CN113978072A - 用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料及其制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料,包括覆材、基材,覆材与基材热淬一体成型,覆材由聚苯硫醚、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物、石墨组合而成,基材由弹簧钢组合而成。本发明还提出了用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,包括釜体,釜体的顶面中部插设有螺旋轴,位于釜体内在螺旋轴上设有若干螺旋叶,螺旋轴的底端部设有刮壁组件。本发明通过采用最优配比的材料制备形成复合材料,并对复合材料进行高温均匀搅拌制备,提高了复合材料的制备效率,也提高了复合材料的各种性能。
Description
技术领域
本发明涉及形状记忆弹性复合材料技术领域,尤其涉及用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料及其制造设备。
背景技术
叶片是通风机的关键核心部件,形状记忆复合材料是一种能够使形状固定的风机叶轮,在高速、连续旋转过程中受到瞬间外界刺激后回复到初始形状的智能材料。
目前形状记忆复合材料存在以下缺点:1、受到外界环境的影响,对复合材料有更高的性能要求,不同的材料复合而成的材料,其性能具有很大的区别,如何提高复合材料的性能是我们急需解决的问题;2、复合材料采用多种材料混合而成,需要在反应釜内进行高温混合搅拌成型,由于复合材料的特殊性,对制造设备的要求更高,现缺乏对复合材料进行均匀搅拌的反应设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料。
为了解决现有技术存在的问题,本发明采用了如下技术方案:
用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料,包括覆材、基材,所述覆材与基材热淬一体成型,所述覆材由聚苯硫醚、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物、石墨组合而成,所述基材由弹簧钢组合而成。
优选地,所述覆材的厚度为0.85~1.25mm,所述基材的厚度为3.00~3.50mm。
优选地,所述聚苯硫醚的含量为34%~74%,所述热塑性聚酰亚胺的含量为11%~31%,所述液晶聚合物的含量为11%~31%,所述石墨的含量为4%,上述组分的含量之和为100%。
本发明还提出了用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,包括釜体,所述釜体的顶面中部设有第一轴承,所述第一轴承的内部插设有螺旋轴,位于釜体内在螺旋轴上设有若干螺旋叶,所述螺旋轴的底端部设有刮壁组件;所述釜体的一侧面中下部设有第二轴承,所述第二轴承的内部插设有联动轴,位于釜体内在联动轴的里端部设有摆动杆,所述摆动杆的两端部设有一对摆动板,所述釜体的一侧面安装有驱动机构。
优选地,所述釜体内底部设有锥形内凹盘,所述锥形内凹盘的顶面开设有加热槽,所述加热槽的内部安装有螺旋状加热丝,所述锥形内凹盘的顶面设有不锈钢防粘盘,且所述螺旋状加热丝的导热端与不锈钢防粘盘的底面接触连接。
优选地,所述刮壁组件包括折板、侧杆,所述螺旋轴的底端部设有一对折板,每块所述折板的底面均设有斜向刮刀,每个所述斜向刮刀均紧贴在不锈钢防粘盘的顶面上,每块所述折板的外端部均设有侧杆,每根所述侧杆的外侧面均设有侧壁刮刀,每个所述侧壁刮刀均紧贴在釜体内侧壁底部。
优选地,位于第一轴承的右侧在釜体的顶面设有第三轴承,所述第三轴承的内部插设有搅拌轴,所述搅拌轴的底端部向下延伸至折板的上方,位于釜体内在搅拌轴上设有若干搅拌桨。
优选地,所述驱动机构包括伺服电机、驱动轴,所述釜体的一侧面上下两侧设有一对固定板,位于下方的固定板的顶面中部设有伺服电机,位于上方的固定板的顶面中部设有第四轴承,所述伺服电机的电机轴端部设有驱动轴,所述驱动轴的顶端部向上贯穿第四轴承并延伸至上方,所述驱动轴的中部套设有第一锥齿轮,所述联动轴的外端部套设有第二锥齿轮,所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合连接。
