CN114211830A - 一种大型复合材料推力筒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型复合材料推力筒及其制备方法，该推力筒包括压力面内壁、吸力面外壁与剪切腹板；吸力面外壁间隔套设在压力面内壁外，剪切腹板固接于压力面内壁与吸力面外壁之间；压力面内壁、吸力面外壁均为蒙皮包覆芯材的夹芯型结构件，其中，蒙皮为碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，芯材上均匀的设置有若干通孔，且各通孔内均具有填充体。本发明应用于复合材料筒体成型领域，在结构上，采用具有若干通孔的芯材作为夹芯层，并在通孔内均设置填充体，在控制推力筒重量的同时有效地提升了其承载能力；在制备过程中，通过对压力面内壁进行一次性成型，不仅大大减少了工艺复杂度，还有效的提升了压力面内壁的型面精度。

Description

一种大型复合材料推力筒及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料筒体成型技术领域，具体是一种大型复合材料推力筒及其制备方法。
背景技术
在较多机械设备用，都会用到筒体结构的部件，例如气垫船上的导管筒体、风力设备上的风筒、飞机发动机导流罩等。对于金属材料的筒体，可以采用压铸焊接成型的方式；对于硬度较高的高分子材料的筒体，可以采用热塑成型的方法。但是对于复合材料的筒体，特别是大尺寸筒体，成型基本都采用真空灌注的方法。筒体通常包括内壁、外壁以及中间的加强结构，现有技术中对于复合材料的大尺寸筒体，其成型方法为对内壁、外壁分别进行分瓣真空灌注，最终将分瓣内壁、分瓣外壁以及加强结构进行组装连接，采用该方法不仅使得制备工艺更加复杂，同时由于内壁为筒体的主要受力面，当采用分瓣组装的形式制备内壁时，内壁结构可能的变形会导致内壁圆周的精度降低影响使用，还会造成筒体内壁承载性能较差的问题。另外，目前常规的大型复合材料筒体内外壁大多都采用蒙皮包覆泡沫芯材的夹芯型结构件，虽然直接采用泡沫芯材作为夹芯层可以有效地降低最终制品的重量，但是同时也带来了强度与刚度不够的问题。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种大型复合材料推力筒及其制备方法，其对推力筒的压力面内壁进行一次性成型，并对其夹芯层进行了改进，不仅大大减少了工艺复杂度，还有效的提升了内壁型面精度和承载能力。
为实现上述目的，本发明提供一种大型复合材料推力筒，包括压力面内壁、吸力面外壁与剪切腹板，所述压力面内壁与所述吸力面外壁均为筒状结构；
所述吸力面外壁间隔套设在所述压力面内壁外，且所述压力面内壁与所述吸力面外壁的两组对应端相连，所述剪切腹板的数量为多个且沿周向固接于所述压力面内壁与所述吸力面外壁之间；
所述压力面内壁、所述吸力面外壁均为蒙皮包覆芯材的夹芯型结构件，其中，所述蒙皮为碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，所述芯材上均匀的设置有若干通孔，且各所述通孔内均具有填充体。
在另一个实施例中，所述蒙皮中的碳纤维与玻璃纤维之间的混杂方式为层间混杂或夹芯混杂，且所述蒙皮在所述层间混杂时或所述夹芯混杂时的内、外表面层均为玻璃纤维。
在另一个实施例中，所述蒙皮中的碳纤维与玻璃纤维之间的混杂比例为1:1～3:1。
在另一个实施例中，所述芯材的材质为高分子塑料。
在另一个实施例中，所述通孔为圆孔，其直径为30～50mm。
在另一个实施例中，所述填充体为在对应所述通孔原位发泡的PVC泡沫或PU泡沫。
在另一个实施例中，所述剪切腹板为碳纤维层合板或玻璃纤维层合板，或所述剪切腹板为碳纤维、玻璃纤维泡沫夹芯结构复合材料构件。
为实现上述目的，本发明还提供一种大型复合材料推力筒的制备方法，适用于上述大型复合材料推力筒，所述制备方法具体包括如下步骤：
采用真空袋压工艺对压力面内壁与吸力面外壁进行整体成型；
采用真空袋压工艺或真空导入模塑工艺制备剪切腹板；
采用结构胶将剪切腹板、压力面内壁与吸力面外壁粘接为一个整体推力筒体。
在另一个实施例中，对压力面内壁与吸力面外壁的成型过程具体为：
在外壁成型模具上，采用真空袋压工艺制备外蒙皮；
在外蒙皮上铺放具有若干通孔的芯材，并在各通孔内原位发泡泡沫将通孔填充满，得到原位泡沫填充类蜂窝结构，并在泡沫硬化后修整平齐；
在原位泡沫填充类蜂窝结构上铺层，采用真空袋压工艺成型内蒙皮，即得到压力面内壁或吸力面外壁。
本发明提供的一种大型复合材料推力筒及其制备方法，在推力筒的结构上，采用具有若干通孔的芯材作为夹芯层，并在通孔内均设置填充体，在控制推力筒重量的同时有效地提升了其承载能力；在制备过程中，通过对压力面内壁进行一次性成型，不仅大大减少了工艺复杂度，还有效的提升了压力面内壁的型面精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中推力筒的轴测图；
