專利名稱：大型復(fù)合材料整體成型葉片及其成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電葉片成型工藝，特別是涉及一種大型復(fù)合材料整體成型葉片及其成型工藝。
背景技術(shù)：
目前大型復(fù)合材料風(fēng)電葉片均是采取多步成型方法制備，分別先制備葉片的迎風(fēng)面殼體、背風(fēng)面殼體和抗剪腹板(或龍骨梁)，再采用膠連、手糊等工藝組合成一個整體葉片，如圖1所示。多步法成型工藝的缺點在于1)由于膠連處的強度低，嚴重影響葉片的整體承載能力，據(jù)統(tǒng)計失效的葉片約20%是由于膠連質(zhì)量引起的；2)在葉片合模時打磨產(chǎn)生的粉塵、混合膠黏劑和涂覆膠黏劑過程中產(chǎn)生的有毒氣體都會危害人體。此外，目前大型復(fù)合材料整體成型葉片的主流生產(chǎn)工藝為真空灌注成型工藝，其主要原理是將纖維布鋪設(shè)完全后構(gòu)建真空系統(tǒng)，抽到一定的真空負壓值的時候，灌注樹脂。樹脂在大氣壓的作用下迅速進入系統(tǒng)，完成葉片的灌注。在灌注工藝設(shè)計中，灌注系統(tǒng)注膠口和真空系統(tǒng)抽氣口的數(shù)目是有限的，同時在樹脂的混合中會有微小的氣泡隨著樹脂進入真空系統(tǒng)，為了除去這些雜質(zhì)，保證灌注質(zhì)量，灌注系統(tǒng)注膠口和抽氣口的位置需要經(jīng)過仔細計算和調(diào)整，但是由于系統(tǒng)可能意外漏氣或者是纖維束之間的阻力太大，容易形成氣泡，出現(xiàn)白斑。這種現(xiàn)象對于葉根較厚的區(qū)域和碳纖維葉增強葉片更為嚴重。白斑的存在使葉片的性能大打折扣，導(dǎo)致葉片質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率較高。此外，真空灌注工藝制備葉片時，合上模具后還需要翻轉(zhuǎn)90度，這就需要額外的設(shè)備與工裝，對模具的強度和剛度要求更高。

發(fā)明內(nèi)容
擬解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提出一種大型復(fù)合材料整體成型葉片及其成型工藝，克服了采用真空灌注成型工藝容易產(chǎn)生氣泡進而出現(xiàn)白斑的問題，并且本發(fā)明無需要布置注膠口，葉片制造成本降低。技術(shù)方案鑒于以上目的及其相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種大型復(fù)合材料整體成型葉片成型工藝，包括以下幾個步驟I)模具準(zhǔn)備清理模具，修補平整，然后在模具表面噴涂封孔劑和脫模劑；2)鋪放樹脂膜將預(yù)先制備好的樹脂膜鋪放在涂有脫膜劑的模具上；3)鋪放增強纖維、梁帽及夾芯，放置后緣粘接角、抗剪腹板及芯模a.將外部纖維層鋪放在樹脂膜上，外部纖維層超出迎風(fēng)面模具，超出長度滿足背風(fēng)面外部纖維層的長度要求；b.鋪放迎風(fēng)面梁帽和放置夾芯；
c.將內(nèi)部纖維層鋪放在迎風(fēng)面梁帽和夾芯上；d.在內(nèi)部纖維層右側(cè)纖維鋪層上放置后緣粘接角；e.放置事先用真空袋、透氣氈、多孔膜和脫膜布依次包裹的芯模、預(yù)制好的至少一個抗剪腹板及梁帽與抗剪腹板粘接纖維層；f.制作背風(fēng)面，將迎風(fēng)面模具兩側(cè)原有多余纖維鋪放到芯模上，首先用內(nèi)部纖維層折回到芯模上，接著鋪放夾芯和背風(fēng)面梁帽，最后折回外部纖維鋪層；g.合上背風(fēng)面模具；4)真空袋密封用真空袋密封整個模具，使模具密封不透氣；5)抽真空、加熱通過抽氣口對密封區(qū)域抽真空，然后加熱，在熱環(huán)境下樹脂自下而上抽吸，樹脂膜加熱后粘度降低，沿著增強纖維由下向上爬升，從而徹底浸潤整個增強纖維；6)固化脫模與修邊按照固化工藝進行固化，固化過程中保持模具內(nèi)的真空度直到固化完全，固化后冷卻到時室溫，然后進行脫模與修邊，得到整體成型葉片。本發(fā)明還提供一種大型復(fù)合材料整體成型葉片，整體成型葉片包括葉片殼體和位于殼體中部的抗剪腹板。葉片殼體包括外部纖維層、夾芯、梁帽和內(nèi)部纖維層；梁帽與夾芯同層置于外部纖維層和內(nèi)部纖維層之間，梁帽經(jīng)由纖維鋪層搭接在抗剪腹板兩端?？辜舾拱宓慕Y(jié)構(gòu)為夾芯夾層結(jié)構(gòu)，包括上表層復(fù)合材料、夾層和下表層復(fù)合材料。