优选地,所述驱动轴的顶端部套设有第一皮带轮,所述螺旋轴的顶端部套设有第二皮带轮,所述第一皮带轮通过驱动皮带与第二皮带轮进行传动连接,位于第二皮带轮的下方在螺旋轴的顶端部套设有齿轮盘,所述搅拌轴的顶端部套设有齿轮,所述齿轮盘与齿轮啮合连接。
优选地,所述锥形内凹盘的中部设有贯穿釜体的排料管,所述排料管的底端部向下延伸至釜体的底面下方,且所述排料管的底端部安装有排料阀;位于第三轴承的右侧在釜体的顶面右侧设有加料筒,所述釜体的底面外侧均布设有若干支撑腿。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、在本发明中,形状记忆复合材料按照PPS、TPI、TLCP、石墨的最优配合制造而成,可提高其整体的导热性、热膨胀率等性能;
2、在本发明中,在螺旋叶、摆动板、搅拌桨的共同作用下,对四种原料按照最优配比进行均匀搅拌作业,避免搅拌不均匀的现象发生,提高了复合材料的制备效率;
综上所述,本发明通过采用最优配比的材料制备形成复合材料,并对复合材料进行高温均匀搅拌制备,提高了复合材料的制备效率,也提高了复合材料的各种性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明的复合材料结合强度和阻尼比试验数据图;
图2为本发明的复合材料配比与性能测试数据图;
图3为本发明的制造设备主视图;
图4为本发明的制造设备主视剖面图;
图5为本发明的制造设备俯视图;
图6为本发明的图4中A处放大图;
图中序号:釜体1、锥形内凹盘11、螺旋状加热丝12、不锈钢防粘盘13、排料管14、排料阀15、加料筒16、螺旋轴2、螺旋叶21、折板22、侧杆23、搅拌轴24、搅拌桨25、齿轮盘26、齿轮27、固定板3、伺服电机31、驱动轴32、第一皮带轮33、第二皮带轮34、驱动皮带35、第一锥齿轮36、联动轴37、第二锥齿轮38、摆动杆39、摆动板310。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例一:本实施例提供了用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料,具体的,包括覆材、基材,覆材与基材热淬一体成型,覆材由聚苯硫醚(PPS)、热塑性聚酰亚胺(TPI)、液晶聚合物(TLCP)、石墨组合而成,在导热性、热膨胀率等方面,因高分子材料与金属有较大差异存在,所以将石墨按照一定比例添加在覆材当中,能够有效减少不同材料之间的性能差异,提高金属复合材料的整体性能,基材由弹簧钢(65Mn)组合而成,弹簧钢(65Mn)具有较低的价格、较高的硬度和淬透性。
覆材的厚度为0.85~1.25mm,基材的厚度为3.00~3.50mm,覆材最优的厚度为1.05mm,基材最优的厚度为3.25mm;聚苯硫醚的含量为34%~74%,热塑性聚酰亚胺的含量为11%~31%,液晶聚合物的含量为11%~31%,石墨的含量为4%,上述组分之和为100%。
进一步的,聚苯硫醚最优的含量为64%,热塑性聚酰亚胺最优的含量为11%,液晶聚合物最优的含量为21%,石墨最优的含量为4%。
PPS、TPI、TLCP、石墨是构成覆材的主要成分,通过uniform design3.0软件进行无约束配方,考核指标包括覆材结合强度以及阻尼比,参见图1中所示的实验数据,得到结合强度值、阻尼比。
根据复合材料的摩擦系数和塑料工作层的不同配比对数据进行拟合,参见图2中所示的实验数据,得到复合材料配比与其性能测试数据。
实施例二:参见图3-6,在实施例一的基础上,本发明还提出了用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,包括釜体1,釜体1为圆形箱状,釜体1的顶面中部设有贯穿固接的第一轴承,第一轴承的内部插设有竖向贯穿的螺旋轴2,位于釜体1内在螺旋轴2上设有若干连续螺旋交错的螺旋叶21,螺旋轴2的底端部设有刮壁组件;釜体1的一侧面中下部设有贯穿固接的第二轴承,第二轴承的内部插设有横向贯穿的联动轴37,位于釜体1内在联动轴37的里端部设有垂直固接的摆动杆39,摆动杆39的两端部设有一对摆动板310,釜体1的一侧面安装有驱动机构。
