生相对位移。这会导致橡胶防滑块偏离设计位置，或者树脂在固化前大量溢出覆盖在橡胶表面，造成外观不良，后期修边成本极高，整体生产良率低下。

11、3.刚性与轻量化难以兼顾，局部补强结构不合理：

12、传统工艺在处理足弓支撑或需要高刚性的中腰部位时，往往采用简单粗暴的“全局增加碳布层数”的方法。这种方式虽然提高了刚性，但也大幅增加了鞋底的整体厚度和重量，违背了单车鞋轻量化的设计初衷。对于不均厚鞋底的应力集中区域，缺乏灵活且高效的局部应力加强（如加强筋）设计方案。

13、4.制程效率低下与材料性能浪费：

14、传统工艺在成型过程中未对树脂的活性进行分段管理，导致在压制复杂形状时，碳纤维层间容易产生气泡，降低了成品的层间剪切强度和整体刚性。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种碳纤维橡胶鞋底及其制备方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

3、一种碳纤维橡胶鞋底制备方法，包括以下步骤：

4、s1.碳板铺层：选用高tg树脂为浸泡液，将碳纤维浸泡在高tg树脂内形成碳纤维树脂预浸料，将碳纤维树脂预浸料采用多角度交替叠合铺层，得到具有多层碳纤维的碳板坯体；

5、s2.局部补强：在碳板坯体的局部区域连接加强筋，得到补强碳板；

6、s3.预定型：补强碳板置入模具，在20℃-50℃温度下施加压力，完成补强碳板物理定型；

7、s4.橡胶预成型及界面粗糙改性：橡胶预成型及界面粗糙改性：在橡胶片的结合表面加出凹凸粗糙结构，形成微观凹凸粗糙面；

8、s5，将预定型后的补强碳板放入有橡胶片的模具中，加热升温至高tg树脂完全交联固化所需的温度，使补强碳板中的高tg树脂熔融，树脂进入流动期并填充补强碳板间隙及橡胶片表面的微观孔隙，随后发生交联反应进入固化期，固化完成后，开模，得到碳纤维橡胶鞋底成品。

9、作为进一步地改进，所述步骤s1中，在铺层过程中，使用压辊或刮板逐层排除碳纤维树脂预浸料间的空气。

10、作为进一步地改进，所述步骤s1中，碳纤维树脂预浸料至少通过0°、19°、30°、45°、90°的交替叠合。

11、作为进一步地改进，所述步骤s2中，所述加强筋为：将碳纤维树脂预浸料切条并搓揉成条状的补强条，或者为预成型的硬质碳纤维板条、热塑性复合材料件，或者轻质发泡夹芯材料；

12、定位叠放，将补强条放置于碳板坯体的中层或表层需要补强的区域成凸出结构，或者碳板坯体内凹后填充补强条，加压后使补强条与碳板坯体连接固定。

13、作为进一步地改进，所述步骤s3中，将补强碳板放入模具后，控制模具的压力：5kg-10kg的压力，保压5-10min。

14、作为进一步地改进，所述步骤s4具体包括：

15、模具预热至60°-70℃，使橡胶软化并具有流动性；

16、脱模布选择为尼龙或聚酯脱模布；

17、合模加压5kg-10kg，保压5-10min，使脱模布的纤维纹路被深度压入橡胶片表面；

18、开模后清理橡胶片周围残留的胶渣。

19、作为进一步地改进，所述步骤s5中，加热到设定温度170℃，高tg树脂的熔融温度为170℃，压力维持在30-45kg，在设定温度和压力下进行保温保压10-15min。

20、作为进一步地改进，所述碳板坯体中，各层采用相同克重的碳纤维，或者包括至少两种不同克重的碳纤维。

21、一种碳纤维橡胶鞋底，采用以上所述的方法制备得到。

22、本发明具有以下有益的技术效果：

23、1.显著增强了异质材料间的界面结合力，杜绝脱胶风险：在橡胶预成型阶段使用脱模布压制并产生微观粗糙度，使橡胶与碳纤维的剥离强度大幅提升，能够承受高频踩踏产生的剪切力，解决了单车鞋在长期骑行中橡胶块易脱落的行业痛点。

24、2.实现了高成型精度与成品良率： 碳板分段预定型（常温/中温）与橡胶预成型及余料清理。效果描述： 预定型工艺使得碳板在进入高温模具前已具备稳定的空间形状，有效防止了在170°c高压下因树脂瞬间流动导致的纤维乱窜或组件位移。同时，橡胶预成型后的余料清理确保了成品边缘分界清晰，避免了树脂覆盖橡胶表面的视觉缺陷，大幅降低了后期人工修边的报废率。

25、3.兼顾了极致轻量化与局部超高刚性： 采用faw150g/100g碳布配合0°、19°、30°、45°等多角度铺设，以及局部加强筋设计。效果描述： 相比于全掌增厚的传统方案，本发明通过科学的角度排布和局部补强结构，在不增加整体厚度的前提下，实现了力学上的精确分配。加强筋利用几何惯性矩原理，显著提升了足弓支撑性能，确保了骑行者在动力传递过程中的零损耗，同时保持了鞋底的轻量化优势。

26、4.确保了材料性能的最优释放与生产的高效性对应技术手段： 树脂活性管控（预定型低温、一体成型高温）及30分钟的时间补偿机制。通过加热升温确保了高tg点树脂能够完全成熟交联，赋予鞋底卓越的抗冲击性能和热稳定性。时间补偿机制的设定，使得工艺在实际工业化大规模生产中具有极强的可适配性，不因环境温差变化而影响产品质量。