CN118284507A

CN118284507A - 用于制造叶片尤其是复合材料叶片的方法

Info

Publication number: CN118284507A
Application number: CN202280080190.5A
Authority: CN
Inventors: 马特奥·米内尔维诺; 尼古拉斯·德罗兹; 蒂埃里·克劳德·亨利·戈登; 埃尔维·格雷林
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-07-02

Abstract

本发明涉及一种用于制造叶片的方法（100），该方法包括：将翼梁预制件布置在第一模具中的准备步骤（102），翼梁预制件包括芯部和根部；将第一热固性树脂注入到所述翼梁预制件中的第一注入步骤（104）；进行所述翼梁预制件中的第一树脂的部分聚合步骤（106），直到第一热固性树脂部分玻璃化；围绕所述翼梁预制件的芯部定位主体预制件定位步骤（108）；将第二树脂注入到该叶片主体的预制件中；以及完全聚合第一树脂和所述第二树脂的步骤。

Description

用于制造叶片尤其是复合材料叶片的方法

技术领域

本发明涉及叶片的制造，特别是复合材料叶片，诸如用于涡轮发动机的叶片、特别是涡轮喷气发动机的叶片。

背景技术

复合材料越来越多地用于航空发动机中以减小结构的质量同时确保良好的机械性能。

为了提高发动机性能，并且特别是航空推力和性能要求，复合材料中的零件的几何形状越来越复杂。

从专利申请FR2985940中已知了一种用复合材料制造螺旋桨叶片的方法。该方法包括将具有第一聚合树脂的翼梁插入叶片预制件中，以及将第二树脂注入叶片预制件中。

然而，在翼梁与叶片预制件之间的界面处的机械强度可能不是令人满意的。

发明内容

所披露的发明完全或部分地克服这个缺点。

为此目的，本发明涉及一种用于制造叶片、特别是复合材料叶片的方法，该方法至少包括：

- 准备步骤，在该步骤中，将具有至少一个芯部的翼梁预制件（特别是含纤维的翼梁预制件）布置在第一模具中；

- 第一注入步骤，在该步骤中，将第一树脂、特别是热固性第一树脂注入到翼梁预制件中；

- 部分聚合步骤，在该步骤中，进行翼梁预制件中的第一树脂的聚合直到第一树脂的部分玻璃化；

- 定位步骤，在所述定位步骤中，围绕所述翼梁预制件的所述芯部定位叶片主体的预制件，特别是叶片预制件的含纤维预制件；

- 第二注入步骤，在该第二注入步骤中，将第二树脂（特别是热固性第二树脂）注入叶片主体的预制件中；以及

- 完全聚合步骤，在该步骤中进行第一树脂和第二树脂的最终聚合。

通过部分地聚合该翼梁预制件中的该第一树脂直到该第一树脂部分玻璃化，该翼梁预制件可以被特别地处理以便将其定位在该叶片主体的预制件。

第一树脂的部分玻璃化因此赋予翼梁足够的刚度，使得其在叶片主体的预制件中的脱模和插入时变形不超过不允许的水平，并且还赋予低粘性以防止翼梁粘附至模具和/或附附至翼梁可能接触的任何表面。

此外，第一树脂的玻璃化是部分的，在完全聚合时，第一树脂和第二树脂能够结合在一起，从而形成界面，该界面具有比在注入第二树脂之前完全聚合第一树脂时更好的机械性能。

因此可以避免将粘合剂、粘合膏和/或粘结剂施用到树脂已经完全聚合的翼梁上的额外步骤。因此，制造步骤连同与粘结材料相关的成本一起减少，该成本是不可忽略的。还降低了翼梁与叶片主体之间的不合格结合的风险，该不合格结合能够导致不符合规定而报废零件。

将理解的是，分别在第一模具和第二模具中执行第一树脂和第二树脂的注射。

作为非限制性实例，通过也称为复合材料液体模塑（LCM）的封闭模塑树脂注射来进行注射，例如通过树脂转移模制（RTM）、通过真空辅助树脂转移模制（VA-RTM）或通过压缩树脂转移模制C-RTM进行注射。

在一种实施例的实例中，叶片主体的含纤维预制件可包括由纤维形成的第一部分和无纤维第二部分。

作为非限制性实例：

- 不含纤维的该第二部分可以由一种泡沫形成；和/或

- 含纤维翼梁预制件可为3D织物；和/或

- 叶片主体的含纤维预制件可至少部分地为3D织物。

在一些实施例中，该第一树脂和/或第二树脂是通过加聚的一种热固性树脂。

可替代地，在一些实施例中，可以设想第一树脂和/或第二树脂是经由缩聚的热固性树脂。然而，优选地，第一树脂的部分聚合步骤通过加聚进行。这避免了产生难以排空的挥发性化合物，特别是水。所述挥发性化合物可能产生具有低于预期的机械特性的多孔零件。