在本发明中,釜体1内底部设有锥形内凹盘11,锥形内凹盘11的顶面开设有螺旋状的加热槽,加热槽的内部安装有螺旋状加热丝12,锥形内凹盘11的顶面设有不锈钢防粘盘13,且螺旋状加热丝12的导热端与不锈钢防粘盘13的底面接触连接。
在本发明中,刮壁组件包括折板22、侧杆23,螺旋轴2的底端部设有一对斜向对称固接的折板22,每块折板22的底面均设有斜向刮刀,每个斜向刮刀均紧贴在不锈钢防粘盘13的顶面上,每块折板22的外端部均设有竖向固接的侧杆23,每根侧杆23的外侧面均设有侧壁刮刀,每个侧壁刮刀均紧贴在釜体1内侧壁底部。
在本发明中,位于第一轴承的右侧在釜体1的顶面设有贯穿固接的第三轴承,第三轴承的内部插设有竖向贯穿的搅拌轴24,搅拌轴24的底端部向下延伸至折板22的上方,位于釜体1内在搅拌轴24上设有若干交错设置的搅拌桨25。
在本发明中,驱动机构包括伺服电机31、驱动轴32,釜体1的一侧面上下两侧设有一对固定板3,位于下方的固定板3的顶面中部设有伺服电机31,位于上方的固定板3的顶面中部设有贯穿固接的第四轴承,伺服电机31的电机轴端部设有同轴联接的驱动轴32,驱动轴32的顶端部向上贯穿第四轴承并延伸至上方,驱动轴32的中部套设有第一锥齿轮36,联动轴37的外端部套设有第二锥齿轮38,第一锥齿轮36与第二锥齿轮38啮合连接。
在本发明中,驱动轴32的顶端部套设有同心固接的第一皮带轮33,螺旋轴2的顶端部套设有同心固接的第二皮带轮34,第一皮带轮33通过驱动皮带35与第二皮带轮34进行传动连接,位于第二皮带轮34的下方在螺旋轴2的顶端部套设有齿轮盘26,搅拌轴24的顶端部套设有齿轮27,齿轮盘26与齿轮27啮合连接。
在本发明中,锥形内凹盘11的中部设有贯穿釜体1的排料管14,排料管14的底端部向下延伸至釜体1的底面下方,且排料管14的底端部安装有排料阀15;位于第三轴承的右侧在釜体1的顶面右侧设有贯穿固接的加料筒16,釜体1的底面外侧均布设有若干支撑腿。
实施例三:在实施例二的基础上,在具体使用上述制造设备时,包括以下步骤:
步骤一,启动螺旋状加热丝12,等待一段时间后,螺旋状加热丝12在加热的作用下,对不锈钢防粘盘13进行高温加热,使得釜体1内部温度达到指定温度,并通过螺旋状加热丝12进行持续加热作业,使得釜体1内部的温度恒定不便;
步骤二,启动伺服电机31,伺服电机31的电机轴带动驱动轴32、第一锥齿轮36及第一皮带轮33同步转动,第一锥齿轮36通过啮合带动第二锥齿轮38及联动轴37进行转动,并带动摆动杆39及摆动板310在釜体1内一侧进行翻转,第一皮带轮33通过驱动皮带35带动第二皮带轮34及螺旋轴2进行转动;
步骤三,当螺旋轴2转动时,带动齿轮盘26、螺旋叶21及折板22进行同步转动,齿轮盘26通过啮合带动齿轮27、搅拌轴24及搅拌桨25进行反向转动,折板22带动侧杆23进行转动,进而带动斜向刮刀沿着不锈钢防粘盘13转动、侧壁刮刀沿着釜体1内侧壁底部转动;
步骤四,依次把聚苯硫醚、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物、石墨按照最优含量配比64%、11%、21%、4%的比例,通过加料筒16倒入釜体1内,由于此时釜体1内处于高温的状态,对混合原料进行高温加热作业;
步骤五,在螺旋叶21、摆动板310、搅拌桨25的共同作用下,对混合原料进行均匀搅拌作业,同时在斜向刮刀与侧壁刮刀的共同作用,对釜体1内底部的原料进行刮壁,防止混合原料吸附在釜体1内底壁上,造成其混合不均匀的现象发生;
步骤六,当四种原料混合均匀后,打开排料阀15,混合后的材料经由排料管14排出,并依次停止伺服电机31、螺旋状加热丝12作业。
本发明通过采用最优配比的材料制备形成复合材料,并对复合材料进行高温均匀搅拌制备,提高了复合材料的制备效率,也提高了复合材料的各种性能。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料,包括覆材、基材,其特征在于:所述覆材与基材热淬一体成型,所述覆材由聚苯硫醚、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物、石墨组合而成,所述基材由弹簧钢组合而成。
2.根据权利要求1所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料,其特征在于:所述覆材的厚度为0.85~1.25mm,所述基材的厚度为3.00~3.50mm。
