一种无人机螺旋桨制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无人航行器技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料无人机螺旋桨的制作方法。
【背景技术】
[0002]无人驾驶飞机简称无人机(UAV)，是一种处在迅速发展中的新概念武器装备，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。目前，无人机的使用范围已经扩宽到军事、科研、民用三大领域，具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等领域应用甚广。
[0003]由于无人机的特性，要求制作无人机的材料具有强度高和质轻等特点，因此较多的无人机采用碳纤维材料。碳纤维增强复合材料是目前最先进的高性能复合材料之一，具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点。
[0004]环氧树脂(EP) /碳纤维(CF)复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来，随着人们对EP/CF复合材料认识的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用量不断上升。20世纪70年代以前，EP/CF复合材料被视为昂贵的材料，价格约为玻璃纤维(GF)增强复合材料的10倍，只用于军工、宇航等尖端技术行业。20世纪80年代以后，CF工业和EP工业迅速发展，EP/CF复合技术不断进步，加入到EP中的CF比例不断上升，目前CF的体积分数已可达60%以上，使EP/CF复合材料的质量提高而价格下降，拓宽了其应用领域，进一步促进了 EP/CF复合材料的发展。
[0005]EP/CF复合材料的特性主要取决于CF、EP及EP与CF之间的粘结特性。EP/CF复合材料具有优异的性能，与钢相比，EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8?7.2倍，比模量为钢的3.1?4.2倍，疲劳强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍，而且高温性能好，工作温度达400°C时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。
[0006]环氧树脂(EP) /碳纤维(CF)复合材料具有比强度、比模量高，密度小，结构尺寸稳定，耐热、耐低温及材料性能可设计等优点，其既可以作为结构材料承载又可以作为功能材料发挥作用，已经成为航空航天领域的首选材料。在航空领域，CF复合材料应用于无人机、直升机主结构、次结构件和特殊部位的特种功能部件。国外将EP/CF复合材料应用在战斗机和直升机的机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。
[0007]然而，如果全部用环氧树脂(EP) /碳纤维(CF)复合材料制作无人机材料，也会存在一定的问题，第一是复合材料的价格比较高，其次是复合材料的比重会比较重。
[0008]现有技术利用采用碳纤维增强树脂复合材料与泡沫芯材制备成泡沫夹芯结构的复合材料，虽然力学及安全性能均达到要求，但是由于泡沫夹芯结构的碳纤维增强树脂复合材料中组分组成复杂，在制备过程中，由于各组分相互之间相容性不一致，表面张力梯度较大，使得产品表面由于应力不同而引起凸起、凹陷、流纹或细孔等缺陷。
[0009]经过研究和多次的实验发现，在制作螺旋桨的过程中，如果通过采用较轻的木质材料作夹心层，再用碳纤维布进行包覆，然后加入环氧树脂及其他助剂后，经过烘干模压固化等工序，能够得到重量轻强度高价格低的小型无人机用螺旋桨。经过多次的材料成分实验得到的这种螺旋桨，具有较好的实用性和较高的经济推广的价值，值得在业内进行大力推广。
[0010]
【发明内容】
[0011]本发明的具体实施过程如下:
本发明的一种无人机螺旋桨制作方法，由重量百分比为15%-30%的轻木作为芯杆，然后在该芯杆的表面均匀紧密缠绕占重量百分比为40%_70%的碳纤维布，然后混合入20%-40%的环氧树脂并通过高压树脂传递模塑成型(RTM)制得。
[0012]所述碳纤维布优选IK碳纤维布，次选3K碳纤维布，再次选IK碳纤维布和3K碳纤维布的混合物。
[0013]所述轻木的比重为0.1?0.3g/cm3。
[0014]所述环氧树脂体系包括环氧树脂主剂和固化剂，所述环氧树脂主剂由环氧树脂和稀释剂、消泡剂、偶联剂和抗氧化剂组成，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
[0015]所述稀释剂为1，4 丁二醇二缩水甘油醚，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述偶联剂为硅烷类偶联剂，所述抗氧化剂亚磷酸酯类抗氧剂，所述固化剂为多元胺类脂肪族固化剂。
[0016]所述的一种无人机螺旋桨及其制作方法的制作步骤如下:
