一种高比强度通风机用复合材料叶片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高比强度通风机用复合材料叶片及其制备方法。所述叶片由三部分组成，由内及外分别以位于内部的复合纤维骨架为主体，填充在复合纤维骨架之间的基底填充层作为增强体，以及喷涂在外部的表面功能层作为防护体，复合纤维骨架、基底填充层、表面功能涂层的重量比为(10‑12)：(3‑5)：0.5。本发明专利技术以镂空的复合纤维骨架为主体，既能够满足金属框架的主体强度，也能减轻质量；然后在镂空的复合纤维骨架之间填充有含有纳米弹簧的环氧树脂发泡材料作为增强体，利用纳米弹簧的储能缓冲特性，用于在通风机叶片工作时对沿径向施加在叶片上的离心力进行有效缓冲，提高叶片的比强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高比强度通风机用复合材料叶片的制备方法
本专利技术属于零价加工
，具体涉及一种高比强度通风机用复合材料叶片及其制备方法。
技术介绍
在一些例如矿井或者排烟等通风等场所需要使用通风机进行换气，常规的通风机的扇叶一般选择铝质、铝合金质或钢质材料制成，然而在长时间的通风条件下，通风机的扇叶在运行过程中将产生强大的离心力，由于金属实心叶片自重较大，而通风机在运行过程中所产生离心力的大小与风扇扇叶的自重成正比，并且叶片体积大小与产生的离心力大小也成正比，每个通风机的叶片上产生的离心力均在数吨甚至数十吨，在通风机运行过程中，强大的的离心力和气流流动的压力很容易将叶片拉断。公开号为CN101787987A的中国专利技术专利公开了一种一体型矿用通风机风扇扇叶及其制备方法，该扇叶是由叶体和金属材料的叶柄注塑或浇注成型为一体结构，其中：叶体是由PC工程塑料或PC复合材料、增强材料、增硬耐磨材料和导电材料配制而成，并通过注塑或浇注的方法将风扇叶体与叶柄结合为一体。该专利技术以塑料为主要材质进行浇注成型制备扇叶，虽然质量轻但是塑料的抗拉强度会大大降低，尤其容易老化，使用寿命也不高，不能满足实际应用。
技术实现思路
针对以上存在的技术问题，本专利技术提供一种高比强度通风机用复合材料叶片及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种高比强度通风机用复合材料叶片，叶片由三部分组成，由内及外分别以位于内部的复合纤维骨架为主体，填充在复合纤维骨架之间的基底填充层作为增强体，以及喷涂在外部的表面功能层作为防护体，复合纤维骨架、基底填充层、表面功能涂层的重量比为(10-12)：(3-5)：0.5。本专利技术还提供了一种高比强度通风机用复合材料叶片的制备方法，包括含以下步骤：S1：设计叶片的外形参数，并采用3D打印法打印出镂空的复合纤维骨架作为主体；S2：将含有纳米弹簧的发泡材料填充在复合纤维骨架之内作为增强体，并放入热压模具中，调节热压参数，得到填充有基底填充层的复合纤维骨架；S3：冷却至室温后，采用机械打磨方式将填充有基底填充层的复合纤维骨架表面多余突出物打磨平整，在打磨平整后的表面喷涂表面功能材料形成表面功能层作为防护体，最终得到复合材料叶片。进一步地，按重量组份计，复合纤维骨架包括以下原材料：20-25份微晶石墨粉、18-23份纳米碳化硅、40-45份纳米钛铝合金粉末、1-3份1，2氨丙基三乙氧基硅烷、10-12份聚丙烯酸酯。钛铝合金粉末为市售产品，其中钛含量≥50％，以聚丙烯酸酯作为高分子粘合剂和1，2氨丙基三乙氧基硅烷作为辅助粘合剂，能够提高复合纤维骨架中各个成分的结合强度。更进一步地，复合纤维骨架的原材料预处理方法为：第一步，将上述份数的聚丙烯酸酯溶于丙酮中，聚丙烯酸酯与丙酮的重量比为1:40-60，然后加入上述组份的1，2氨丙基三乙氧基硅烷充分搅拌均匀，制备成粘合剂乳液；第二步，取上述组份的微晶石墨粉、纳米碳化硅、纳米钛铝合金粉末采用球磨方式混合均匀，得到混合粉，然后将粘合剂乳液喷成雾状液滴覆盖在混合粉表面形成包衣；第三步，将包裹有包衣的混合粉整体放入-10℃至-5℃的环境中冷冻干燥60-120min，取出后采用35kHz-50kHz频率超声波振荡分散成为包裹有粘合剂包衣的混合粉末，即完成复合纤维骨架的原材料预处理。通过将粘合剂均匀包裹在粉末的外层然后进过3D打印成型，相较于将常规方式打印出来的材质中各粉末成分结合度更高，比强度也更高。进一步地，按重量组份计，基底填充层由以下原材料混合而成：12-14份纳米弹簧、25-30份环氧树脂粉末、1-3份Ac发泡剂、60-80份丙酮、1-3份悬浮剂。纳米弹簧具有实体弹簧的储能缓冲特性，能够在通风机叶片工作时对沿径向施加在叶片上的离心力进行有效缓冲，提高叶片的比强度。更进一步地，纳米弹簧为钨金属单晶纳米线、碳纳米弹簧中任意一种。进一步地，按重量组份计，表面功能涂层的原材料包括：14-20份纳米聚乙烯粉末、8-10份石墨烯粉末。聚乙烯粉末具有一定的抗拉强度，并且防腐性能优良，石墨烯粉末与纳米聚乙烯粉末组合能够提高叶片表面防腐防污性能同时不增加叶片重量。更进一步地，表面功能涂层的原材料的预处理方法为：取上述组份的石墨烯粉末与去离子水混合，配置成为1.4-1.8g/L的石墨烯水溶液，然后将上述组份的纳米聚乙烯粉末放入石墨烯水溶液中搅拌，使得石墨烯在纳米聚乙烯粉末外层组装成为外壳，60-70℃烘干，即得石墨烯包覆聚乙烯粉。通过石墨烯包覆的聚乙烯粉能够提高喷涂粉末的流动性，使得喷涂更加均匀，并且形成的涂层致密性更高，表面防护更加优越。进一步地，S2中热压参数为热压温度110-120℃，热压时间60-90min，热压压力1.0-2.5MPa。进一步地，S3中的喷涂参数为：喷涂的工作压力为0.9-1MPa,喷涂距离40mm-45mm，喷涂角度70°-80°，喷涂速度8cm/s-10cm/s。本专利技术的有益效果为：本专利技术以镂空的复合纤维骨架为主体，既能够满足金属框架的主体强度，也能减轻质量；然后在镂空的复合纤维骨架之间填充有含有纳米弹簧的环氧树脂发泡材料作为增强体，其中，纳米弹簧具有实体弹簧的储能缓冲特性，能够在通风机叶片工作时对沿径向施加在叶片上的离心力进行有效缓冲，提高叶片的比强度。同时发泡的环氧树脂不仅质轻而且多孔材质也能对复合纤维骨架进行包裹形成缓冲层，抵御离心力对叶片的伤害。最后采用含有聚乙烯粉末和石墨烯粉末的涂层在叶片表面形成功能保护层，能够提高叶片的防腐性能具体实施方式实施例1本实施例提供一种高比强度通风机用复合材料叶片，叶片由三部分组成，由内及外分别以位于内部的复合纤维骨架为主体，填充在复合纤维骨架之间的基底填充层作为增强体，以及喷涂在外部的表面功能层作为防护体。按重量组份计，复合纤维骨架包括以下原材料：20份微晶石墨粉、18份纳米碳化硅、40份纳米钛铝合金粉末、1份1，2氨丙基三乙氧基硅烷、10份聚丙烯酸酯。钛铝合金粉末为市售产品，其中钛含量≥50％，以聚丙烯酸酯作为高分子粘合剂和1，2氨丙基三乙氧基硅烷作为辅助粘合剂，能够提高复合纤维骨架中各个成分的结合强度。按重量组份计，基底填充层由以下原材料混合而成：12份纳米弹簧、25份环氧树脂粉末、1份Ac发泡剂、60份丙酮、1份悬浮剂。纳米弹簧具有实体弹簧的储能缓冲特性，能够在通风机叶片工作时对沿径向施加在叶片上的离心力进行有效缓冲，提高叶片的比强度。悬浮剂为市售常规产品。按重量组份计，表面功能涂层的原材料包括：14份纳米聚乙烯粉末、8份石墨烯粉末。聚乙烯粉末具有一定的抗拉强度，并且防腐性能优良，石墨烯粉末与纳米聚乙烯粉末组合能够提高叶片表面防腐防污性能同时不增加叶片重量。在叶片的实际制造过程中，复合纤维骨架、基底填充层、表面功能涂层的重量比为10：3：0.5。实施例2本实施例提供一种高比强度通风机用复合材料叶片，叶片由三部分组成，由内及外分别以位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比强度通风机用复合材料叶片，其特征在于，所述叶片由三部分组成，由内及外分别以位于内部的复合纤维骨架为主体，填充在复合纤维骨架之间的基底填充层作为增强体，以及喷涂在外部的表面功能层作为防护体，所述复合纤维骨架、基底填充层、表面功能涂层的重量比为(10-12)：(3-5)：0.5。/n