图2为本发明实施例中推力筒的剖视图；
图3为本发明实施例中压力面内壁或吸力面外壁的局部截面剖视图；
图4为本发明实施例中碳纤维与玻璃纤维层间混杂的示意图；
图5为本发明实施例中碳纤维与玻璃纤维夹芯混杂的示意图。
附图标号：压力面内壁1、吸力面外壁2、剪切腹板3、环形曲面4、芯材5、填充体6、蒙皮7、碳纤维701、玻璃纤维702。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
如图1-3所示为本实施例公开的一种大型复合材料推力筒，该推力筒的高度为3～5m，半径为3～5m。该推力筒具体包括压力面内壁1、吸力面外壁2与剪切腹板3，压力面内壁1与吸力面外壁2均为筒状结构。吸力面外壁2间隔套设在压力面内壁1外，且压力面内壁1与吸力面外壁2的两组对应端相连，剪切腹板3的数量为多个且沿周向固接于压力面内壁1与吸力面外壁2之间。具体地，压力面内壁1与吸力面外壁2一组对应端直接相连，另一端则通过环形曲面4平滑过渡相连，环形曲面4既可以与压力面内壁1一体成型；也可以与吸力面外壁2一体成型；也可以将环形曲面4等分为两部分，其中一部分与压力面内壁1一体成型，另一部分与吸力面外壁2一体成型。即推力筒整体为一端大、一端小的结构，剪切腹板3则为固定在压力面内壁1与吸力面外壁2之间的三角板或梯形板，即图2所示。
本实施例中，压力面内壁1、吸力面外壁2均为蒙皮7包覆芯材5的夹芯型结构件，其中，蒙皮7为碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，通过将采用碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料可以有效地增加压力面内壁1、吸力面外壁2的表面强度。芯材5上均匀的设置有若干通孔，即芯材5为蜂窝框架结构，且各通孔内均具有填充体6。具体地，通孔为圆孔，其直径为30～50mm。芯材5的材质为高分子塑料，例如采用PE塑料或PVC塑料作为芯材5的材质。填充体6为在对应通孔原位发泡的PVC泡沫或PU泡沫。即通过高分子塑料与泡沫材料的结合共同组成压力面内壁1与吸力面外壁2的夹芯层，既能将压力面内壁1与吸力面外壁2的重量控制在一定范围内，又能提升压力面内壁1与吸力面外壁2的强度与刚度，进而有效的提升推力筒的承载能力。
本实施例中，蒙皮7中的碳纤维701与玻璃纤维702之间的混杂比例为1:1～3:1。蒙皮7中的碳纤维701与玻璃纤维702之间的混杂方式为层间混杂或夹芯混杂，且蒙皮7在层间混杂时或夹芯混杂时的内、外表面层均为玻璃纤维702。其中，层间混层即表示蒙皮7中的碳纤维701与玻璃纤维702均匀的间错分布，即图4所示；夹芯混杂即表示多层碳纤维701位于蒙皮7的中间位置，多层玻璃纤维702覆盖在碳纤维701的两面上，即图5所示。
本实施例中，剪切腹板3为碳纤维层合板或玻璃纤维层合板。或剪切腹板3为碳纤维、玻璃纤维泡沫夹芯结构复合材料构件。
实施例2
基于实施例1中的大型复合材料推力筒，本实施例还公开了一种该大型复合材料推力筒的制备方法，该方法通过对通过对压力面内壁进行一次性成型，不仅大大减少了工艺复杂度，还有效的提升了压力面内壁的型面精度。该制备方法具体包括如下步骤：
首先，采用真空袋压工艺对分别压力面内壁与吸力面外壁进行整体成型，并采用真空袋压工艺或真空导入模塑工艺制备剪切腹板；
采用结构胶将剪切腹板、压力面内壁与吸力面外壁粘接为一个整体推力筒体，该粘接过程具体为：
首先根据设计需要将各剪切腹板通过结构胶依次粘接在压力面内壁的外壁上，再将吸力面外壁均匀切割成多块外壁分瓣，最后通过结构胶将各外壁分瓣粘接固定，即得到最终的推力筒制品。
在具体实施过程中，将压力面内壁与吸力面外壁环形曲面等分为两部分，其中一部分与压力面内壁一体成型，另一部分与吸力面外壁一体成型。
压力面内壁的成型过程为：
制备内壁成型阴模，该内壁成型阴模上具有内壁成型面以及第一过渡成型面，第一过渡成型面位于内壁成型面顶端且向外延伸，其中，内壁成型面用于压力面内壁的成型，第一过渡成型面用于压力面内壁上的部分环形曲面的成型；
在内壁成型面与第一过渡成型面上铺覆内壁的外蒙皮材料，随后采用真空袋压工艺对内壁的外蒙皮固化成型，其中，外蒙皮材料为混杂比例为1:1～3:1的碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，混杂方式为层间混杂或夹芯混杂，且两种混杂方式的表面层均为玻璃纤维；
