[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

技術領域

本發明屬于先進復合材料技術領域，涉及一種高性能碳纖維復合材料風洞風扇葉片及其成型方法。

背景技術

現有風洞風扇葉片大多數采用金屬或者玻璃鋼材料制造，在低轉速、低環境條件下(轉速不大于300轉/min，無苛刻低溫條件)能夠滿足使用要求。但高性能風洞風扇葉片材料需要滿足重量輕、熱變形小，常規條件及特殊工況下具有較高力學性能要求，因此一般金屬、玻璃鋼葉片難以滿足。

碳纖維增強復合材料則具有重量輕、熱變形小、不同使用環境下保持較高強度及剛度的特點，適合制造大型高性能風洞風扇葉片。縱觀國內外文章、報道和專利，很少有碳纖維復合材料風洞風扇葉片具體結構構造和葉片生產工藝的實質內容。

發明內容

本發明的目的是為了解決高性能風洞風扇葉片制造問題，提出一種高性能碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片及成型方法。

本發明所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，該葉片是整體泡沫夾層結構，葉片根部連接金屬葉柄；所述的葉片包括蒙皮、前緣加強區、主承力梁和泡沫芯材，其中外部為蒙皮，蒙皮內前端連接前緣加強區，蒙皮內中部連接主承力梁，泡沫芯材填充在蒙皮、前緣加強區和主承力梁形成的內部空間；所述的蒙皮分為內蒙皮和外蒙皮，內蒙皮表面鋪貼外蒙皮；所述的主承力梁厚度從葉片根部8～10mm過渡至葉尖2～4mm；所述的前緣加強區厚度為2～5mm；所述的內蒙皮厚度為2～5mm，外蒙皮厚度為1～3mm。

如上所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其所述的內蒙皮、前緣加強區和主承力梁為碳纖維復合材料，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。

如上所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其所述的金屬葉柄采用鍛鋼或鈦合金；所述的泡沫芯材為聚甲基丙烯酰亞胺硬質閉孔泡沫。

本發明所述的一種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毛坯料；然后利用工裝適配金屬葉柄和泡沫芯材，保證金屬葉柄和泡沫芯材軸線共線；適配后將膠膜均勻鋪覆到金屬葉柄和泡沫芯材的膠接面，將金屬葉柄固定在泡沫芯材上，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、前緣加強區和主承力梁型面，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)制備的泡沫芯材表面鋪貼步驟(b)制備的預浸料，前緣加強區和主承力梁鋪貼預浸料過程中，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)得到的前緣加強區和主承力梁表層，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。

本發明的效果在于：