[发明专利]一种复合材料叶片RTM成型模具及方法

说明书

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，具体涉及一种复合材料叶片RTM成型模具及方法。由于复合材料叶片的高性能要求，必须采用高韧性的液体成型树脂，在长距离流动过程中易产生温度变化过大超范围的现象，极易由于树脂温度不均匀和树脂流动分布不均匀导致成型失败。本发明在成型模具上设置有与进胶口连通的进胶缓流区，且该进胶缓流区与构成叶片预制体的内腔之间具有树脂分散装置，还具有与出胶口连通的出胶缓流区。能够确保树脂能在要求的温度范围内对叶片预制体进行成型，有效解决了传统RTM工艺进胶量无法分区域控制的难题，减弱常规RTM工艺中存在的边缘效应现象，进一步提高复合材料叶片的成型质量。

技术领域

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，具体涉及一种复合材料叶片RTM成型模具及方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、便于大面积整体成形等独特的优点，已广泛应用于航空飞行器和发动机结构，成为航空装备的关键材料，其用量也已成为航空装备先进性的标志之一。

复合材料叶片是广泛应用于航空发动机的一种具有高精度要求的复合材料制件，复合材料叶片直接影响发动机的气动性能和噪音指标，同时还需要承受高速旋转产生的巨大的离心力、高速气流产生的气动力、叶片振动产生的疲劳载荷以及砂石、飞鸟等外来物的冲击等，对材料性能、成型质量和成型精度具有极高的要求，复合材料叶片的结构参考图1。

树脂转移模塑成型技术，简称RTM成型技术(Resin Transfer Molding)是近年来在航空、航天等领域广泛应用的一种液态成型复合材料制造技术。其原理是在刚性模具型腔内铺放按性能和结构要求设计好的干态纤维预成型体，在特定的耐压容器即树脂贮存罐内将树脂加热到设定的注射温度，然后采用注射设备将低粘度树脂注入到模具型腔内，使树脂与纤维充分浸润，最后按照树脂的工艺规范进行升温固化，最后得到与模具型腔形状一致的复合材料零件。由于RTM成型技术的高精度成型优势，目前已在复合材料叶片上得到广泛应用。

但是，由于复合材料叶片的高性能要求，必须采用高韧性的液体成型树脂，例如Hexcel公司的RTM230ST或Cytec公司的PR520，该类型树脂的特点是抗冲击韧性好，但缺点是有效注射期极短(35min内)，并且注射温度高(165～170℃)，注射温度范围极小(5℃)，RTM工艺操纵苛刻，树脂在注射机-管道-模具的长距离流动过程中易产生温度变化过大超范围的现象；此外，由于复合材料叶片为大变厚度变截面结构，叶片为中间厚两侧薄的结构，树脂在叶片预制体内部流动复杂，极易产生流动分布不均匀的现象，进一步加大了RTM成型的难度。因此，采用高韧性树脂进行复合材料叶片RTM成型时，极易由于树脂温度不均匀和树脂流动分布不均匀导致成型失败。

发明内容

本发明的目的是：针对传统RTM成型复合材料叶片存在的不足，提出一种复合材料叶片RTM成型模具及方法，能够提高RTM成型复合材料叶片的成品率。

本发明复合材料叶片RTM成型模具，包括上半模和下半模，在该成型模具的两端分别具有进胶口和出胶口，该成型模具具有与进胶口连通的进胶缓流区，且该进胶缓流区与构成叶片预制体的内腔之间具有树脂分散装置，该树脂分散装置在进胶方向设置有若干树脂分散口；该成型模具还具有与出胶口连通的出胶缓流区。

进一步地，在进胶缓流区的宽度与榫头的长度一致，进胶缓流区的宽度为20-100mm，深度为0.1-1mm。

进一步地，出胶缓流区的宽度与叶身顶部区域的长度一致，出胶缓流区的宽度为20-100mm，深度为0.1-1mm。

进一步地，在出胶缓流区上放置树脂缓流物质。

进一步地，所述树脂缓流物质包括玻璃布或聚四氟乙烯布。

进一步地，成型模具采用金属坯料加工而成，其中上半模为凸模，下半模为凹模。