步骤1:清洗RTM模具，将脱模剂均匀涂敷在清洗完毕的RTM模具表面；将作为芯材的轻木对照螺旋桨的形状及尺寸，加工成型或作为螺旋桨的预支撑材料，并将裁剪好的轻木放入模具中，用碳纤维布紧密包覆于轻木的表面；
步骤2，将RTM模具合模并固定，然后将环氧树脂主剂及固化剂，注入上述RTM模具中并固化脱模，即得到最终制品；
步骤3:在上述步骤2中注入环氧树脂主剂和固化剂后的固化温度为40?50°C，固化时间为12?18小时。
[0017]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明实施例以轻木为基体，具有质量轻易且吸附其他材料的优点，碳纤维作为基础增强材料，环氧树脂作为填充分散材料，三者之间形成具有一定结合强度的界面，将树脂基体所承受的载荷通过界面传递给增强纤维，以充分发挥其增强作用从而提高复合材料的整体强度。碳纤维具有的高模量即高刚度可保证复合材料的结构稳定性，且其密度小、热稳定性强，因此选择承受载荷能力较强的碳纤维为主要承载组分，使得复合材料具有最佳的强度、刚度和韧性等。通过本发明制作的螺旋桨采用一次性模压成型的整体式结构成型，具有强度高、比重轻、价格低、使用寿命长等优点。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0019]步骤1:清洗RTM模具，将碳纤维脱模剂均匀涂敷在清洗完毕的RTM模具表面； 步骤2 ;将裁剪好的比重0.2g/cm3的轻木放入模具中，用型号3K碳纤维布进行包覆。
[0020]步骤3 ;再将80份双酚A型环氧树脂、16份的1，4_ 丁二醇二缩水甘油醚、0.1份有机硅类消泡剂、0.5份的硅烷类偶联剂、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂在25°C下充分搅拌45分钟，再与I份己二胺类固化剂进行充分搅拌2分钟后，余下组份使用3K碳纤维布包覆轻木的RTM模具中并固化脱模，即可得到最终的螺旋桨制品。其中固化温度40?50°C，固化时间为12?18小时。
[0021]另外，上述的步骤I和步骤2的步骤不变，将上述的步骤3中的双酚A型环氧树脂的份数进行适当的调整，将90份双酚A型环氧树脂、15份的1，4- 丁二醇二缩水甘油醚、
0.5份有机硅类消泡剂、I份的硅烷类偶联剂、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂在25°C下充分搅拌45分钟，再与I份己二胺类固化剂进行充分搅拌2分钟后，余下组份用3K碳纤维布包覆轻木的RTM模具中并固化脱模，即得到最终的螺旋桨制品，其中固化温度40?50°C，固化时间为12?18小时。
[0022]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种无人机螺旋桨制作方法，由重量百分比为15%-30%的轻木作为芯杆，然后在该芯杆的表面均匀紧密缠绕占重量百分比为40%-70%的碳纤维布，然后混合入20%-40%的环氧树脂并通过高压树脂传递模塑成型(RTM)制得。2.根据权利要求1所述的一种无人机螺旋桨制作方法，其特征在于:所述碳纤维布优选IK碳纤维布，次选3K碳纤维布，再次选IK碳纤维布和3K碳纤维布的混合物。3.根据权利要求1所述的一种无人机螺旋桨制作方法，其特征在于:所述轻木的比重为 0.1 ?0.3g/cm3。4.根据权利要求1所述的一种无人机螺旋桨制作方法，其特征在于:所述环氧树脂体系包括环氧树脂主剂和固化剂，所述环氧树脂主剂由环氧树脂和稀释剂、消泡剂、偶联剂和抗氧化剂组成，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述稀释剂为1，4 丁二醇二缩水甘油醚，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述偶联剂为硅烷类偶联剂，所述抗氧化剂亚磷酸酯类抗氧剂，所述固化剂为多元胺类脂肪族固化剂。5.根据权利要求1所述的一种无人机螺旋桨制作方法，其特征在于:本发明的制作步骤如下: 步骤1:清洗RTM模具，将脱模剂均匀涂敷在清洗完毕的RTM模具表面；将作为芯材的轻木对照螺旋桨的形状及尺寸，加工成型或作为螺旋桨的预支撑材料，并将裁剪好的轻木放入模具中，用碳纤维布紧密包覆于轻木的表面； 步骤2，将RTM模具合模并固定，然后将环氧树脂主剂及固化剂，注入上述RTM模具中并固化脱模，即得到最终制品； 步骤3:在上述步骤2中注入环氧树脂主剂和固化剂后的固化温度为40?50°C，固化时间为12?18小时。
【专利摘要】本发明公开了一种无人机螺旋桨及其制作方法由重量百分比为15%-30%的轻木作为芯杆，然后在该芯杆的表面均匀紧密缠绕占重量百分比为40%-70%的碳纤维布，然后混合入20%-40%的环氧树脂并通过高压树脂传递模塑成型（RTM）制得。通过本发明制作的螺旋桨采用一次性模压成型的整体式结构成型，具有强度高、比重轻、价格低、使用寿命长等优点。
【IPC分类】C08G59/50, C08K3/04, C08K7/06, C08L63/02, B29C70/48
【公开号】CN105014993
【申请号】CN201410565683
【发明人】陈 胜
【申请人】深圳九星智能航空科技有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年10月23日