[发明专利]碳纤维复合材料泡沫夹层结构风洞风扇叶片及成型方法

权利要求书

1.一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构风洞风扇叶片，其特征在于：该叶片是整体泡沫夹层结构，叶片根部连接金属叶柄(5)；所述的叶片包括蒙皮(2)、前缘加强区(1)、主承力梁(4)和泡沫芯材(3)，其中外部为蒙皮(2)，蒙皮(2)内前端连接前缘加强区(1)，蒙皮(2)内中部连接主承力梁(4)，泡沫芯材(3)填充在蒙皮(2)、前缘加强区(1)和主承力梁(4)形成的内部空间；所述的蒙皮(2)分为内蒙皮和外蒙皮，内蒙皮表面铺贴外蒙皮；

所述的主承力梁(4)厚度从叶片根部8～10mm过渡至叶尖2～4mm；所述的前缘加强区(1)厚度为2～5mm；所述的内蒙皮厚度为2～5mm，外蒙皮厚度为1～3mm。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构风洞风扇叶片，其特征在于：所述的内蒙皮、前缘加强区(1)和主承力梁(4)为碳纤维复合材料，其使用的树脂基体为环氧树脂或双马来酰亚胺树脂，预浸料制作用的纤维为T300、T700或M40级碳纤维单向带；所述的外蒙皮用纤维为T300碳纤维织物。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构风洞风扇叶片，其特征在于：所述的金属叶柄(5)采用锻钢或钛合金；所述的泡沫芯材(3)为聚甲基丙烯酰亚胺硬质闭孔泡沫。

4.一种权利要求2或3所述的碳纤维复合材料泡沫夹层结构风洞风扇叶片的成型方法，其特征在于：该方法包括如下步骤

(a)叶柄与泡沫芯材粘接

使用数控机床加工泡沫芯材(3)毛坯料；然后利用工装适配金属叶柄(5)和泡沫芯材(3)，保证金属叶柄(5)和泡沫芯材(3)轴线共线；适配后将胶膜均匀铺覆到金属叶柄(5)和泡沫芯材(3)的胶接面，将金属叶柄(5)固定在泡沫芯材(3)上，在热压罐中固化；固化温度为160℃～170℃，固化时间为3h～6h，热压罐内压力为0.2MPa～0.3Mpa；

(b)预浸料下料

预浸料由碳纤维和环氧树脂复合而成，采用热熔法制备；根据叶片的蒙皮(2)、前缘加强区(1)和主承力梁(4)型面，将叶片三维模型的铺层展开，并转化为二维图形，使用自动下料机裁切出相应的合适图形；

(c)前缘加强区和主承力梁铺层及吸胶压实

在步骤(a)制备的泡沫芯材(3)表面铺贴步骤(b)制备的预浸料，前缘加强区(1)和主承力梁(4)铺贴预浸料过程中，分3～5次吸胶压实，每次吸胶采用不同尺寸的贴合叶片型面的玻璃钢阴模模具；所述的模具为沿着叶片型面分开的2瓣阴模；所述的吸胶是在热压罐内进行，吸胶温度60℃～80℃，吸胶时间20min～80min，热压罐内压力0.1MPa～0.3Mpa，吸胶过程中对待吸胶的产品进行抽真空；

(d)内蒙皮铺层及吸胶压实

将步骤(b)制备的预浸料铺放于步骤(c)得到的前缘加强区(1)和主承力梁(4)表层，在完成内蒙皮一半厚度的铺层时进行吸胶，吸胶采用型面相应的模具；所述的模具为沿着叶片型面分开的2瓣玻璃钢阴模；然后再完成内蒙皮剩余部分的铺层，得到待固化产品；所述的吸胶是在热压罐内进行，吸胶温度60℃～80℃，吸胶时间20min～80min，热压罐内压力0.1MPa～0.3Mpa，吸胶过程中对待吸胶的产品进行抽真空；

(e)固化

将步骤(d)得到的待固化产品包覆辅助材料，并固定固化外阴模，然后将产品放入热压罐内，对待固化产品抽真空固化；固化温度为160℃～170℃，固化时间为3h～6h，热压罐内压力为0.2MPa～0.3Mpa；

(f)外蒙皮成型

将步骤(e)得到的产品表面逐层包覆碳纤维织物，将包裹碳纤维织物后的产品放入RTM成型模具中进行注胶；注胶方式为线式注射；注胶过程结束后固化；固化过程是在真空烘箱内进行的，固化温度90℃～110℃，固化时间2h～4h。