[发明专利]阻尼减震式增强型碳纤维复合材料及碳纤维螺旋桨叶

说明书

本发明提出了阻尼减震式增强型碳纤维复合材料及碳纤维螺旋桨叶，该碳纤维复合材料包括增强碳纤维复合片材、以及内嵌于增强碳纤维复合片材内的压电阻尼异熔材料，其中，增强碳纤维复合片材为包覆碳纤维骨架的铝合金片材，压电阻尼异熔材料为掺杂嵌合压电材料的Cu‑Zn合金颗粒；本发明将碳纤维与阻尼材料结合，制得的复合材料具有优异的力学性能和压电阻尼性，将其应用于螺旋桨叶中，有效提高了产品性能质量，且使用寿命和能源消耗都有明显的改善，应用价值高，制得推广应用。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料技术领域，具体涉及一种阻尼减震式增强型碳纤维复合材料及碳纤维螺旋桨叶。

背景技术

碳纤维是指含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，其耐高温居所有化纤之首，用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，是制造航天航空等高技术器材的优良材料。碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量，而且，碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。

螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器。螺旋桨分为很多种，应用也十分广泛，如飞机、轮船的推进器等。其中船只的螺旋桨常年浸泡于水中、甚至海水中，往往需要极高的耐腐蚀效果，同时，对其强硬度也有非常高的要求。为了适应船舶的不断发展，高品质的螺旋桨必不可少，显然，碳纤维材料的出世对高品质螺旋桨的生产具有非常积极的促进意义。对此，本发明提出了一种高强、减震的碳纤维材料，并将其应用于螺旋桨叶中，以期获得高性能、高质量的螺旋桨。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种阻尼减震式增强型碳纤维复合材料及碳纤维螺旋桨叶，将碳纤维与阻尼材料结合，制得的复合材料具有优异的力学性能和压电阻尼性，将其应用于螺旋桨叶中，有效提高了产品性能质量，且使用寿命和能源消耗都有明显的改善，应用价值高，制得推广应用。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

阻尼减震式增强型碳纤维复合材料，包括增强碳纤维复合片材、以及内嵌于增强碳纤维复合片材内的压电阻尼异熔材料，

所述增强碳纤维复合片材为包覆碳纤维骨架的铝合金片材，其中，碳纤维骨架为由连续碳纤维和冷感纤维复合纺丝的网状纤维毡，铝合金为Cu-Mg-Al合金；

所述压电阻尼异熔材料为掺杂嵌合压电材料的Cu-Zn合金颗粒，颗粒粒径为0.5-5μm，其中，压电材料采用无机压电材料

作为本发明的进一步优化，碳纤维骨架质量占比为增强碳纤维复合片材质量的3-10wt％，碳纤维骨架的复合纤维丝中连续碳纤维与冷感纤维混纺质量比为1:0.5-1；压电材料质量占比为压电阻尼异熔材料质量的10-20wt％。

作为本发明的进一步优化，碳纤维骨架外侧包覆有约束阻尼层，约束阻尼层采用粘弹性发泡树脂，约束阻尼层厚度为复合纤维丝直径的3-5％。

作为本发明的进一步优化，约束阻尼层包括以下质量份数组分，POSS改性环氧树脂20-30份、聚酰亚胺2-4份、纳米TiO₂0.2-1份、固化剂1-3份、发泡剂0.3-1份。POSS改性环氧树脂具有优异的粘结性、透气性和介电性，能够有效降低网状纤维毡的位移错位情况，另外，纳米TiO2在形成的树脂网络结构中能够提供良好的导电通路，为电热的传递转化具有促进效果，有利于提高降噪消能效果。另外，在螺旋桨叶制备过程中，高温环境使得树脂材料被去除挥发，其中的游离离子与纤维结合，同时形成高孔隙过渡层，类似能量传递的隔离带，具有良好的缓冲效果。

作为本发明的进一步优化，冷感纤维采用矿石纤维，选自玄武岩纤维、海泡石纤维、云母纤维、莫来石纤维中的一种或多种。