一种复合材料叶片RTM成型方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料叶片的RTM成型方法，本发明专利技术采用复合材料真空辅助渗透技术的原理(即复合材料VARI技术)，即通过真空吸取的形式，将定型剂均匀地吸附入干态风扇叶片预制体毛坯内部，然后在真空作用和适当温度条件下，将定型剂内部的稀释溶剂挥发，得到预定型后的叶片预制体毛坯，使风扇叶片预制体毛坯内部只留下均匀分布的低含量的树脂，既起到定型效果又不残留溶剂异物；然后将预定型后的叶片预制体毛坯扭转裁切得到精确预制体，再放置进模具RTM成型的方法，避免了干态纤维预制体在扭转和裁切过程中的起毛变形现象，显著提高了机织复合材料叶片的RTM成型质量。复合材料叶片的RTM成型质量。复合材料叶片的RTM成型质量。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料叶片RTM成型方法


[0001]本专利技术涉及树脂基复合材料液态成型
，特别是涉及一种复合材料叶片RTM成型方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、便于大面积整体成形等独特的优点，已广泛应用于航空飞行器和发动机结构，成为航空装备的关键材料，其用量也已成为航空装备先进性的标志之一。复合材料叶片是广泛应用于航空发动机的一种具有高精度要求的复合材料制件，复合材料叶片直接影响发动机的气动性能和噪音指标，同时还需要承受高速旋转产生的巨大的离心力、高速气流产生的气动力、叶片振动产生的疲劳载荷以及砂石、飞鸟等外来物的冲击等，对材料性能、成型质量和成型精度具有极高的要求。
[0003]树脂转移模塑成型技术，简称RTM成型技术(Resin Transfer Molding)是近年来在航空、航天等领域广泛应用的一种液态成型复合材料制造技术。其原理是在刚性模具型腔内铺放按性能和结构要求设计好的干态纤维预成型体，在特定的耐压容器即树脂贮存罐内将树脂加热到设定的注射温度，然后采用注射设备将低粘度树脂注入到模具型腔内，使树脂与纤维充分浸润，按照树脂的工艺规范进行升温固化，最后得到与模具型腔形状一致的复合材料零件。由于RTM成型技术的高精度成型优势，目前已在异形复杂结构的复合材料零件，特别是发动机复合材料叶片上得到广泛应用。
[0004]预制体是复合材料零件采用RTM技术成型前的中间体，其精度决定了成型复合材料构件的最终成型质量，由于发动机复合材料叶片具有较高的抗冲击要求，因此需采用2.5D/3D机织结构成型预制体。然而采用碳纤维整体织造成型的2.5D/3D机织预制体，其预制体采用数千根碳纤维纱线相互交织而成，内部结构无法完全致密，使预制体的厚度较理论厚度偏厚，尤其针对大变厚度的发动机复合材料叶片，其厚度变化可从1.5mm变化至60mm，形状复杂。
[0005]机织复合材料风扇叶片的成型工序流程为机织叶片预制体展平态织造
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预制体扭转及裁边
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预制体模具定位
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成型合模
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RTM工艺注射
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固化
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脱模。其中，预制体在模具中的定位方法已公开。其中，预制体的扭转及裁边工序是在预制体织造完成后，RTM固化成型前完成。由于机织叶片预制体是由干态纤维织造完成，在成型前为柔性状态，极易在搬运、扭转、裁边、合模过程中发生变形现象，导致成型后的零件结构变形；此外，由于干态纤维极易摩擦起毛断裂，在预制体裁边过程中该现象更为明显，不但容易产生边缘纤维起毛，严重的时候会导致局部表层纤维断裂；或是裁切下的短切纤维进入预制体内部，产生异物污染预制体的现象。以上缺陷，如不克服，会导致RTM成型后的机织复合材料叶片质量不稳定，无法满足发动机零件高质量和高一致性的要求。
[0006]因此，专利技术人提供了一种提高RTM成型复合材料叶片成品率的方法。