在内壁的外蒙皮上铺放高分子塑料材质的芯材，该芯材上均匀的分布有若干通孔，使芯材形成蜂窝圆孔结构骨架，然后在各通孔内原位发泡泡沫将通孔填充满，得到原位泡沫填充类蜂窝结构，并在泡沫硬化后修整平齐；
在原位泡沫填充类蜂窝结构上铺覆内壁的内蒙皮材料，随后采用真空袋压工艺对内壁的内蒙皮固化成型，其中，内蒙皮材料为混杂比例为1:1～3:1的碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，混杂方式为层间混杂或夹芯混杂，且两种混杂方式的表面层均为玻璃纤维；
最终进行修边处理后即得到具有一部分环形曲面的压力面内壁。
吸力面外壁的成型过程为：
制备外壁成型阴模，该外壁成型阴模上具有外壁成型面以及第二过渡成型面，第二过渡成型面位于外壁成型面顶端且向外延伸，其中，外壁成型面用于吸力面外壁的成型，第二过渡成型面用于吸力面外壁上的部分环形曲面的成型；
在外壁成型面与第二过渡成型面上铺覆外壁的内蒙皮材料，随后采用真空袋压工艺对外壁的内蒙皮固化成型，其中，内蒙皮材料为混杂比例为1:1～3:1的碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，混杂方式为层间混杂或夹芯混杂，且两种混杂方式的表面层均为玻璃纤维；
在外壁的内蒙皮上铺放高分子塑料材质的芯材，该芯材上均匀的分布有若干通孔，使芯材形成蜂窝圆孔结构骨架，然后在各通孔内原位发泡泡沫将通孔填充满，得到原位泡沫填充类蜂窝结构，并在泡沫硬化后修整平齐；
在原位泡沫填充蜂窝结构上铺覆外壁的外蒙皮材料，随后采用真空袋压工艺对外壁的外蒙皮固化成型，其中，外蒙皮材料为混杂比例为1:1～3:1的碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，混杂方式为层间混杂或夹芯混杂，且两种混杂方式的表面层均为玻璃纤维；
最终进行修边处理后即得到具有一部分环形曲面的吸力面外壁。
剪切腹板为碳纤维层合板或玻璃纤维层合板，采用常规的真空导入模塑工艺制备即可。或者，剪切腹板也可以是碳纤维、玻璃纤维泡沫夹芯结构复合材料构件，此时采用常规的真空袋压工艺即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种大型复合材料推力筒，其特征在于，包括压力面内壁、吸力面外壁与剪切腹板，所述压力面内壁与所述吸力面外壁均为筒状结构；
所述吸力面外壁间隔套设在所述压力面内壁外，且所述压力面内壁与所述吸力面外壁的两组对应端相连，所述剪切腹板的数量为多个且沿周向固接于所述压力面内壁与所述吸力面外壁之间；
所述压力面内壁、所述吸力面外壁均为蒙皮包覆芯材的夹芯型结构件，其中，所述蒙皮为碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料，所述芯材上均匀的设置有若干通孔，且各所述通孔内均具有填充体。
2.根据权利要求1所述大型复合材料推力筒，其特征在于，所述蒙皮中的碳纤维与玻璃纤维之间的混杂方式为层间混杂或夹芯混杂，且所述蒙皮在所述层间混杂时或所述夹芯混杂时的内、外表面层均为玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述大型复合材料推力筒，其特征在于，所述蒙皮中的碳纤维与玻璃纤维之间的混杂比例为1:1～3:1。
4.根据权利要求1或2或3所述大型复合材料推力筒，其特征在于，所述芯材的材质为高分子塑料。
5.根据权利要求1或2或3所述大型复合材料推力筒，其特征在于，所述通孔为圆孔，其直径为30～50mm。
6.根据权利要求1或2或3所述大型复合材料推力筒，其特征在于，所述填充体为在对应所述通孔原位发泡的PVC泡沫或PU泡沫。
7.根据权利要求1或2或3所述大型复合材料推力筒，其特征在于，所述剪切腹板为碳纤维层合板或玻璃纤维层合板，或所述剪切腹板为碳纤维、玻璃纤维泡沫夹芯结构复合材料构件。
8.一种大型复合材料推力筒的制备方法，其特征在于，适用于权利要求1至7任一项所述大型复合材料推力筒，所述制备方法具体包括如下步骤：
采用真空袋压工艺对压力面内壁与吸力面外壁进行整体成型；
采用真空袋压工艺或真空导入模塑工艺制备剪切腹板；
采用结构胶将剪切腹板、压力面内壁与吸力面外壁粘接为一个整体推力筒体。
9.根据权利要求8所述大型复合材料推力筒的制备方法，其特征在于，对压力面内壁与吸力面外壁的成型过程具体为：
在外壁成型模具上，采用真空袋压工艺制备外蒙皮；
在外蒙皮上铺放具有若干通孔的芯材，并在各通孔内原位发泡泡沫将通孔填充满，得到原位泡沫填充类蜂窝结构，并在泡沫硬化后修整平齐；
在原位泡沫填充类蜂窝结构上铺层，采用真空袋压工艺成型内蒙皮，即得到压力面内壁或吸力面外壁。
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