根据本发明的不同特征：

- 该第一树脂和该第二树脂可以是环氧树脂；和/或

- 该第一树脂和该第二树脂可以是相同的；和/或

- 可以进行该第一树脂的部分聚合直到获得高于或等于0.5、优选地高于或等于0.6、更优选地高于或等于0.7的交联度；和/或

- 该第一树脂的部分聚合的温度可以是低于该第一树脂的标称聚合温度。

第一树脂的部分聚合的温度低于第一树脂的标称聚合温度，有可能降低第一树脂的聚合速率并且由此更精确地控制聚合的进展（胶凝和玻璃化）。

作为非限制性实例，第一树脂的部分聚合的温度可以是比第一树脂的标称聚合温度低20°C（摄氏度）。

在一些实施例中，第二树脂的标称聚合温度可以高于或等于第一树脂的标称聚合温度。特别地，第二树脂的标称聚合温度和第一树脂的标称聚合温度之间的差可以低于或等于20°C。

因此，可以减少、甚至防止在第一树脂和第二树脂的完全聚合步骤中第一树脂的潜在去玻璃化。

附图说明

参照附图，本披露的主题的其他特征和优点将从以下作为非限制性实例给出的实施例的说明中变得清楚。

图1是提供用于制造本发明的叶片（特别是复合材料叶片）的方法的步骤的流程图；以及

图2是叶片（特别是复合材料叶片）的截面图。

具体实施方式

图1是给出了用于制造叶片10、特别是复合材料叶片10的方法100的步骤的流程图。在图2所示的实例中，叶片10可以是可变节距风扇叶片。

叶片10包括翼梁12和叶片主体11。翼梁12包括根部14和芯部16。叶片主体11包括第一部分20和第二部分18。

在图2的实施例中，根部14还被称为“郁金香根部”并且允许叶片10保持在位，同时允许叶片10围绕叶片轴线旋转。

在一个具体实施例中，叶片10的翼梁12的预制件由3D织物构成。翼梁12也可以是通过单向干织物的堆叠、编织材料的堆叠和/或缠绕或层压的2D织物的堆叠的层压体，其通过手动或自动定位（也被称为自动铺丝（AFP））制备。

作为非限制性实例，翼梁12的预制件的纤维可以是：碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维和/或聚酯纤维。

在图2的实施例中，叶片的主体11的第一部分20的预制件可以由3D织物形成。叶片10的主体11的第一部分20还可通过单向干织物的堆叠、编织材料的堆叠和/或缠绕或层压的2D织物的堆叠的层压体形成，其通过手动或自动定位（也称为自动铺丝（AFP））获得。

作为非限制性实例，叶片10的主体11的第一部分20的预制件的纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维和/或聚酯纤维。

在图2的一个具体实施例中，叶片10的主体11的第二部分18的预制件可以由泡沫形成。

作为非限制性实例，叶片10的主体11的第二部分18可以由开孔泡沫形成。

在图2的一个具体实施例中，叶片10的主体11的第一部分20围绕叶片10的主体11的第二部分18布置。此外，叶片10的主体11的第二部分18可以包括用于接收翼梁12的壳体。

作为非限制性实例，结合图1描述了用于制造叶片10、特别是复合材料叶片10的方法100。

用于制造叶片10的方法100包括至少一个准备步骤102，在该步骤中将翼梁12的预制件布置在第一模具中。在一个变型中，翼梁12的预制件可由3D编织碳纤维形成。

用于制造叶片10的方法100还包括第一注入步骤104，在该步骤中，将第一树脂、特别是热固性第一树脂注入翼梁12的预制件中。

作为非限制性实例，第一树脂可以是环氧树脂，例如由Solvay以商品名PR 520RTM销售的树脂；聚酰亚胺树脂，如聚双马来酰亚胺；和/或酞腈树脂。优选地，第一树脂通过加聚聚合。

