一体化碳纤维风机叶片及其成型方法技术

本发明专利技术涉及风机叶片领域，特别涉及一种一体化碳纤维风机叶片及其成型方法。该叶片包括受力骨架、中间层以及碳纤维预浸料外表层；受力骨架设于叶片中部位置，中间层分别附着于受力骨架两侧；碳纤维预浸料外表层包裹于中间层外层；受力骨架呈长条片状，其内部结构为由第一碳纤维预浸料片层和第一树脂膨胀棉层层叠并卷绕形成的螺旋形结构，以使受力骨架内部的第一碳纤维预浸料片层和第一树脂膨胀棉层交替层叠，且受力骨架的外表层为第一碳纤维预浸料片层；中间层由若干第二碳纤维预浸料片层和若干层第二树脂膨胀棉层依次间隔层叠而成。该叶片具有强度高、重量轻、耐腐蚀、韧性好耐冲击、低噪音等优异效果，且其整体可一次加热固化成型，制造过程简单快捷效率高。制造过程简单快捷效率高。制造过程简单快捷效率高。

【技术实现步骤摘要】
一体化碳纤维风机叶片及其成型方法


[0001]本专利技术涉及风机叶片领域，特别涉及一种一体化碳纤维风机叶片及其成型方法。

技术介绍

[0002]碳纤维复合材料，是一种以树脂为基体，碳纤维丝为增强料的材料，是含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料；
[0003]碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，其强度是钢铁的15倍，且具有耐腐蚀、高模量的特性，同时又兼备纺织纤维的柔软可加工性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，在国防军工和民用方面都是重要材料。近年来随着新技术的不断发展，对材料的要求日益增加，由于碳纤维所具有的高强度、出色的耐热性、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数(变形量小)、热容量小、比重小、优秀的抗腐蚀与辐射性能等优势，其大量应用于航空航天领域中，但现有技术中并未将碳纤维这种优秀的新材料应用于风机叶片。
[0004]现有的传统风机叶片大多采用金属材质和普通塑料材质(例如ABS等) 制成，金属材质风机叶片虽然强度高，但是存在重量大，易腐蚀等缺陷；普通塑料材质的风机叶片，虽然材质轻，但存在强度低，容易损坏等缺陷。
[0005]申请号为CN201110306082.9，公开日为2013年04月17日的中国专利技术专利申请，公开了一种在风机叶片上安装耐磨陶瓷体的方法，该方法是先在风机叶片的金属基体上间隔性钻孔或开槽，然后将陶瓷体镶嵌入孔或槽中，再将风机叶片的金属基体进行弯曲处理。该方法通过在金属材质的风机叶片上设置耐磨陶瓷片，增加风机叶片的耐磨性，延长风机寿命，但是其仍然存在金属风机叶片具有的重量大，易腐蚀等缺陷；