優(yōu)選地,外部纖維層、內(nèi)部纖維層、所述抗剪腹板的上表層復(fù)合材料和下表層復(fù)合材料的增強纖維為玻璃纖維、碳纖維或有機纖維的一種或多種。優(yōu)選地，有機纖維選自超高分子聚乙烯纖維、芳綸纖維或聚對苯撐苯并雙噁唑纖維中的一種或多種。優(yōu)選地，抗剪腹板的數(shù)量是一個、兩個、三個或更多，根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計要求確定抗剪腹板的數(shù)量。優(yōu)選地，抗剪腹板的上表層復(fù)合材料和下表層復(fù)合材料的增強纖維形式是平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經(jīng)編織物等的一種或多種。優(yōu)選地，夾芯和/或夾層為輕木、PVC泡沫、PMI泡沫、I3U硬質(zhì)泡沫的一種或多種。有益效果本發(fā)明所述的一種大型復(fù)合材料整體成型葉片成型工藝的有益效果是1)使用該成型工藝很好解決了制造大型葉片時，纖維預(yù)制體件浸潤時間長(或樹脂的注入過程相當(dāng)長)與樹脂粘度小、適用期長的矛盾；2)省去了膠黏劑的使用，使得成本更低，而且工人將免受環(huán)境中有害粉塵和氣體的傷害；3)使用該成型工藝解決了注膠過程中形成氣泡，出現(xiàn)白斑的問題，從而大大降低了廢品率；4)此工藝不需要布置注膠系統(tǒng)，不需要混膠設(shè)備，因此降低了投資成本，減小了制造周期；5)使用此成型工藝制備的大型復(fù)合材料整體成型葉片具有重量輕、強度高、剛度大、質(zhì)量分布均勻、質(zhì)量穩(wěn)定性好、工藝重復(fù)性好等特點，因此大大提高了葉片使用壽命和安全可靠性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖1為現(xiàn)有葉片結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖2為本發(fā)明整體成型葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明整體成型葉片迎風(fēng)面制作示意圖。圖4為本發(fā)明整體成型葉片芯模安放和梁帽與腹板粘接纖維鋪層示意圖。圖5為本發(fā)明整體成型葉片背風(fēng)面制作示意圖。圖6為本發(fā)明整體成型葉片加熱固化示意圖。圖中各標(biāo)號分別為1-背風(fēng)面殼體，2-迎風(fēng)面殼體，3、4_抗剪腹板，5-后緣結(jié)構(gòu)膠，6-前緣結(jié)構(gòu)膠，7-腹板結(jié)構(gòu)膠，8-整體成型葉片背風(fēng)面殼體，9-整體成型葉片迎風(fēng)面殼體，10-背風(fēng)面梁帽，11-迎風(fēng)面梁帽，12,13-整體成型葉片抗剪腹板，14-后緣粘接角，15-梁帽與腹板粘接纖維層，16迎風(fēng)面模具，17-環(huán)氧樹脂膜，18-外部纖維層，19-夾芯，20-內(nèi)部纖維層，21、22、23-芯模，24-背風(fēng)面模具。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明做進一步說明。本領(lǐng)域人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實現(xiàn)或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，不用于限定本發(fā)明。請參閱圖2至圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)思。本發(fā)明主要包含三個關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)之一在于在大型復(fù)合材料整體成型葉片的制備中以一次成型代替多次成型，從而可以保證增強纖維的連續(xù)性，提高了葉片的整體剛度、強度與穩(wěn)定性；關(guān)鍵技術(shù)之二在于采用芯模技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)之三在于采用樹脂膜滲透成型工藝制備大型復(fù)合材料整體成型葉片。下面結(jié)合附圖和實施例進行詳細描述。實施例1本實施例制備3. OMW復(fù)合材料整體成型葉片，其結(jié)構(gòu)包括整體成型葉片背風(fēng)面殼體8，整體成型葉片迎風(fēng)面殼體9、兩個抗剪腹板12、13、后緣粘接角14及梁帽與腹板粘接纖維層15。