CN113978072B - 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

用于风机叶轮的形状记忆弹性复合材料及其制造设备
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 (7)

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；
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%。
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1-2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；
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；
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。
4.根据权利要求3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）。
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。
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。
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：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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