【技术特征摘要】
1.一种高比强度通风机用复合材料叶片，其特征在于，所述叶片由三部分组成，由内及外分别以位于内部的复合纤维骨架为主体，填充在复合纤维骨架之间的基底填充层作为增强体，以及喷涂在外部的表面功能层作为防护体，所述复合纤维骨架、基底填充层、表面功能涂层的重量比为(10-12)：(3-5)：0.5。


2.如权利要求1中任意一项所述的一种高比强度通风机用复合材料叶片的制备方法，其特征在于，包括含以下步骤：
S1：设计叶片的外形参数，并采用3D打印法打印出镂空的复合纤维骨架作为主体；
S2：将含有纳米弹簧的发泡材料填充在所述复合纤维骨架之内作为增强体，并放入热压模具中，调节热压参数，得到填充有基底填充层的复合纤维骨架；
S3：冷却至室温后，采用机械打磨方式将填充有基底填充层的复合纤维骨架表面多余突出物打磨平整，在打磨平整后的表面喷涂表面功能材料形成表面功能层作为防护体，最终得到复合材料叶片。


3.如权利要求2所述的一种高比强度通风机用复合材料叶片的制备方法，其特征在于，按重量组份计，所述复合纤维骨架包括以下原材料：20-25份微晶石墨粉、18-23份纳米碳化硅、40-45份纳米钛铝合金粉末、1-3份1，2氨丙基三乙氧基硅烷、10-12份聚丙烯酸酯。


4.如权利要求3所述的一种高比强度通风机用复合材料叶片的制备方法，其特征在于，所述复合纤维骨架的原材料预处理方法为：
第一步，将上述份数的聚丙烯酸酯溶于丙酮中，聚丙烯酸酯与丙酮的重量比为1:40-60，然后加入上述组份的1，2氨丙基三乙氧基硅烷充分搅拌均匀，制备成粘合剂乳液；
第二步，取上述组份的微晶石墨粉、纳米碳化硅、纳米钛铝合金粉末采用球磨方式混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周峰，许宜峰，
申请(专利权)人：江苏优格曼航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32