整體成型葉片背風(fēng)面殼體8包括外部纖維層、背風(fēng)面梁帽10和內(nèi)部纖維層。整體成型葉片迎風(fēng)面殼體9包括外部纖維層、迎風(fēng)面梁帽11和內(nèi)部纖維層。如圖2所示。背風(fēng)面梁帽10和迎風(fēng)面梁帽11與夾芯同層置于外部纖維層和內(nèi)部纖維層之間，梁帽經(jīng)由纖維鋪層搭接在抗剪腹板兩端。本實施例原材料為玻璃纖維織物、碳纖維織物、環(huán)氧樹脂膜、輕木和PVC泡沫。首先采用樹脂膜滲透成型工藝預(yù)制兩個抗剪腹板12、13，然后制備整體成型葉片背風(fēng)面殼體8和整體成型葉片迎風(fēng)面殼體9?？辜舾拱?2、13為玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂夾層結(jié)構(gòu)，包括上表層復(fù)合材料、夾層和下表層復(fù)合材料。夾層材料為PVC泡沫。其成型工藝為手糊成型工藝、真空輔助成型工藝、樹脂膜滲透成型工藝的一種。背風(fēng)面梁帽10和迎風(fēng)面梁帽11增強纖維為碳纖維、玻璃纖維層間混雜形式。整體成型葉片背風(fēng)面殼體8和整體成型葉片迎風(fēng)面殼體9葉根部夾芯材料為輕木，其余為PVC泡沫夾芯。后緣粘接角14采用輕木提前加工而成，以保證葉片在后緣部位的強度，其形狀由葉片后緣部位的幾何設(shè)計形狀來確定，本設(shè)計結(jié)果為三角形結(jié)構(gòu)。梁帽與腹板粘接纖維層15為玻璃纖維。成型用芯模21、22、23為柔性芯(彈性密封袋里面充滿液體或氣體)或可溶性硬質(zhì)芯(例如石蠟和食鹽的混合物)。芯模21、22、23能夠承受一定的壓力，因為芯模的外形面用來保證葉片內(nèi)腔的幾何尺寸，要保證葉片背風(fēng)面鋪層之后不會產(chǎn)生過大的變形，同時芯?？梢允湛s(對于柔性芯)或具有可溶性(對于硬質(zhì)芯)。成型模具帶有加熱系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。成型用樹脂膜基本要求是在室溫環(huán)境中有很好的成膜性；樹脂在熔融溫度下能持續(xù)一段時間的低粘度，隨后粘度隨著溫度升高而增加，直至凝膠固化；樹脂熔融狀態(tài)時對纖維預(yù)成型體具有良好的浸潤性。一般選用不飽合樹脂膜、環(huán)氧樹脂膜、乙烯基酯樹脂膜、雙馬樹脂膜等樹脂膜的一種。用制作整體成型葉片來具體說明用樹脂膜滲透成型工藝制作整體成型葉片的工藝步驟，其包括以下步驟I)模具準(zhǔn)備用酒精將迎風(fēng)面模具16表面擦拭干凈，然后在模具I表面噴涂AXELS-19C封孔劑和AXELX-807脫模劑。2)鋪放樹脂膜將預(yù)先制備好的環(huán)氧樹脂膜17鋪放在迎風(fēng)面模具16上。3)鋪放增強體材料、梁帽及夾芯，放置后緣粘接角、抗剪腹板及芯模其包括以下幾步a.將外部纖維層18 (經(jīng)烘干處理的玻璃纖維)鋪放在環(huán)氧樹脂膜17上，注意外部纖維層18應(yīng)超出迎風(fēng)面模具16，超出長度應(yīng)能夠滿足背風(fēng)面外部纖維鋪層的長度要求；b.鋪放迎風(fēng)面梁帽11和放置夾芯19 ；c.將內(nèi)部纖維層20鋪放在梁帽11和夾芯19上；d.在內(nèi)部纖維層20右側(cè)纖維鋪層上放置后緣粘接角14 ;e.放置事先用真空袋、透氣氈、多孔膜和脫膜布依次包裹的芯模21、22、23、預(yù)制好的兩個抗剪腹板12、13及梁帽與抗剪腹板粘接纖維層15 ；f.制作背風(fēng)面，將迎風(fēng)面模具16兩側(cè)原有多余纖維鋪放到芯模22、23上，首先用內(nèi)部纖維層22折回到芯模22、23上，接著鋪放夾芯19和背風(fēng)面梁帽10，最后折回外部纖維層；g.合上背風(fēng)面模具24。4)真空袋密封把真空袋(法國Aerorac公司生產(chǎn)的Vacfilm400Y2600型真空袋)用密封膠帶粘接到模具16和24上。5)抽真空、加熱將抽氣口與真空泵連接，然后抽真空并檢查密封模腔的氣密性(當(dāng)真空度達到-O. 090Mpa -O.1Mpa后關(guān)閉真空泵，保壓15分鐘，期間真空度允許下降值小于50mbar)，然后加熱迎風(fēng)面模具16和背風(fēng)面模具24，環(huán)氧樹脂膜17經(jīng)加熱后粘度降低，從而徹底浸潤纖維。6)固化、脫模與修邊按照固化工藝進行固化，固化過程中必須保持成型模腔內(nèi)的真空度直到固化完全。固化后冷卻到時室溫，然后進行脫模與修邊，得到整體成型葉片。綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺陷，具有較高的產(chǎn)業(yè)化價值。
