CN108189991A - 一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法 - Google Patents

一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法 Download PDF

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宋佩学
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Abstract

本发明的一种纤维复合材料的船用螺旋桨，采用玻璃纤维和碳纤维两种纤维材料复合成型，玻璃纤维复合材料的阻尼性能要比碳纤维复合材料好得多，因此将玻璃纤维布铺设在碳纤维布的外部，不仅阻尼性能好，还具有碳纤维复合材料的重量轻、耐腐蚀性好、水动力性能优越等优点；在制造过程中，为了能避免产生耦合刚性，通过改变纤维铺层的角度，可以有效增加复合纤维船用螺旋桨的强度性能，从而避免产生形变；本发明的纤维复合材料船用螺旋桨的设计合理、结构简单，还具有制造方法简单、成本降低、实用性强的优点。

Description

一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法
技术领域
本发明属于船舶推进器技术领域，具体是涉及种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法。
背景技术
螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种船用推进器。
船用螺旋桨是船舶的核心部件，它是船用推进器中效率比较高的，应用最广的一种，主要功用是使船舶前进和后退，有时也协助船舶回转。船舶的性能取决于该船的船型、主发送机和螺旋桨三大因素。
船用螺旋桨长期以来一直以金属材料为主，较少考虑材质对螺旋桨性能的影响。金属材料具有硬度大、变形小、屈服强度高等特征，是被长期认可的原因。但同时也存在较多不利因素，如阻尼性能较差，水噪声大；重量大，容易引起传动轴的振动；易出现空泡腐蚀和诱发疲劳裂纹等等。与传统的金属螺旋桨相比，复合材料螺旋桨特别是碳纤维复合材料螺旋桨，比强度高、比模量大、抗疲劳、低振动、低噪音、轻质高效、耐海水腐蚀、易维修、寿命长等优点，这些都给纤维增强复合材料螺旋桨在今后的使用带来了巨大的潜力，特别国防、军事应用领域显得尤为突出，大大的提高了船舰的“隐身”性能，被许多国家列为重点发展的国防技术。
但是国内得复合材料螺旋桨尤其是纤维符合材料的船用螺旋桨的制作还存在技术上的不足，有待进一步的完善。
发明内容
本发明的目的是提供一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法，提供一种设计合理且制造系统完善的制造方法。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种纤维复合材料的船用螺旋桨，其特征在于，包括螺旋桨叶片主体，所述螺旋桨叶片主体由上到下分别为上层玻璃纤维布、第一单向玻璃纤维布、第二单向玻璃纤维布、上层3k碳纤维布、 第一单向碳纤维布、第二单向碳纤维布、上层12k碳纤维布、下层12k碳纤维布、第三单向碳纤维布、第四单向碳纤维布、下层3k碳纤维布、第三单向玻璃纤维布、第四单向玻璃纤维布和下层玻璃纤维布；
所述上层玻璃纤维布和所述下层玻璃纤维布为玻璃纤维丝经纬交错的双向玻璃纤维布，所述第一单向玻璃纤维布和所述第四单向玻璃纤维布为玻璃纤维丝的方向为水平方向的单向玻璃纤维布，所述第二单向玻璃纤维布和所述第三单向玻璃纤维布为玻璃纤维丝的方向为竖直方向的单向玻璃纤维布；所述第一单向碳纤维布、所述第二单向碳纤维布、所述第三单向碳纤维和所述第四单向碳纤维布均为碳纤维丝的方向为与水平方向和竖直方向均呈45度角的单向碳纤维布，其中，所述第一单向碳纤维布与所述第四单向碳纤维布的碳纤维丝方向相同，所述第二单向碳纤维布与所述第三单向碳纤维布的碳纤维丝的方向相同，且所述第一单向碳纤维布和所述第四单向碳纤维布分别与所述第二单向碳纤维布和所述第三单向碳纤维布的碳纤维丝的方向垂直；
上述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨法的制造方法，包括以下步骤：
（1）将所述上层玻璃纤维布、所述第一单向玻璃纤维布、所述第二单向玻璃纤维布、所述上层3k碳纤维布、 所述第一单向碳纤维布、所述第二单向碳纤维布、所述上层12k碳纤维布、所述下层12k碳纤维布、所述第三单向碳纤维布、所述第四单向碳纤维布、所述下层3k碳纤维布、所述第三单向玻璃纤维布、所述第四单向玻璃纤维布和所述下层玻璃纤维布按尺寸裁剪并浸渍树脂胶；
（2）依次将所述上层3k碳纤维布、所述第一单向碳纤维布、所述第二单向碳纤维布、所述上层12k碳纤维布、所述下层12k碳纤维布、所述第三单向碳纤维布、所述第四单向碳纤维布和所述下层3k碳纤维布按顺序铺设到模型内，同时加热到130℃-150℃并保持60-80分钟，冷却至常温后取出并进行修剪毛边；
（3）依次将所述上层玻璃纤维布、所述第一单向玻璃纤维布、所述第二单向玻璃纤维布、所述第三单向玻璃纤维布、所述第四单向玻璃纤维布和所述下层玻璃纤维布按顺序包覆在上一步骤的碳纤维半成品上，并铺设到模型内，加热到130℃-150℃并保持30-50分钟，冷却至常温后取出并进行切边、打磨即可制得成品；
上述的制备方法中，所述树脂胶为环氧树脂胶，其组成为：以环氧树脂为100％计，593固化剂为环氧树脂的5％、二丁酯为环氧树脂的5％。
本发明具有以下突出效果：
