[發(fā)明專利]聚合物復(fù)合材料及其工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210172376.1
• 申請(qǐng)日: 2012-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102806666A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.馬赫什瓦里;方笑梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: MRA系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): B29C70/28
• 分類號(hào): B29C70/28;B64D29/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;楊炯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料，并且更特定而言涉及用于制造復(fù)合材料的工藝，復(fù)合材料包括用包含粉末的樹(shù)脂浸潤(rùn)的加強(qiáng)織物。

背景技術(shù)

圖1示意性地表示本領(lǐng)域中已知類型的高旁通渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10示意性地表示為包括風(fēng)扇組件12和核心發(fā)動(dòng)機(jī)14。風(fēng)扇組件12顯示為包括復(fù)合風(fēng)扇殼體16和從風(fēng)扇葉片18陣列向前突出的旋轉(zhuǎn)器(spinner)鼻部20。旋轉(zhuǎn)器鼻部20和風(fēng)扇葉片18兩者均由風(fēng)扇盤(pán)(未顯示)支撐。核心發(fā)動(dòng)機(jī)14表示為包括高壓壓縮機(jī)22、燃燒器24、高壓渦輪26以及低壓渦輪28。進(jìn)入風(fēng)扇組件12的大部分空氣繞到發(fā)動(dòng)機(jī)10的后部而生成額外發(fā)動(dòng)機(jī)推力。繞過(guò)的空氣通過(guò)環(huán)形旁通管道30且通過(guò)風(fēng)扇噴嘴32離開(kāi)管道30。風(fēng)扇葉片18由風(fēng)扇機(jī)艙34包圍，該風(fēng)扇機(jī)艙限定了旁通管道30的徑向外部邊界以及到發(fā)動(dòng)機(jī)10和風(fēng)扇噴嘴32的入口管道36。核心發(fā)動(dòng)機(jī)14被核心整流罩(cowl)38包圍，該核心整流罩限定了旁通管道30的徑向內(nèi)部邊界以及從核心發(fā)動(dòng)機(jī)14向后延伸的排氣噴嘴40。

風(fēng)扇機(jī)艙34是重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其設(shè)計(jì)考慮包括空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)以及承受異物損傷(FOD)的能力。由于這些原因，重要的是在制造機(jī)艙34時(shí)選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)造、材料以及組裝方法。已經(jīng)考慮了各種材料和配置，廣泛地使用金屬材料且特別是鋁合金。也考慮過(guò)復(fù)合材料，諸如利用碳(石墨)纖維或織物加強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂層壓材料，因?yàn)樗鼈兲峁﹥?yōu)點(diǎn)，包括能夠制造為尺寸足以滿足空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、輪廓控制以及減輕的重量的單件部件，其提高了發(fā)動(dòng)機(jī)效率并改進(jìn)了燃料消耗比(SFC)。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在地上并且特別是在航行條件下時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙經(jīng)受結(jié)冰條件，特別是在入口唇部(圖1的42)處的機(jī)艙前緣。移除冰累積(除冰)和防止機(jī)艙入口唇部42上的冰累積(防冰)的一個(gè)熟知方案是通過(guò)使用熱空氣排出系統(tǒng)。作為示例，發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)的排出空氣能通過(guò)管路(未顯示)從燃燒室24抽吸到入口唇部42，在此，熱排出空氣接觸入口唇部42的內(nèi)表面而加熱唇部42并移除/防止冰形成。作為備選，一些較小的渦輪風(fēng)扇和渦輪螺旋槳航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)利用了經(jīng)由焦耳加熱將電能轉(zhuǎn)換為熱的電防冰系統(tǒng)。電阻型加熱絲可用作加熱元件，但更近的示例使用在商業(yè)上可以從GrafTech?International?Holdings?Inc獲得的名稱為GRAFOIL??的柔性石墨材料。加熱元件嵌入諸如硅橡膠的保護(hù)罩(boot)中，保護(hù)罩繼而附連到機(jī)艙入口唇部42的內(nèi)側(cè)前緣。在任一情況下，與復(fù)合材料相比，如果唇部42由諸如鋁合金的金屬材料構(gòu)成，則能促進(jìn)入口唇部42的均勻且高效的加熱。為了促進(jìn)由諸如碳加強(qiáng)的(纖維和/或織物)環(huán)氧樹(shù)脂層壓材料的復(fù)合材料制成的入口唇部42的均勻加熱，復(fù)合材料可產(chǎn)生為包含能提高其導(dǎo)熱率的傳導(dǎo)填料。這樣的填料已包括氮化硼(BN)、氧化鋁(Al₂O₃)以及氮化鋁(AlN)粉末和碳(石墨)納米管。

用于并入填料的傳統(tǒng)方案涉及將填料顆粒摻和到樹(shù)脂系統(tǒng)內(nèi)，并且然后用帶顆粒的樹(shù)脂系統(tǒng)浸漬碳織物。雖然是有效的，但是所得到的樹(shù)脂系統(tǒng)傾向于具有相對(duì)較高的黏度，這限制了能夠并入復(fù)合物中的填料的濃度。這種限制部分由于過(guò)濾效果，其中，在浸漬工藝期間，加強(qiáng)織物將填料顆粒過(guò)濾出樹(shù)脂系統(tǒng)。為了減小這種過(guò)濾效果，可使用納米尺寸的填料顆粒，但是由于樹(shù)脂系統(tǒng)黏度的急劇增加，小于20%體積的填料裝載量仍是典型的。結(jié)果，由諸如碳織物加強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂層壓材料的復(fù)合材料制成的入口唇部的厚度方向?qū)崧适怯邢薜模ǔＯ抻诖蠹s0.6?W/mK或更小的導(dǎo)熱率值。

機(jī)械性質(zhì)，包括層間韌度和壓縮模量，也可能是有限的，因?yàn)楦哒扯葮?shù)脂系統(tǒng)傾向于促進(jìn)復(fù)合物中由于加強(qiáng)織物的不均勻浸漬引起的干斑缺陷的出現(xiàn)。高粘度樹(shù)脂系統(tǒng)還限制了能將樹(shù)脂系統(tǒng)浸漬到加強(qiáng)織物中的工藝。例如，很難使用諸如真空輔助樹(shù)脂傳遞成型(VaRTM)的相對(duì)低成本的工藝來(lái)均勻地浸漬包含大約15%體積的納米尺寸填料顆粒的樹(shù)脂系統(tǒng)。

鑒于上述內(nèi)容，如果存在能將更大量的填料顆粒并入樹(shù)脂浸漬的加強(qiáng)織物中的方法，那么將是所期望的。特別地，這種能力將有益于在風(fēng)扇機(jī)艙的制造中所使用的織物加強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料中并入更大量的傳導(dǎo)填料。這種能力也將有益于多種其它應(yīng)用，例如，由織物加強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料制成的電氣罩殼和飛行器翼/尾部區(qū)域，在此情況下，填料可用于改進(jìn)導(dǎo)熱率、導(dǎo)電率(諸如石墨型填料)以及/或者改進(jìn)層間韌性(諸如呈粉末形式的熱塑性增韌劑)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供用于制造聚合物復(fù)合材料的工藝，該聚合物復(fù)合材料包括包含多個(gè)加強(qiáng)織物和填料材料顆粒的聚合物基體。