[发明专利]一种碳纤维复合材料离心机转子的制作方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维复合材料离心机转子的制作方法，包括以下步骤：使用碳纤维沿一个方向单向排列的碳纤维单向预浸布作为原材料，并用树脂进行浸渍；将若干片碳纤维单向预浸布逐层铺叠成叠层，使叠层中各层预浸布的纤维排列方向在360度的方向分布；把所述叠层移到热压机的两个加热面板中间，对叠层加温、加压成形固化，得到二维结构的碳纤维层压板并切割并加工出圆柱形芯体坯体，用碳纤维丝束对所述转子芯体的四周进行缠绕，在烘箱中加热固化获得芯体增强体，再对芯体增强体外轮廓进行机械加工，从而形成一个具有设计外形的三维结构的碳纤维转子体。本发明制作的离心机转子具有设计更为合理、转速和强度更高的优点。

技术领域

本发明属于离心机转子的制作方法，具体涉及一种碳纤维复合材料离心机转子的制作方法。

背景技术

传统用于高速或超高速离心机的转子，一般由铝合金或钛合金制成，其重量大、不耐腐蚀、强度较低、循环负载易产生金属疲劳。随着离心机转速的不断提高和使用的介质环境越来越苛刻，铝和钛材料已经不能完全满足要求。而碳纤维具有强度高、重量轻、耐腐蚀、不产生金属疲劳的特点，这种原来只限于航空航天使用的材料逐渐被用于制作离心机转子，如中国专利文献CN101829637A就公开了一种离心机的碳纤维转子，其主要的制作方法包括：采用碳纤维即聚丙烯腈碳纤维编织布，置在精度较高的钢模具中，先平绕再环绕，在此过程中使树脂层和碳纤维编制布层交错间隔，中心处预留镶嵌金属转子芯的预留孔，铺满后，加压，在150℃时固化，形成碳纤维转子毛坯，压铸毛坯成型后，对毛坯进行雕刻加工样品容量孔、转子中心预留孔。这种转子由于结构设计和制造工艺不成熟等各种原因，未能很好地发挥碳纤维的优势，表现出如转子产品径向开裂、轴向分层、额定转速较低等缺陷，至今未能制造出真正实用化、产品化的碳纤维转子产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料离心机转子的制作方法，以使所制作的转子设计更为合理、转速和强度更高、能更充分发挥材料性能。

实现本发明目的采用的技术方案如下：

本发明提供的碳纤维复合材料离心机转子的制作方法，包括以下步骤：

步骤1. 使用碳纤维沿一个方向单向排列的碳纤维单向预浸布作为原材料，并用树脂进行浸渍。

步骤2. 将若干片碳纤维单向预浸布逐层铺叠成叠层，使叠层中各层预浸布的纤维排列方向在360度的方向分布。

步骤3. 把所述叠层移到热压机的两个加热面板中间，对叠层加温、加压成形固化，得到二维结构的碳纤维层压板。

步骤4. 从所述碳纤维层压板中切割并加工出圆柱形芯体坯体，对所述坯体进行机加工，得到具有样品容量孔和一定外形尺寸的转子芯体。

步骤5. 用碳纤维丝束对所述转子芯体的四周进行缠绕，对芯体轴线方向进行加强，形成轴向的增强层。

步骤6. 将缠绕完毕后的转子芯体在烘箱中加热固化，获得芯体增强体，再对芯体增强体外轮廓进行机械加工，从而形成一个具有设计外形的三维结构的碳纤维转子体。

进一步的技术方案是：

步骤1. 所述碳纤维单向预浸布中碳纤维为T300级别及以上，所述树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种。

步骤2. 所述叠层是由所述碳纤维单向预浸布通过裁剪获得的同一尺寸片材铺叠而成。

步骤3. 所述成形固化过程中的加温温度不超过250℃，加压压力不小于100MN。

步骤5所述的缠绕方法是利用四维数控缠绕机来完成。

还包括：与所述碳纤维转子体配套的金属附件，所述金属附件同碳纤维转子体的连接可以是直接螺纹连接，也可以通过螺钉连接，两者之间同时采用高性能环氧环氧树脂胶粘剂进行粘接，形成一种复合连接结构。