本发明的一种纤维复合材料的船用螺旋桨，采用玻璃纤维和碳纤维两种纤维材料复合成型，玻璃纤维复合材料的阻尼性能要比碳纤维复合材料好得多，因此将玻璃纤维布铺设在碳纤维布的外部，不仅阻尼性能好，还具有碳纤维复合材料的重量轻、耐腐蚀性好、水动力性能优越等优点；在制造过程中，为了能避免产生耦合刚性，通过改变纤维铺层的角度，可以有效增加复合纤维船用螺旋桨的强度性能，从而避免产生形变；本发明的纤维复合材料船用螺旋桨的设计合理、结构简单，还具有制造方法简单、成本降低、实用性强的优点。
附图说明
图1本发明结构示意图。
图2本发明的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，以便对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的了解，需要说明的是，对这些实施方式的说明是示意性的，并不构成对本发明的具体限定。
由图1和图2所示，一种纤维复合材料的船用螺旋桨，其特征在于，包括螺旋桨叶片主体100，所述螺旋桨叶片主体由上到下分别为上层玻璃纤维布1、第一单向玻璃纤维布2、第二单向玻璃纤维布3、上层3k碳纤维布4、 第一单向碳纤维布5、第二单向碳纤维布6、上层12k碳纤维布7、下层12k碳纤维布8、第三单向碳纤维布9、第四单向碳纤维布10、下层3k碳纤维布11、第三单向玻璃纤维布12、第四单向玻璃纤维布13和下层玻璃纤维布14；
所述上层玻璃纤维布1和所述下层玻璃纤维布14为玻璃纤维丝经纬交错的双向玻璃纤维布，所述第一单向玻璃纤维布2和所述第四单向玻璃纤维布13为玻璃纤维丝的方向为水平方向的单向玻璃纤维布，所述第二单向玻璃纤维布3和所述第三单向玻璃纤维布12为玻璃纤维丝的方向为竖直方向的单向玻璃纤维布；所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述第三单向碳纤维9和所述第四单向碳纤维布10均为碳纤维丝的方向为与水平方向和竖直方向均呈45度角的单向碳纤维布，其中，所述第一单向碳纤维布5与所述第四单向碳纤维布10的碳纤维丝方向相同，所述第二单向碳纤维布6与所述第三单向碳纤维布9的碳纤维丝的方向相同，且所述第一单向碳纤维布5和所述第四单向碳纤维布10分别与所述第二单向碳纤维布6和所述第三单向碳纤维布9的碳纤维丝的方向垂直。
下面所述的制造方法中采用的树脂胶均为环氧树脂胶，其组成为：以环氧树脂为100％计，593固化剂为环氧树脂的5％、二丁酯为环氧树脂的5％。
实施例1
上述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨法的制造方法，包括以下步骤：
（1）将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述上层3k碳纤维布4、 所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10、所述下层3k碳纤维布11、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按尺寸裁剪并浸渍树脂胶；
（2）依次将所述上层3k碳纤维布4、所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10和所述下层3k碳纤维布11按顺序铺设到模型内，同时加热到130℃并保持80分钟，冷却至常温后取出并进行修剪毛边；
（3）依次将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按顺序包覆在上一步骤的碳纤维半成品上，并铺设到模型内，加热到130℃并保持50分钟，冷却至常温后取出并进行切边、打磨即可制得成品。
实施例2
上述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨法的制造方法，包括以下步骤：
（1）将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述上层3k碳纤维布4、 所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10、所述下层3k碳纤维布11、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按尺寸裁剪并浸渍树脂胶；
（2）依次将所述上层3k碳纤维布4、所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10和所述下层3k碳纤维布11按顺序铺设到模型内，同时加热到140℃并保持70分钟，冷却至常温后取出并进行修剪毛边；
（3）依次将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按顺序包覆在上一步骤的碳纤维半成品上，并铺设到模型内，加热到140℃并保持40分钟，冷却至常温后取出并进行切边、打磨即可制得成品。
实施例3
上述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨法的制造方法，包括以下步骤：
（1）将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述上层3k碳纤维布4、 所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10、所述下层3k碳纤维布11、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按尺寸裁剪并浸渍树脂胶；
