[发明专利]具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片及其制备方法

权利要求书

1.具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片，其特征在于，由仿生碳纤维束和预浸料混合后在弹性内衬模上进行缠绕后，经由内高压成型方法制备得到；所述仿生碳纤维束由8～12条碳纤维捻制而成，其中每条碳纤维的直径范围为5～15μm，碳纤维束的捻距为25～250μm，捻向为S型；所述预浸料中双酚A环氧树脂含量为55％～60％，对氨基苯酚环氧树脂含量为10％～15％，甘油环氧树脂含量为25％～30％；所述弹性内衬模的最外层为厚度为2～5mm的天然橡胶层，中间层分别为5～8mm的帘线支撑层和5～8mm的硅胶层，最内层为8～12mm的乙丙橡胶内衬层，且最内层表面具有形成内腔减振结构的预制孔，所述弹性内衬模的外形尺寸为发动机叶片内腔尺寸的88～96％。

2.根据权利要求1所述的具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片，其特征在于，所述预制孔的孔径为8-15mm，孔深为3-4mm，径深比为2～5。

3.根据权利要求1所述的具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片，其特征在于，所述预制孔在缠绕碳纤维前孔内需涂硅胶脱模剂。

4.根据权利要求1所述的具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片，其特征在于，所述仿生碳纤维束和预浸料采用制备机进行混合，所述制备机包括入料口(1)、环氧树脂注入口(2)、分散性固化剂加入口(3)、电加热层(4)和出料口(5)，其中环氧树脂注入口(2)和分散性固化剂加入口(3)的内径为20mm，外径为30mm，高度为80mm；电加热层套在出料口(5)壁中，电加热层的长度为350mm；入料口(1)和出料口(5)的高度为1mm；制备机的总长度为600mm。

5.根据权利要求1所述的具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片，其特征在于，所述仿生碳纤维束和预浸料通过以下方法混合：将碳纤维束在4.5～15V的电压下进行磁化吸附，将吸附的碳纤维束单向排列平铺在预浸料表层，在表层覆盖相同厚度的预浸料后，在300～600lx的光照强度下照射5～10min对混合物的表层进行轻微固化处理。

6.根据权利要求1所述的具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片，其特征在于，所述仿生碳纤维束和预浸料的混合物采用螺旋缠绕机对弹性内衬模进行缠绕，所述螺旋缠绕机由旋转平台(6)、基座(7)、连接杆(8)和橡胶模具(9)组成，其中，旋转平台(6)通过螺栓连接在基座(7)上，连接杆(8)通过螺纹连接到旋转平台(6)，橡胶模具(9)通过过盈配合插入连接杆(8)中。

7.根据权利要求1所述的具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片，其特征在于，所述高压成型方法包括以下步骤：

(1)将缠绕好碳纤维的弹性内衬模放置于内高压模具中；

(2)将弹性内衬与增压器管道连接，之后对模具进行封闭；

(3)向弹性内衬中注入液压油至300～500MPa，将碳纤维混合物进行高压成型；

(4)将内高压模具放置于5～10℃的恒温箱中放置50～70min，将弹性内衬取出后得到仿生结构的碳纤维增强发动机叶片。

8.制备权利要求1所述的具有仿生结构的碳纤维增强发动机叶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将碳纤维捻制而成仿生碳纤维束；

S2、将仿生碳纤维束和预浸料在制备机中合成的混合物；

S3、将混合物采用螺旋缠绕机在弹性内衬模上进行缠绕；

S4、将缠绕好碳纤维的弹性内衬模放置于内高压模具中高压成型，将弹性内衬取出后得到仿生结构的碳纤维增强发动机叶片。