技术实现思路

[0006]为解决上述现有技术中提到的现有金属材质风机叶片存在重量大，易腐蚀等缺陷、普通塑料材质的风机叶片存在强度低，容易损坏等缺陷的问题。本专利技术提供一种一体化碳纤维风机叶片，所述叶片包括受力骨架、中间层以及碳纤维预浸料外表层；
[0007]所述受力骨架设于叶片中部位置，所述中间层分别附着于受力骨架两面，以使受力骨架被包围于所述中间层内；且碳纤维预浸料外表层包裹于所述中间层外表面；
[0008]所述受力骨架呈长条片状，其内部结构为由第一碳纤维预浸料片层和第一树脂膨胀棉层层叠并卷绕形成的螺旋形结构，以使受力骨架内部的第一碳纤维预浸料片层和第一树脂膨胀棉层交替层叠，且受力骨架的外表层为第一碳纤维预浸料片层；所述中间层由若干第二碳纤维预浸料片层和若干层第二树脂膨胀棉层依次间隔层叠而成。
[0009]在一实施例中，所述受力骨架沿所述叶片的长度方向设置，以使其位于所述叶片的中间转动轴线位置。
[0010]在一实施例中，所述叶片中部沿叶片的长度和宽度方向均设置有受力骨架。
[0011]在一实施例中，所述叶片包括N层碳纤维预浸料外表层，N大于等于1。
[0012]在一实施例中，所述碳纤维预浸料外表层设有碳纤维加强筋。
[0013]在一实施例中，所述第一碳纤维预浸料片层、所述第二碳纤维预浸料片层以及碳纤维预浸料外表层中碳纤维预浸料均以环氧树脂为基体。
[0014]在一实施例中，所述受力骨架为长条片状结构，其铺层方向与叶片的叶面方向一致。
[0015]本专利技术还提供一种如上所述的一体化碳纤维风机叶片的成型方法，其包括以下步骤：
[0016]S100、将受力骨架沿叶面方向铺层；
[0017]S200、将碳纤维双向预浸料和树脂膨胀棉依次交替层叠在受力骨架的两面上，直到形成预定厚度的中间层，以使中间层形成若干第二碳纤维预浸料片层和若干层第二树脂膨胀棉层依次间隔层叠的结构；
[0018]S300、将中间层按照模具的型面裁剪成型；
[0019]S400、在中间层的外层包裹碳纤维双向预浸料，使叶片的外层形成有碳纤维预浸料外表层，获得叶片胚体；
[0020]S500、将S400制得的叶片胚体放入模具的模腔内，将模具在热压成型设备中进行热压成型，以制得所述一体化碳纤维风机叶片。
[0021]在一实施例中，所述受力骨架的制备过程为：将碳纤维双向预浸料和树脂膨胀棉层叠、管卷并压合形成长条片状结构，制得由第一碳纤维预浸料片层和第一树脂膨胀棉层交替层叠而成的受力骨架。
[0022]在一实施例中，S500中，所述热压成型温度为140℃～150℃，成型压力为10MPa～12MPa，成型时间大于等于15min。
[0023]基于上述，与现有技术相比，本专利技术提供的一体化碳纤维风机叶片，具有以下优异效果：
[0024]本专利技术提供的一体化碳纤维风机叶片，相比传统金属材质叶片，其重量显著降低，重量远小于常用的金属材质，且其同时具有强度高、韧性好耐冲击的优异效果；其耐腐蚀性能大幅提升，可以适用于各类潮湿及酸碱环境使用；其内部膨胀棉材料具有吸振隔音的作用，能够降低碳纤维风机叶片运行过程中的噪音；且其制备方法操作简单，能够通过模具将碳纤维风机叶片整体一次加热固化成型，后续不再需要对叶片板材进行裁切、卷曲和焊接等处理。综上，本专利技术提供的叶片具有强度高、重量轻、耐腐蚀、韧性好耐冲击、低噪音等优异效果，且其整体可一次加热固化成型，制造过程简单快捷效率高。
[0025]本专利技术的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示
中组件绘示的方向为基准。
[0027]图1为本专利技术提供的实施例1中叶片的结构示意图一；
[0028]图2为本专利技术提供的实施例1中叶片的结构示意图二；
[0029]图3为本专利技术提供的实施例1中叶片的受力骨架的结构示意图；
[0030]图4为图2的A
‑
A剖面图；
[0031]图5为图4的B处局部放大图；
[0032]图6为本专利技术提供的实施例1中叶片的受力骨架的剖面图；
[0033]图7为本专利技术提供的实施例1中叶片的受力骨架管卷状态下的结构示意图；
[0034]图8为本专利技术提供的实施例1中模具和叶片的结构示意图；
[0035]图9为本专利技术提供的实施例1中模具的结构示意图；
[0036]图10为本专利技术提供的实施例2中叶片的受力骨架的结构示意图。
[0037]附图标记：
[0038]10叶片
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20模具
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化碳纤维风机叶片，其特征在于：包括受力骨架(100)、中间层(200)以及碳纤维预浸料外表层(300)；所述受力骨架(100)设于叶片(10)中部位置，所述中间层(200)分别附着于受力骨架(100)两面，以使受力骨架(100)被包围于中间层(200)内；且碳纤维预浸料外表层(300)包裹于中间层(200)外表面；所述受力骨架(100)呈长条片状，其内部结构为由第一碳纤维预浸料片层(110)和第一树脂膨胀棉层(120)层叠并卷绕形成的螺旋形结构，以使受力骨架(100)内部的第一碳纤维预浸料片层(110)和第一树脂膨胀棉层(120)交替层叠，且受力骨架(100)的外表层为第一碳纤维预浸料片层(110)；所述中间层(200)由若干第二碳纤维预浸料片层(210)和若干层第二树脂膨胀棉层(220)依次间隔层叠而成。2.根据权利要求1所述的一体化碳纤维风机叶片，其特征在于：所述受力骨架(100)沿所述叶片(10)的长度方向设置，以使受力骨架(100)位于所述叶片(10)的中间转动轴线位置。3.根据权利要求1所述的一体化碳纤维风机叶片，其特征在于：所述叶片(10)中部沿叶片(10)的长度和宽度方向均设置有受力骨架(100)。4.根据权利要求1所述的一体化碳纤维风机叶片，其特征在于：所述叶片(10)包括N层碳纤维预浸料外表层(300)，N大于等于1。5.根据权利要求4所述的一体化碳纤维风机叶片，其特征在于：所述碳纤维预浸料外表层(300)设有碳纤维加强筋。6.根据权利要求1所述的一体化碳纤维风机叶片，其特征在于：所述第一碳纤维预浸料片层(110)、所述第二碳纤维预浸料片层(210)以及碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建恒，杨敏，杨朝辉，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：