[發明專利]一種具有壓電阻尼的船舶用螺旋槳葉片及制備方法

有效

• 申請號: 201810272471.6
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108466686B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 張鴻名;李鑫;王承鑫;陳剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B63H1/26
• 分類號: B63H1/26;C08L77/00;C08K9/00;C08K3/04;C08K3/22;B29C70/34;B29C70/54;B29L31/08
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 孟阿妮

本發明公開了一種具有壓電阻尼的船舶用螺旋槳葉片及制備方法，螺旋槳葉片由80～120質量份的壓電阻尼復合材料芯核及120～200質量份的纖維增強熱塑性復合材料預浸料包覆層制成；壓電阻尼復合材料芯核由5～8質量份的壓電陶瓷粉、0.05～0.09質量份的碳納米管、100質量份的熱塑性聚合物在加熱混合后常溫脫模制作而成。本發明通過壓電阻尼復合材料芯核與纖維增強熱塑性復合材料包覆層的共固化成型工藝，使復合材料螺旋槳具備壓電阻尼功能和優良的整體結構力學性能，可以顯著提高復合材料螺旋槳減振與降噪性能，能有效解決現有船用復合材料螺旋槳由于水下附加質量慣性力作用，艉流場振動噪聲大的問題。

技術領域

本發明涉及一種螺旋槳葉片及制備方法，尤其涉及一種具有壓電阻尼的船舶用螺旋槳葉片及制備方法。

背景技術

復合材料螺旋槳相較傳統的金屬螺旋槳具有重量輕、比強度高、比剛度大、耐海水腐蝕等優點，因此船用復合材料螺旋槳的應用日益增多。然而現有研究發現，由于水下慣性的存在，復合材料螺旋槳葉片在水下模態分析中增加了自身6倍的附加質量，由于結構固有頻率與質量成反比關系，因此復合材料螺旋槳葉片低階主模態頻率下降明顯，從而造成復合材料螺旋槳在艉流場中容易產生水下低頻共振，引起無法忽視的復合材料螺旋槳水下振動及噪聲問題。

目前復合材料螺旋槳葉片多數采用高性能纖維增強樹脂基復合材料制備，由于纖維增強樹脂基復合材料鋪層結構的動態力學性能不可控、樹脂基體體積含量受限制、樹脂基體阻尼性能受溫度和頻率影響較大，因此纖維增強樹脂基復合材料螺旋槳結構的阻尼性能有限，無法通過纖維增強復合材料鋪層設計有效提高螺旋槳葉片的減振及降噪性能。

壓電阻尼復合材料是一種新型的高性能阻尼材料，它不僅保留有聚合物材料的粘彈性阻尼特性，而且可利用材料中的壓電相將振動產生的機械能轉化為電能，并通過材料中自身的電阻再將電能轉化為熱能耗散掉。相比于傳統的粘彈性阻尼材料，壓電阻尼復合材料具有阻尼性能高、阻尼性能依據振動頻率可調控、剛度大、不受溫度影響等突出優點。因此，將壓電阻尼復合材料應用于螺旋槳葉片的制作，將會是對克服傳統螺旋槳葉片水下振動及噪聲問題的有益嘗試。

發明內容

為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種具有壓電阻尼的船舶用螺旋槳葉片及制備方法。

為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種具有壓電阻尼的船舶用螺旋槳葉片，由80～120質量份的壓電阻尼復合材料芯核及120～200質量份的纖維增強熱塑性復合材料預浸料采用熱模壓工藝制成；壓電阻尼復合材料芯核包覆于纖維增強熱塑性復合材料預浸料的內部；

壓電阻尼復合材料芯核由5～8質量份的壓電陶瓷粉、0.05～0.09質量份的碳納米管、100質量份的熱塑性聚合物在加熱混合后常溫脫模制作而成。

進一步地，壓電陶瓷粉為粉末狀經極化的二氧化鉛或鋯酸鉛或鈦酸鉛或鈦酸鋇或鎂鈮酸鉛或偏鈮酸鉀鈉或鈦酸鉍鈉。

進一步地，碳納米管為經濃硫酸與濃硝酸按體積分數為3：1的混酸溶液酸化處理后的單壁碳納米管或多壁碳納米管。

進一步地，熱塑性聚合物為聚酰胺或聚醚酮或聚酰亞胺或聚醚酰亞胺或聚苯硫醚。

進一步地，纖維增強熱塑性復合材料預浸料是通過連續浸漬法將浸漬熱塑性聚合物溶液的碳纖維烘干制成的；所述碳纖維為T300碳纖維或T700碳纖維或T800碳纖維。

一種具有壓電阻尼的船舶用螺旋槳葉片的制備方法，具體步驟為：

一、依據螺旋槳的水動力性能要求，對壓電阻尼復合材料芯核及纖維增強熱塑性復合材料預浸料進行包覆結構設計；

二、根據包覆結構設計要求，確定壓電阻尼復合材料芯核中壓電陶瓷粉、碳納米管、熱塑性聚合物的比例，以及纖維增強熱塑性復合材料的種類，并進行纖維增強熱塑性復合材料預浸料制備；