[發明專利]碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片及成型方法

有效

• 申請號: 201410408600.1
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104358708A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 楊智勇;劉千;蔡勇;孫寶崗;尹亮;張毅;黃鳳春;冷霜;羅業;游少雄
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: F04D29/26
• 分類號: F04D29/26;B29C70/40
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 莫丹

1.一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其特征在于：該葉片是整體泡沫夾層結構，葉片根部連接金屬葉柄(5)；所述的葉片包括蒙皮(2)、前緣加強區(1)、主承力梁(4)和泡沫芯材(3)，其中外部為蒙皮(2)，蒙皮(2)內前端連接前緣加強區(1)，蒙皮(2)內中部連接主承力梁(4)，泡沫芯材(3)填充在蒙皮(2)、前緣加強區(1)和主承力梁(4)形成的內部空間；所述的蒙皮(2)分為內蒙皮和外蒙皮，內蒙皮表面鋪貼外蒙皮；

所述的主承力梁(4)厚度從葉片根部8～10mm過渡至葉尖2～4mm；所述的前緣加強區(1)厚度為2～5mm；所述的內蒙皮厚度為2～5mm，外蒙皮厚度為1～3mm。

2.根據權利要求1所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其特征在于：所述的內蒙皮、前緣加強區(1)和主承力梁(4)為碳纖維復合材料，其使用的樹脂基體為環氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂，預浸料制作用的纖維為T300、T700或M40級碳纖維單向帶；所述的外蒙皮用纖維為T300碳纖維織物。

3.根據權利要求2所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其特征在于：所述的金屬葉柄(5)采用鍛鋼或鈦合金；所述的泡沫芯材(3)為聚甲基丙烯酰亞胺硬質閉孔泡沫。

4.一種權利要求2或3所述的碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片的成型方法，其特征在于：該方法包括如下步驟

(a)葉柄與泡沫芯材粘接

使用數控機床加工泡沫芯材(3)毛坯料；然后利用工裝適配金屬葉柄(5)和泡沫芯材(3)，保證金屬葉柄(5)和泡沫芯材(3)軸線共線；適配后將膠膜均勻鋪覆到金屬葉柄(5)和泡沫芯材(3)的膠接面，將金屬葉柄(5)固定在泡沫芯材(3)上，在熱壓罐中固化；固化溫度為160℃～170℃，固化時間為3h～6h，熱壓罐內壓力為0.2MPa～0.3Mpa；

(b)預浸料下料

預浸料由碳纖維和環氧樹脂復合而成，采用熱熔法制備；根據葉片的蒙皮(2)、前緣加強區(1)和主承力梁(4)型面，將葉片三維模型的鋪層展開，并轉化為二維圖形，使用自動下料機裁切出相應的合適圖形；

(c)前緣加強區和主承力梁鋪層及吸膠壓實

在步驟(a)制備的泡沫芯材(3)表面鋪貼步驟(b)制備的預浸料，前緣加強區(1)和主承力梁(4)鋪貼預浸料過程中，分3～5次吸膠壓實，每次吸膠采用不同尺寸的貼合葉片型面的玻璃鋼陰模模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣陰模；所述的吸膠是在熱壓罐內進行，吸膠溫度60℃～80℃，吸膠時間20min～80min，熱壓罐內壓力0.1MPa～0.3Mpa，吸膠過程中對待吸膠的產品進行抽真空；

(d)內蒙皮鋪層及吸膠壓實

將步驟(b)制備的預浸料鋪放于步驟(c)得到的前緣加強區(1)和主承力梁(4)表層，在完成內蒙皮一半厚度的鋪層時進行吸膠，吸膠采用型面相應的模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣玻璃鋼陰模；然后再完成內蒙皮剩余部分的鋪層，得到待固化產品；所述的吸膠是在熱壓罐內進行，吸膠溫度60℃～80℃，吸膠時間20min～80min，熱壓罐內壓力0.1MPa～0.3Mpa，吸膠過程中對待吸膠的產品進行抽真空；

(e)固化

將步驟(d)得到的待固化產品包覆輔助材料，并固定固化外陰模，然后將產品放入熱壓罐內，對待固化產品抽真空固化；固化溫度為160℃～170℃，固化時間為3h～6h，熱壓罐內壓力為0.2MPa～0.3Mpa；

(f)外蒙皮成型

將步驟(e)得到的產品表面逐層包覆碳纖維織物，將包裹碳纖維織物后的產品放入RTM成型模具中進行注膠；注膠方式為線式注射；注膠過程結束后固化；固化過程是在真空烘箱內進行的，固化溫度90℃～110℃，固化時間2h～4h。