CN109732942A - 一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，由重量百分比在15%‑30%的轻木作为杆芯，然后在该杆芯的表面均匀且紧密的缠绕重量百分比为30%的碳纤维布，然后混入PA6材料并通过高压树脂传递模塑成（RTM）制得，本发明的有益效果为：本发明实施例以轻木为基体，具有质量轻易且吸附其他材料的优点，碳纤维作为基础增强材料,PA6材料作为填充分散材料三者之间形成具有一定结合强度的界面，将树脂基体所承受的载荷通过界面传递给增强纤维，以充分发挥其增强作用从而提高复合材料的整体强度，通过本发明制作的螺旋桨采用一次性模压成型的整体式结构成型，具有强度高、比重轻、价格低、使用寿命长等优点。

Description

一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法

技术领域

本发明涉及无人航行器零部件领域，具体涉及一种复合材料制作无人机螺旋桨的方法。

背景技术

无人驾驶飞机简称无人机（UAV），是一种处在迅速发展中的新概念武器装备，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。目前，无人机的使用范围已经扩宽到军事、科研、民用三大领域，具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等领域应用甚广。

由于无人机的特性，要求制作无人机的材料具有强度高和质轻等特点，因此较多的无人机采用碳纤维材料。碳纤维增强复合材料是目前最先进的高性能复合材料之一，具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点。

环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来，随着人们对EP/CF复合材料认识的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用量不断上升。20世纪70年代以前，EP/CF复合材料被视为昂贵的材料，价格约为玻璃纤维(GF)增强复合材料的10倍，只用于军工、宇航等尖端技术行业。20世纪80年代以后，CF工业和EP工业迅速发展，EP/CF复合技术不断进步，加入到EP中的CF比例不断上升，目前CF的体积分数已可达60％以上，使EP/CF复合材料的质量提高而价格下降，拓宽了其应用领域，进一步促进了EP/CF复合材料的发展。

EP/CF复合材料的特性主要取决于CF、EP及EP与CF之间的粘结特性。EP/CF复合材料具有优异的性能，与钢相比，EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8～7.2倍，比模量为钢的3.1～4.2倍，疲劳强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍，而且高温性能好，工作温度达400℃时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。

环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料具有比强度、比模量高，密度小，结构尺寸稳定，耐热、耐低温及材料性能可设计等优点，其既可以作为结构材料承载又可以作为功能材料发挥作用，已经成为航空航天领域的首选材料。在航空领域，CF复合材料应用于无人机、直升机主结构、次结构件和特殊部位的特种功能部件。国外将EP/CF复合材料应用在战斗机和直升机的机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。

然而，如果全部用环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料制作无人机材料，也会存在一定的问题，第一是复合材料的价格比较高，其次是复合材料的比重会比较重。

现有技术利用采用碳纤维增强树脂复合材料与泡沫芯材制备成泡沫夹芯结构的复合材料，虽然力学及安全性能均达到要求，但是由于泡沫夹芯结构的碳纤维增强树脂复合材料中组分组成复杂，在制备过程中，由于各组分相互之间相容性不一致，表面张力梯度较大，使得产品表面由于应力不同而引起凸起、凹陷、流纹或细孔等缺陷。

经过研究和多次的实验发现，在制作螺旋桨的过程中，如果通过采用较轻的木质材料作夹心层，再用碳纤维布进行包覆，然后加入热塑性树脂PA66，经过烘干模压固化等工序，能够得到重量轻强度高价格低的小型无人机用螺旋桨。经过多次的材料成分实验得到的这种螺旋桨，具有较好的实用性和较高的经济推广的价值，值得在业内进行大力推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，

提供一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，由重量百分比在15%-30%的轻木作为杆芯，然后在该杆芯的表面均匀且紧密的缠绕重量百分比为30%的碳纤维布，然后混入PA6材料并通过高压树脂传递模塑成（RTM）制得。

上述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法可进一步设置为：所述PA6材料包括PA6树脂和添加剂组成的共混体系，所述的添加剂包括有增强改性剂、马来酸酐接枝改性剂和复合抗氧剂组成，所述的马来酸酐接枝改性剂为马来酸酐接枝ABS，所述的增强改性剂为无碱长玻璃纤维，所述的复合抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比为1：3混合而成。

