[发明专利]一种复合材料轴及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合材料轴的制备方法，包括以下步骤：(1)将芳纶纤维编织布或碳纤维布浸渍于热固性树脂中，得到预浸料；(2)将所述预浸料卷缠在膨胀轴上；(3)将圆柱形型腔与缠好预浸料的膨胀轴装配好，转动膨胀轴转臂，送入热压罐中进行成型，最后开罐，收缩膨胀轴，脱模，完成复合材料轴的制备。本发明的复合材料轴采用真空内胀成型方式制备而成，真空状态下可以迅速有效排除轴体内的气泡，减少成型缺陷；内胀挤压，可以保证编织布层间分布均匀，不会出现树脂与纤维分布不均的缺陷；相较于已有的缠绕成型，在传递大扭矩时还能承受较大的拉压应力，而传统缠绕成型传动轴基本不能承受大的拉应力。

技术领域

本发明属于复合材料轴制备技术领域，尤其涉及一种内胀成型复合材料轴及其制备方法和应用。

背景技术

飞机、轮船、汽车等领域传动轴多为金属材料制备，但存在重量大，拆装不方便，耐腐蚀性能差、疲劳性能差等缺陷。现今业界一直在寻找耐腐蚀、强度高、重量轻的替代材料，而高性能新型树脂基复合材料可以满足这种需求。树脂复合材料传动轴具有高比强度、高比刚度、密度底、抗疲劳性能和减振性能好等优点，在传动领域的应用也越来越广。

而目前国内的复合材料传动轴多采用缠绕成型，其基本满足传递扭矩，承受推力，但由于缠绕工艺的固有缺陷，该方法得到的轴，不能承受较大的轴向拉伸力。国际上也有用缠绕成型的碳纤维轴用于汽车传动，同样不能承受拉伸力。俄罗斯采用复合材料与金属芯管应用在喷气式飞机传动轴，但金属是导体，要获得良好的绝缘性能，需要额外处理，且金属与树脂基复合材料结合，其热膨胀系数不一致，在极限冷热交替的情况下，疲劳性能会降低，且存在金属与复合材料分离的风险。国外船舶传动，有采用金属传动轴中间加入一段复合材料的方式，但只采用部分复合材料，虽然满足了轴的部分电绝缘性能，但并不能达到整根轴减重的目的，且该方法得到的船用传动轴结构复杂，安装和维护复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种复合材料轴及其制备方法，该复合材料轴既能满足舰船领域对传动轴的性能要求，又能满足海洋船体传动轴耐海水腐蚀性能的要求。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种复合材料轴的制备方法，包括以下步骤：

(1)将芳纶纤维编织布或碳纤维布充分浸渍于热固性树脂中，得到预浸料；

(2)将所述预浸料紧密卷缠在膨胀轴上；

(3)将圆柱形型腔与缠好预浸料的膨胀轴装配好，转动膨胀轴转臂，送入热压罐中进行成型，最后开罐，收缩膨胀轴，脱模，完成复合材料轴的制备。

转动膨胀轴转臂到位即可达到预挤压目的，然后送入热压罐后，再抽真空，加热加压，进行二次挤压；预挤压可以保证轴的外表面与圆柱形型腔内表面完全贴合，二次挤压可以保证轴体结构紧密，不夹杂气泡，提高复合材料轴整体性能及层间结合强度。

上述的制备方法，优选的，步骤(3)中，成型的具体过程为：先将热压罐抽真空并升温至90～110℃，再升压至0.4～3MPa，保温保压20～30分钟；再将热压罐温度升至120～180℃，保温保压30～120分钟，待预浸料固化后降温至60℃，降压至常压。本发明的成型过程中先在预浸料粘度系数较小时，保温保压一段时间，有利于树脂与纤维充分结合，从而排除纤维间的气泡，减少成型缺陷；本发明成型方法中通过控制温度、压力和时间的选择，来保证层间的结合力。

上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，所述预浸料在膨胀轴上缠绕的层数为40～400层。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种；其中，环氧树脂优选为环氧树脂TDE-85，最佳地保证纤维与树脂间的结合力，从而保证复合材料轴的整体性能。