技术实现思路

[0007](1)要解决的技术问题
[0008]本专利技术实施例提供了一种复合材料叶片RTM成型方法，解决了现有技术的RTM成型后的机织复合材料叶片质量不稳定，无法满足发动机零件高质量和高一致性的要求的技术问题。
[0009](2)技术方案
[0010]本专利技术的实施例提出了一种复合材料叶片RTM成型方法，复合材料叶片包括榫头和叶身，该RTM成型方法至少包括以下步骤S110～步骤S170：
[0011]步骤S110，将展平状态的干态叶片预制体毛坯安装在毛坯定型模板上，在榫头的位置放置进胶管，在叶身的位置放置出胶管，然后封装真空袋，形成封闭系统。
[0012]步骤S120，将封闭系统放在烘箱中抽真空处理，采用真空辅助树脂渗透的方法将定型剂通过真空由所述进胶管吸入所述叶片预制体毛坯，多余的定型剂通过所述出胶管排出封闭系统后，关闭真空。
[0013]步骤S130，将封闭系统升温并保持30min～1h，继续抽真空5min～10min。
[0014]步骤S140，将封闭系统降温，去除真空袋，从毛坯定型模板上取下预定型后的叶片预制体毛坯。
[0015]步骤S150，将预定型后的叶片预制体毛坯放置在扭转变形平台上，通过在扭转变形平台上内置的加热装置对叶片预制体毛坯加热软化，然后缓慢压紧，得到扭转后的叶片预制体毛坯；
[0016]步骤S160，将扭转变形平台降温，对扭转后的叶片预制体毛坯进行裁边处理，得到近净尺寸的扭转后的叶片预制体。
[0017]步骤S170，将步骤S160得到的叶片预制体放入成型模具中，采用树脂和RTM工艺对叶片预制体注射成型后得到复合材料叶片。
[0018]进一步地，所述叶片预制体毛坯为复合材料叶片在RTM成型前的毛坯预制体，采用机织方式织造成型。
[0019]进一步地，所述模具本体和侧模之间设有第一密封槽。
[0020]进一步地，在所述步骤S110中，所述毛坯定型模板的型面采用叶片预制体毛坯展平状态的下表面型面加工。
[0021]进一步地，所述步骤S120中，所述定型剂采用与树脂[50]与溶剂稀释后得到，稀释的比例为1:20～1:50，所述溶剂为低沸点的丙酮或乙醇溶剂，所述定型剂采用的树脂与所述步骤S170中注射时采用的树脂体系一致。
[0022]进一步地，所述步骤S120中，所述采用真空辅助树脂渗透的方法将定型剂通过真空由所述进胶管吸入所述叶片预制体毛坯时的真空度为
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0.02MPa～
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0.05MPa。
[0023]进一步地，所述步骤S150中，所述扭转变形平台包括上半模和下半模，所述上半模和下半模的型面分别与成型后的复合材料叶片的吸力面和压力面一致。
[0024]进一步地，所述上半模为分块设计，在所述步骤S150中，所述上半模的分块和所述下半模配合，对步骤S140预定型后的叶片预制体毛坯进行分区域扭转变形控制。
[0025](3)有益效果
[0026]1、本专利技术通过对干态叶片预制体进行预定型处理，使其具有一定的硬挺度，保证
了内部结构稳定，解决了叶片预制体在搬运、扭转、裁边、合模过程中发生变形现象，也可以防止干态纤维在预制体裁边过程中的摩擦起毛断裂现象。
[0027]2、本专利技术采用的定型剂含量低(2％～5％)，且与注射时采用的树脂体系一致，既不会阻碍树脂对预制体的渗透，也不会在树脂注射和固化时产生树脂与定型剂体系不一致的相容性问题；
[0028]3、本专利技术采用的预制体专用的毛坯定型模板可以维持叶片预制体毛坯的阶梯状厚度形态，不会发生预制体在预定型过程中型面变化的现象，有利于保持叶片预制体毛坯形态的一致性；
[0029]4、本专利技术采用的扭转变形平台可以是分体形式，使预制体的扭转变形过程可控性高，一致性好；
[0030]5、本专利技术实施简单，不需对现有的RTM工艺设备和模具进行大规模改造，具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料叶片RTM成型方法，复合材料叶片包括榫头和叶身，其特征在于，包括：步骤S110，将展平状态的干态叶片预制体毛坯安装在毛坯定型模板上，在榫头的位置放置进胶管，在叶身的位置放置出胶管，然后封装真空袋，形成封闭系统；步骤S120，将封闭系统放在烘箱中抽真空处理，采用真空辅助树脂渗透的方法将定型剂通过真空由所述进胶管吸入所述叶片预制体毛坯，多余的定型剂通过所述出胶管排出封闭系统后，关闭真空；步骤S130，将封闭系统升温并保持30min～1h，继续抽真空5min～10min；步骤S140，将封闭系统降温，去除真空袋，从毛坯定型模板上取下预定型后的叶片预制体毛坯；步骤S150，将预定型后的叶片预制体毛坯放置在扭转变形平台上，通过在扭转变形平台上内置的加热装置对叶片预制体毛坯加热软化，然后缓慢压紧，得到扭转后的叶片预制体毛坯；步骤S160，将扭转变形平台降温，使扭转后的叶片预制体毛坯硬化，对扭转后的叶片预制体毛坯进行裁边处理，得到近净尺寸的扭转后的叶片预制体；步骤S170，将步骤S160得到的叶片预制体放入成型模具中，采用树脂和RTM工艺对叶片预制体注射成型后得到复合材料叶片。2.根据权利要求1所述的复合材料叶片RTM成型方法，其特征在于，所述叶片预制体毛坯为复合材料叶片在RTM成型前的毛坯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，黄峰，赵龙，马金瑞，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：