上述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法可进一步设置为：各PA6材料组分为PA6树脂100份、增强改性剂20份-30份、马来酸酐接枝改性剂10-30份、复合抗氧剂0.05份。

上述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法可进一步设置为：所述的PA6树脂为低粘度或中粘度PA6树脂

上述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法可进一步设置为：所述的碳纤维布优选1K碳纤维布。

上述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法可进一步设置为：所述的轻木比重为0.1~0.3g/cm3。

上述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于，包括以下制作步骤：

步骤1：清洗RTM模具，将脱模剂均匀涂覆在清洗完毕的RTM模具表面，将作为芯杆的轻木对照螺旋桨的形状及尺寸，加工成型或作为螺旋桨的预支撑材料，并将裁好的轻木放入模具中，用碳纤维布紧密包覆于轻木的表面；

步骤2：将RTM模具合模并固定，然后将PA6材料注入上述RTM模具中固化并脱模，即得到最终制品；

步骤3：在上述步骤2中注入PA6材料的固化温度为50-80℃，固化时间为20-24小时。

本发明的有益效果为：本发明实施例以轻木为基体，具有质量轻易且吸附其他材料的优点，碳纤维作为基础增强材料，PA6材料作为填充分散材料三者之间形成具有一定结合强度的界面，将树脂基体所承受的载荷通过界面传递给增强纤维，以充分发挥其增强作用从而提高复合材料的整体强度，通过本发明制作的螺旋桨采用一次性模压成型的整体式结构成型，具有强度高、比重轻、价格低、使用寿命长等优点。

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于，包括以下制作步骤：

步骤1：清洗RTM模具，将脱模剂均匀涂覆在清洗完毕的RTM模具表面，将作为芯杆的轻木对照螺旋桨的形状及尺寸，加工成型或作为螺旋桨的预支撑材料，并将裁好的比重0.2g/cm3的轻木放入模具中，用型号K1碳纤维布进行包覆；

步骤2：将RTM模具合模并固定，然后将PA6树脂100份、增强改性剂20份-30份、马来酸酐接枝改性剂10-30份、复合抗氧剂0.05份注入上述RTM模具中固化并脱模，即得到最终螺旋桨制品，固化温度为50-80℃，固化时间为20-24小时。

Claims (7)

1.一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，由重量百分比在15%-30%的轻木作为杆芯，然后在该杆芯的表面均匀且紧密的缠绕重量百分比为30%的碳纤维布，然后混入PA6材料并通过高压树脂传递模塑成（RTM）制得。

2.根据权利要求1所述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于：所述PA6材料包括PA6树脂和添加剂组成的共混体系，所述的添加剂包括有增强改性剂、马来酸酐接枝改性剂和复合抗氧剂组成，所述的马来酸酐接枝改性剂为马来酸酐接枝ABS，所述的增强改性剂为无碱长玻璃纤维，所述的复合抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168以重量比为1：3混合而成。

3.根据权利要求2所述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于：各PA6材料组分为PA6树脂100份、增强改性剂20份-30份、马来酸酐接枝改性剂10-30份、复合抗氧剂0.05份。

4.根据权利要求3所述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于：所述的PA6树脂为低粘度或中粘度PA6树脂。

5.根据权利要求1所述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于：所述的碳纤维布优选1K碳纤维布。

6.根据权利要求1所述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于：所述的轻木比重为0.1~0.3g/cm3。

7.根据权利要求1所述的一种使用复合材料制作无人机螺旋桨的方法，其特征在于，包括以下制作步骤：

步骤1：清洗RTM模具，将脱模剂均匀涂覆在清洗完毕的RTM模具表面，将作为芯杆的轻木对照螺旋桨的形状及尺寸，加工成型或作为螺旋桨的预支撑材料，并将裁好的轻木放入模具中，用碳纤维布紧密包覆于轻木的表面；

步骤2：将RTM模具合模并固定，然后将PA6材料注入上述RTM模具中固化并脱模，即得到最终制品；

步骤3：在上述步骤2中注入PA6材料的固化温度为50-80℃，固化时间为20-24小时。