3.根据权利要求2所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料,其特征在于:所述聚苯硫醚的含量为34%~74%,所述热塑性聚酰亚胺的含量为11%~31%,所述液晶聚合物的含量为11%~31%,所述石墨的含量为4%,上述组分的含量之和为100%。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,其特征在于,包括釜体(1),所述釜体(1)的顶面中部设有第一轴承,所述第一轴承的内部插设有螺旋轴(2),位于釜体(1)内在螺旋轴(2)上设有若干螺旋叶(21),所述螺旋轴(2)的底端部设有刮壁组件;所述釜体(1)的一侧面中下部设有第二轴承,所述第二轴承的内部插设有联动轴(37),位于釜体(1)内在联动轴(37)的里端部设有摆动杆(39),所述摆动杆(39)的两端部设有一对摆动板(310),所述釜体(1)的一侧面安装有驱动机构。
5.根据权利要求4所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,其特征在于:所述釜体(1)内底部设有锥形内凹盘(11),所述锥形内凹盘(11)的顶面开设有加热槽,所述加热槽的内部安装有螺旋状加热丝(12),所述锥形内凹盘(11)的顶面设有不锈钢防粘盘(13),且所述螺旋状加热丝(12)的导热端与不锈钢防粘盘(13)的底面接触连接。
6.根据权利要求5所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,其特征在于:所述刮壁组件包括折板(22)、侧杆(23),所述螺旋轴(2)的底端部设有一对折板(22),每块所述折板(22)的底面均设有斜向刮刀,每个所述斜向刮刀均紧贴在不锈钢防粘盘(13)的顶面上,每块所述折板(22)的外端部均设有侧杆(23),每根所述侧杆(23)的外侧面均设有侧壁刮刀,每个所述侧壁刮刀均紧贴在釜体(1)内侧壁底部。
7.根据权利要求6所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,其特征在于:位于第一轴承的右侧在釜体(1)的顶面设有第三轴承,所述第三轴承的内部插设有搅拌轴(24),所述搅拌轴(24)的底端部向下延伸至折板(22)的上方,位于釜体(1)内在搅拌轴(24)上设有若干搅拌桨(25)。
8.根据权利要求7所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,其特征在于:所述驱动机构包括伺服电机(31)、驱动轴(32),所述釜体(1)的一侧面上下两侧设有一对固定板(3),位于下方的固定板(3)的顶面中部设有伺服电机(31),位于上方的固定板(3)的顶面中部设有第四轴承,所述伺服电机(31)的电机轴端部设有驱动轴(32),所述驱动轴(32)的顶端部向上贯穿第四轴承并延伸至上方,所述驱动轴(32)的中部套设有第一锥齿轮(36),所述联动轴(37)的外端部套设有第二锥齿轮(38),所述第一锥齿轮(36)与第二锥齿轮(38)啮合连接。
9.根据权利要求8所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,其特征在于:所述驱动轴(32)的顶端部套设有第一皮带轮(33),所述螺旋轴(2)的顶端部套设有第二皮带轮(34),所述第一皮带轮(33)通过驱动皮带(35)与第二皮带轮(34)进行传动连接,位于第二皮带轮(34)的下方在螺旋轴(2)的顶端部套设有齿轮盘(26),所述搅拌轴(24)的顶端部套设有齿轮(27),所述齿轮盘(26)与齿轮(27)啮合连接。
10.根据权利要求9所述的用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料的制造设备,其特征在于:所述锥形内凹盘(11)的中部设有贯穿釜体(1)的排料管(14),所述排料管(14)的底端部向下延伸至釜体(1)的底面下方,且所述排料管(14)的底端部安装有排料阀(15);位于第三轴承的右侧在釜体(1)的顶面右侧设有加料筒(16),所述釜体(1)的底面外侧均布设有若干支撑腿。
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