碳纖維發(fā)動機葉片預型件的研制.pdf

1、碳纖維是一種兼具碳材料及纖維可加工性為一體的新材料，且碳纖維密度小、強力高、耐酸、耐堿、耐高溫，是一種高性能材料，常被用作復合材料增強材料。采用碳纖維三維織物作為增強體結(jié)構(gòu)，能有效改善復合材料的抗層間剪切力。根據(jù)拓撲原理可將發(fā)動機葉片預型件拓展為，沿著長度方向厚度小幅度增加的主體部分和厚度大幅度增加的榫頭部分，橫向中間厚、兩邊薄的要求。已有研究將葉片設(shè)計成縱向厚度連續(xù)小幅度增加，橫向中間厚，兩邊薄的立體三維織物，并在第二代多綜眼多劍桿織

2、機上，采用滌綸纖維進行上機織造，實現(xiàn)了織物縱向厚度連續(xù)小幅度增加，橫向中間厚，兩邊薄的要求。但橫向厚度變化不明顯，并未進行風扇葉片榫頭部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。且碳纖維是一種無捻長絲束，耐磨性差，織造過程中容易出現(xiàn)起毛、撕裂甚至斷裂，對織造工藝及織造設(shè)備提出了更高的要求。本論文在此基礎(chǔ)上，完成專用織機改造以及預型件的整體設(shè)計和加工，完善織物上機工藝，制備出基本滿足實用要求的發(fā)動機葉片預型件。
　　首先，本文采用縱橫雙向變厚度三維機織物組織設(shè)

3、計的方式，進行織物橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計，隨后進行縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中包括主體部分厚度小幅度連續(xù)變化的設(shè)計。完成主體部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，織物層數(shù)及緯紗根數(shù)均已達到最大。在此基礎(chǔ)上，通過對織物的榫頭部分的厚度變化特征的研究，對織物的每一個引緯截面進行了深入分析，采用增加緯紗線密度的方式進一步增加織物厚度，從而完成榫頭部分織物厚度大幅度增加的要求。并通過在不改變表層織物緯紗線密度的前提條件下，增加織物表面緯紗根數(shù)的方式，實現(xiàn)織物表面平整、一致的要求。

4、r>　　隨后進行預實驗，采用6頁綜框，經(jīng)紗選用12K碳纖維進行三維平板織物的上機織造，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有織機鋼筘打緯力及卷取力不夠。故采用6頁綜框，經(jīng)紗選用6K碳纖維進行預制件的上機設(shè)計。
　　并在對上機工藝進行改進。將經(jīng)向墊紗與參與交織的經(jīng)紗分別整經(jīng)到不同的經(jīng)軸上。采用每筘穿入數(shù)不同，實現(xiàn)織物橫向厚度變化。
　　接著對現(xiàn)有的四綜眼四劍桿織機進行調(diào)整。在進行主體部分的上機時，在緯紗紆管與木梭間加入不同規(guī)格的尼龍梭毛，來調(diào)整緯紗的張力，

5、以適應織造的要求；將分層架處的固定壓桿變?yōu)榛顒訅簵U，減小碳纖維在分層架處的摩擦。在進行榫頭部分的上機時，重點解決了表里層織物緯紗數(shù)之比為2:1時，三維織物的上機圖的設(shè)計方式。
　　織物下機后，測試了織物縱向的厚度變化，結(jié)果表明：通過增加緯紗線密度的方式能實現(xiàn)織物厚度的較大幅度變化，且增加織物表面緯紗線根數(shù)能改善織物表面稀疏的現(xiàn)象。測試了織物橫向厚度變化，結(jié)果表明：通過增加經(jīng)向墊紗的比例，能增加織物橫向厚度變化的幅度，且可合理配置空