可以将第一树脂预加热至例如160°C。所述温度对应于部分聚合温度并且比第一树脂的标称聚合温度低约20°C。

在一个具体的实例中，标称聚合温度是在180°C左右，例如180°C +/- 5°C。

部分聚合在更低温度下进行，这样使得该反应更缓慢地发生并且可以被适当地中断。

用于制造叶片10的方法100还包括部分聚合步骤106，在该步骤中，对包含在翼梁12的预制件中的第一树脂进行聚合，直到该第一树脂部分玻璃化。

例如，第一树脂的部分聚合步骤106可以在160°C的温度下进行，特别是一小时的时间。

作为一个实例，有利的结果是在160°C下1小时之后，第一树脂已经达到80%的交联度。此后，将翼梁12的具有第一树脂的预制件从第一模具移除。

用于制造叶片10的方法100还包括定位步骤108，在该步骤，叶片10的主体11的预制件围绕翼梁12的预制件的芯部16定位。有利地，包括部分聚合的第一树脂的翼梁12的预制件插入到壳体中，以将翼梁12接收在叶片10的主体11的预制件的第二部分18中。

定位可以在第二模具中进行。如果在第二模具外部执行定位，则由翼梁12的预制件和叶片10的主体11的预制件形成的组件被布置在第二模具中。

用于制造叶片10的方法100还包括第二注入步骤110，在该第二注入步骤处将第二树脂、特别是热固性第一树脂注入到叶片10的主体11的预制件中。

作为非限制性实例，第二树脂可以是由苏威公司（Solvay）以商品名PR 520 RTM销售的树脂；聚酰亚胺树脂，如聚双马来酰亚胺；和/或酞腈树脂。优选地，第二树脂通过加聚聚合。

在将第二树脂注射到第二模具中之前，可以将该第二树脂预加热至例如160°C。

用于制造叶片10的方法100还包括完全聚合步骤112，在该步骤中，具体地在180°C的温度下进行第一树脂和第二树脂的最终聚合，并且特别地持续至少两个小时的时间。

用于该第一树脂的部分聚合步骤的温度和时间条件的确定可以有利地通过差示扫描量热法（DSC）来确定。因此，对于给定的树脂，有可能根据温度确定转化率，也称为交联度或聚合度。

为此目的，使用差示扫描量热法，测试120°C至180°C之间的不同热循环10分钟至6小时之间的时间。然后可以根据其热历史获得给出树脂进展的指示的曲线图。因此，在复杂的循环下，树脂的进展可以衍生自聚合的原理。

由此可以确定交联值，例如80%，在足够低的进展和足够高的进展之间提供良好的折衷，足够低的进展使得树脂能够在第二加热下继续交联，足够高的进展使得中间部件能够在不变形的情况下被处理。

虽然已经参考实施例的特定实例披露了本发明，但是在不背离如由权利要求书所限定的本发明的一般范围的情况下，可以明显地对这些实例进行不同修改和改变。此外，不同描述的实施例的各个特征可以在其他实施例中组合。因此，说明书和附图应当被解释为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种用于制造叶片（10）、尤其是复合材料叶片的方法（100），所述方法至少包括：

- 准备步骤（102），在该准备步骤，将包括至少一个芯部（16）的翼梁（12）的预制件、特别是翼梁（12）的含纤维预制件布置在第一模具中；

- 第一注入步骤（104），在该第一注入步骤中，将第一树脂、特别是热固性第一树脂注入到所述翼梁（12）的所述预制件中；

- 部分聚合步骤（106），在该步骤中，进行所述翼梁（12）的所述预制件中的所述第一树脂的聚合，直到所述第一树脂部分玻璃化；

- 定位步骤（108），在该定位步骤中，围绕所述翼梁（12）的所述预制件的所述芯部（16）定位叶片（10）的主体（11）的预制件，特别是叶片（10）的主体（11）的含纤维预制件；

- 第二注入步骤（110），在该第二注入步骤中，将第二树脂、特别是热固性第二树脂注入到该叶片（10）的主体（11）的预制件中；以及

- 完全聚合步骤（112），在该完全聚合步骤进行所述第一树脂和所述第二树脂的最终聚合。

2.根据权利要求1所述的方法（100），其中，所述第一树脂和所述第二树脂是环氧树脂。

3.根据权利要求1或2所述的方法（100），其中，所述第一树脂和所述第二树脂是相同的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，进行所述第一树脂的部分聚合直到获得高于或等于0.5、优选高于或等于0.6、特别是高于或等于0.7的交联比。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，所述第一树脂的部分聚合温度低于所述第一树脂的标称聚合温度。

6.根据权利要求1或2所述的方法（100），其中，所述第二树脂的标称聚合温度高于或等于所述第一树脂的标称聚合温度。

7.根据权利要求6所述的方法（100），其中所述第二树脂的标称聚合温度和所述第一树脂的标称聚合温度之间的差低于或等于20°。