[發(fā)明專利]一種雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包容機(jī)匣及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310473440.8
• 申請日: 2023-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN116604840A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張代軍;燕吉強(qiáng);雷帥;劉燕峰;李軍;陳祥寶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): B29C70/34
• 分類號(hào): B29C70/34;B29C70/54;F02C7/00;D04C1/06;D04C1/02
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 孟慶浩

本發(fā)明提出了一種雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包容機(jī)匣及其制備方法。該雙層結(jié)構(gòu)包容機(jī)匣為“碳纖維復(fù)合材料芯層+有機(jī)纖維包容層”結(jié)構(gòu)形式，其有機(jī)纖維包容層纖維為整體編織在碳纖維復(fù)合材料芯層上。本發(fā)明采用高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料作為包容機(jī)匣結(jié)構(gòu)承載層，有效提升包容機(jī)匣在沖擊載荷下保持結(jié)構(gòu)完整性的能力；有機(jī)纖維包容層采用經(jīng)紗、緯紗連續(xù)交錯(cuò)互鎖，消除了包容機(jī)匣受沖擊后的層間失效風(fēng)險(xiǎn)，提升了機(jī)匣的包容能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包容機(jī)匣及其制備方法。

背景技術(shù)

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)包容機(jī)匣不僅為外來空氣提供進(jìn)入通道，而且需要在高速旋轉(zhuǎn)的葉片受到外物撞擊或發(fā)生內(nèi)部缺陷斷裂時(shí)將高速高能的危險(xiǎn)碎片包容住，因此需要具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度及斷葉包容能力。傳統(tǒng)的包容機(jī)匣大多采用全金屬材料或芳綸纖維纏繞金屬內(nèi)環(huán)的半復(fù)材結(jié)構(gòu)，相較而言，樹脂基復(fù)合材料具有密度低、比強(qiáng)度、比模量高等特點(diǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)推重比和效率不斷提高的驅(qū)動(dòng)下，制備復(fù)合材料包容機(jī)匣已成為一個(gè)必然的趨勢。

目前復(fù)合材料包容機(jī)匣普遍采用碳纖維復(fù)合材料制備，如美國專利US8322971B2、歐洲專利EP1674244、歐洲專利EP1674671均采用碳纖維機(jī)織預(yù)制體在纏繞芯軸上后，再通過樹脂液態(tài)成型制備得到復(fù)合材料包容機(jī)匣。與有機(jī)纖維相比，碳纖維密度大、模量高、韌性低，在實(shí)現(xiàn)相同包容能力下，碳纖維復(fù)合材料比有機(jī)纖維復(fù)合材料重量更大，減重效果有限；經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，通過預(yù)制體纏繞工藝制備的包容機(jī)匣，多層預(yù)制體的層間界面處僅靠樹脂進(jìn)行粘接，沒有纖維增強(qiáng)，在受到?jīng)_擊時(shí)極易發(fā)生樹脂基體破裂，從而導(dǎo)致分層失效，同時(shí)纏繞工藝中最外層預(yù)制體的末端屬于自由端，在受到?jīng)_擊后也容易引發(fā)大面積撕裂脫粘，導(dǎo)致機(jī)匣出現(xiàn)分層甚至發(fā)生機(jī)匣解體，存在較高的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)制體纏繞存在層間界面薄弱點(diǎn)的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包容機(jī)匣及其制備方法。

為解決此技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一方面，提供一種雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包容機(jī)匣，由碳纖維復(fù)合材料芯層和有機(jī)纖維復(fù)合材料包容層組成，其中，

碳纖維復(fù)合材料芯層由單向碳纖維預(yù)浸料鋪貼，熱壓罐成型技術(shù)制備；

有機(jī)纖維復(fù)合材料包容層由有機(jī)纖維纖維整體編織在碳纖維復(fù)合材料芯層上，RTM成型技術(shù)制備；包容層有機(jī)纖維的整體編織規(guī)則如下：

包容層有機(jī)纖維紗線以機(jī)匣軸向?yàn)榫幙椊?jīng)向，以機(jī)匣環(huán)向?yàn)榫幙椌曄?，其中有機(jī)纖維紗線的經(jīng)紗、緯紗均為連續(xù)紗線；

有機(jī)纖維緯紗的總列數(shù)為P/b，其中，P為包容層沿軸向要求的寬度，b為緯紗沿芯層軸向移動(dòng)的距離；

奇數(shù)列緯紗穿過的交叉開口的經(jīng)紗相同，偶數(shù)列緯紗穿過的交叉開口的經(jīng)紗相同，奇數(shù)列緯紗與偶數(shù)列緯紗所經(jīng)過的交叉開口的經(jīng)紗不同，沿機(jī)匣環(huán)向方向形成交互聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，消除經(jīng)紗排布列之間的界面；連續(xù)的緯紗繞機(jī)匣一周穿過一層經(jīng)紗開口后，沿厚度方向移動(dòng)后繼續(xù)穿過下一層經(jīng)紗開口，直至達(dá)到指定厚度H，消除經(jīng)紗排布層之間的界面；

包容層有機(jī)纖維紗線的經(jīng)紗、緯紗均為連續(xù)紗線，通過緯紗連續(xù)編織，經(jīng)紗、緯紗成為一個(gè)整體編織物，消除了純樹脂粘接的界面。

一方面，提供所述雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包容機(jī)匣的制備方法，如下：

(1)制備碳纖維復(fù)合材料芯層：將碳纖維預(yù)浸料鋪貼在成型芯模上，固化脫模后得到凈尺寸的碳纖維復(fù)合材料芯層；

(2)制備有機(jī)纖維復(fù)合材料包容層：