[发明专利]用于飞机发动机的复合材料部件

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2008年8月29日提交的美国临时申请61/092,904的优先权，该专利申请全文以引用方式并入本文。

发明领域

本发明涉及飞机发动机复合材料部件，尤其是涉及为环或环的片段的部件，诸如护罩或护罩的片段。

发明背景

飞机发动机需要耐磨、热稳定和质轻的部件。许多飞机发动机利用轴流式压缩机将进入的空气压缩，然后将经压缩的空气传递至发动机的燃烧室部分。轴流式压缩机使用隔行交替的快速旋转叶片(即，转子)和固定不会旋转的定子叶片。转子叶片和定子叶片的联合作用增加了空气压力。定子叶片可变动，即，定子叶片可在其纵向轴线上转动或枢转，以使气流和压力能得到更好的控制。将一排转子和一排定子称为一级。轴流式压缩机通常具有若干级。定子叶片径向保持在外部发动机壳体和内部护罩之间。内部护罩固定在发动机转轴附近的适当位置上。称作心轴或耳轴的叶片末端贴合在加工到内部护罩中的凹槽内。当护罩和叶片均由金属构成时，叶片心轴和内部护罩之间会发生磨损。可使用由耐高温、耐磨聚合物(例如得自DuPont Co.(Wilmington，DE)的牌聚酰亚胺)制成的聚合物衬套来减小金属对金属的磨损。

需要质量轻于金属、对热稳定和耐磨的飞机发动机部件。

发明内容

本发明提供了用于飞机发动机的复合材料环或环的片段，该复合材料包含：约40至约90重量％的聚合物组分，该聚合物组分选自聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯并咪唑、以及它们的共混物；

至少约9重量％的碳质填料组分；

任选地最多约51重量％的颗粒组分；

其中所有组分的总量为100重量％；并且

其中该复合材料在以5次/小时的速率交换的空气中于70psi(0.48MPa)和700°F(371℃)下加热100小时后经测定具有小于5％的热氧化重量损失(TOWL)，并具有小于0.5的动摩擦系数，并且其中所述复合材料环或环的片段为金属环或金属环的片段的合适替代物。

在一个实施方案中，复合材料环或环的片段为与可变叶片一起使用的内部护罩或内部护罩的片段。

附图简述

图1示出了内部护罩片段的代表物。

发明详述

复合材料环或环的片段是由包含聚合物和碳质填料(例如石墨粉或石墨片)的复合材料制备的。完整的环部件可由单个部分或一个以上的部分(即两个或更多个片段)组成。此类环在飞机发动机中的一个用途是用作护罩，尤其是用作内部护罩。

复合材料包含至少约40至约90重量％的聚合物组分、至少约9重量％的碳质填料组分、和任选最多约51重量％的颗粒；其中复合材料的所有组分的总量为100重量％。所述聚合物选自聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯并咪唑、以及它们的共混物。优选地，聚合物为聚酰亚胺，并且所包含的碳质填料为石墨粉或石墨片。

聚酰亚胺沿该聚合物骨架的主链包含特征性的-CO-NR-CO-基团作为直链或杂环单元。聚酰亚胺可通过例如诸如有机四甲酸或者其相应的酸酐或酯类衍生物的单体与芳族二胺的反应得到。

用于制备聚酰亚胺的聚酰亚胺前体为在所述聚酰亚胺前体经加热或化学处理时可变为相应聚酰亚胺的有机聚合物。在这样得到的聚酰亚胺的某些实施方案中，约60至100摩尔％、优选地为约70摩尔％或更多、更优选地为约80摩尔％或更多的聚合物链的重复单元具有以例如下式表示的聚酰亚胺结构：

其中R₁为具有1至5个6碳原子苯环型不饱和环的四价芳族基，其中四个羰基直接键合到R₁基团的苯环中的不同碳原子上，并且每对羰基键合到R₁基团的苯环中的相邻碳原子上；而R₂为具有1至5个多碳原子苯环型不饱和环的二价芳族基，其中两个氨基直接键合到R₂基团的苯环中的不同碳原子上。

优选的聚酰亚胺前体为芳族的，并且在酰亚胺化时会形成其中芳香族化合物的苯环直接键合到酰亚胺基上的聚酰亚胺。尤其优选的聚酰亚胺前体包括具有由例如以下通式表示的重复单元的聚酰胺酸，