（2）依次将所述上层3k碳纤维布4、所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10和所述下层3k碳纤维布11按顺序铺设到模型内，同时加热到150℃并保持60分钟，冷却至常温后取出并进行修剪毛边；
（3）依次将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按顺序包覆在上一步骤的碳纤维半成品上，并铺设到模型内，加热到150℃并保持30分钟，冷却至常温后取出并进行切边、打磨即可制得成品。
实施例4
上述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨法的制造方法，包括以下步骤：
（1）将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述上层3k碳纤维布4、 所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10、所述下层3k碳纤维布11、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按尺寸裁剪并浸渍树脂胶；
（2）依次将所述上层3k碳纤维布4、所述第一单向碳纤维布5、所述第二单向碳纤维布6、所述上层12k碳纤维布7、所述下层12k碳纤维布8、所述第三单向碳纤维布9、所述第四单向碳纤维布10和所述下层3k碳纤维布11按顺序铺设到模型内，同时加热到150℃并保持70分钟，冷却至常温后取出并进行修剪毛边；
（3）依次将所述上层玻璃纤维布1、所述第一单向玻璃纤维布2、所述第二单向玻璃纤维布3、所述第三单向玻璃纤维布12、所述第四单向玻璃纤维布13和所述下层玻璃纤维布14按顺序包覆在上一步骤的碳纤维半成品上，并铺设到模型内，加热到150℃并保持40分钟，冷却至常温后取出并进行切边、打磨即可制得成品。
本发明具有以下突出效果：
本发明的一种纤维复合材料的船用螺旋桨，采用玻璃纤维和碳纤维两种纤维材料复合成型，玻璃纤维复合材料的阻尼性能要比碳纤维复合材料好得多，因此将玻璃纤维布铺设在碳纤维布的外部，不仅阻尼性能好，还具有碳纤维复合材料的重量轻、耐腐蚀性好、水动力性能优越等优点；在制造过程中，为了能避免产生耦合刚性，通过改变纤维铺层的角度，可以有效增加复合纤维船用螺旋桨的强度性能，从而避免产生形变；本发明的纤维复合材料船用螺旋桨的设计合理、结构简单，还具有制造方法简单、成本降低、实用性强的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1. 一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法，其特征在于，包括螺旋桨叶片主体，所述螺旋桨叶片主体由上到下分别为上层玻璃纤维布、第一单向玻璃纤维布、第二单向玻璃纤维布、上层3k碳纤维布、 第一单向碳纤维布、第二单向碳纤维布、上层12k碳纤维布、下层12k碳纤维布、第三单向碳纤维布、第四单向碳纤维布、下层3k碳纤维布、第三单向玻璃纤维布、第四单向玻璃纤维布和下层玻璃纤维布；
其制造方法包括以下步骤：
（1）将所述上层玻璃纤维布、所述第一单向玻璃纤维布、所述第二单向玻璃纤维布、所述上层3k碳纤维布、 所述第一单向碳纤维布、所述第二单向碳纤维布、所述上层12k碳纤维布、所述下层12k碳纤维布、所述第三单向碳纤维布、所述第四单向碳纤维布、所述下层3k碳纤维布、所述第三单向玻璃纤维布、所述第四单向玻璃纤维布和所述下层玻璃纤维布按尺寸裁剪并浸渍树脂胶；
（2）依次将所述上层3k碳纤维布、所述第一单向碳纤维布、所述第二单向碳纤维布、所述上层12k碳纤维布、所述下层12k碳纤维布、所述第三单向碳纤维布、所述第四单向碳纤维布和所述下层3k碳纤维布按顺序铺设到模型内，同时加热到130℃-150℃并保持60-80分钟，冷却至常温后取出并进行修剪毛边；
（3）依次将所述上层玻璃纤维布、所述第一单向玻璃纤维布、所述第二单向玻璃纤维布、所述第三单向玻璃纤维布、所述第四单向玻璃纤维布和所述下层玻璃纤维布按顺序包覆在上一步骤的碳纤维半成品上，并铺设到模型内，加热到130℃-150℃并保持30-50分钟，冷却至常温后取出并进行切边、打磨即可制得成品。
根据权利要求1所述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法，其特征在于，所述上层玻璃纤维布和所述下层玻璃纤维布为玻璃纤维丝经纬交错的双向玻璃纤维布，所述第一单向玻璃纤维布和所述第四单向玻璃纤维布为玻璃纤维丝的方向为水平方向的单向玻璃纤维布，所述第二单向玻璃纤维布和所述第三单向玻璃纤维布为玻璃纤维丝的方向为竖直方向的单向玻璃纤维布；所述第一单向碳纤维布、所述第二单向碳纤维布、所述第三单向碳纤维和所述第四单向碳纤维布均为碳纤维丝的方向为与水平方向和竖直方向均呈45度角的单向碳纤维布。
根据权利要求1所述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法，其特征在于，所述第一单向碳纤维布与所述第四单向碳纤维布的碳纤维丝方向相同，所述第二单向碳纤维布与所述第三单向碳纤维布的碳纤维丝的方向相同，且所述第一单向碳纤维布和所述第四单向碳纤维布分别与所述第二单向碳纤维布和所述第三单向碳纤维布的碳纤维丝的方向垂直。
根据权利要求1所述的一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法，其特征在于，所述树脂胶为环氧树脂胶，其组成为：以环氧树脂为100％计，593固化剂为环氧树脂的5％、二丁酯为环氧树脂的5％。
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