權(quán)利要求
1.一種大型復(fù)合材料整體成型葉片成型工藝，其特征是包括以下幾個步驟 1)模具準(zhǔn)備清理模具，修補平整，然后在模具表面噴涂封孔劑和脫模劑； 2)鋪放樹脂膜將預(yù)先制備好的樹脂膜鋪放在涂有脫膜劑的模具上； 3)鋪放增強纖維、梁帽及夾芯，放置后緣粘接角、抗剪腹板及芯模 a.將外部纖維層鋪放在樹脂膜上，外部纖維層超出迎風(fēng)面模具，超出長度滿足背風(fēng)面外部纖維層的長度要求； b.鋪放迎風(fēng)面梁帽和放置夾芯； c.將內(nèi)部纖維層鋪放在梁帽和夾芯上； d.在內(nèi)部纖維層右側(cè)纖維鋪層上放置后緣粘接角； e.放置事先用真空袋、透氣氈、多孔膜和脫膜布依次包裹的芯模、預(yù)制好的至少一個抗剪腹板及梁帽與抗剪腹板粘接纖維層； f.制作背風(fēng)面，將迎風(fēng)面模具兩側(cè)原有多余纖維鋪放到芯模上，首先用內(nèi)部纖維層折回到芯模上，接著鋪放夾芯和背風(fēng)面梁帽，最后折回外部纖維鋪層； g.合上背風(fēng)面模具； 4)真空袋密封用真空袋密封整個模具，使模具密封不透氣； 5)抽真空、加熱通過抽氣口對密封區(qū)域抽真空，然后加熱，在熱環(huán)境下樹脂自下而上抽吸，樹脂膜加熱后粘度降低，沿著增強纖維由下向上爬升，從而徹底浸潤整個增強纖維； 6)固化脫模與修邊按照固化工藝進行固化，固化過程中保持模具內(nèi)的真空度直到固化完全，固化后冷卻到時室溫，然后進行脫模與修邊，得到整體成型葉片。
2.一種大型復(fù)合材料整體成型葉片,整體成型葉片包括葉片殼體和位于殼體中部的抗剪腹板，其特征是葉片殼體包括外部纖維層、夾芯、梁帽和內(nèi)部纖維層；梁帽與夾芯同層置于外部纖維層和內(nèi)部纖維層之間，梁帽經(jīng)由纖維鋪層搭接在抗剪腹板兩端，其中抗剪腹板的結(jié)構(gòu)為夾層結(jié)構(gòu)，包括上表層復(fù)合材料、夾層和下表層復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型復(fù)合材料整體成型葉片，其特征是外部纖維層、內(nèi)部纖維層、抗剪腹板的上表層復(fù)合材料和下表層復(fù)合材料的增強纖維為玻璃纖維、碳纖維或有機纖維的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大型復(fù)合材料整體成型葉片，其特征是所述的有機纖維選自超高分子聚乙烯纖維、芳綸纖維或聚對苯撐苯并雙噁唑纖維中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型復(fù)合材料整體成型葉片，其特征是抗剪腹板的數(shù)量是一個、兩個、三個。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型復(fù)合材料整體成型葉片，其特征是抗剪腹板的上表層復(fù)合材料和下表層復(fù)合材料的增強纖維形式是平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經(jīng)編織物等的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型復(fù)合材料整體成型葉片，其特征是夾芯和/或夾層為輕木、PVC泡沫、PMI泡沫、PU硬質(zhì)泡沫的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型復(fù)合材料整體成型葉片成型工藝。本發(fā)明的關(guān)鍵點在于，采用樹脂膜滲透成型工藝，以一次成型代替多次成型，從而可以保證增強纖維的連續(xù)性，提高了葉片的整體剛度、強度與穩(wěn)定性。使用本發(fā)明解決了在制造大型葉片時纖維預(yù)制體件浸潤時間長、纖維與樹脂粘度小的問題；省去了膠黏劑的使用，使得成本更低，而且工人將免受環(huán)境中有害粉塵和氣體的傷害；克服了注膠過程中形成氣泡，出現(xiàn)白斑的問題，從而大大降低了廢品率。本發(fā)明還提供一種大型復(fù)合材料整體成型葉片。本發(fā)明的大型復(fù)合材料整體成型葉片具有重量輕、強度高、剛度大、質(zhì)量分布均勻、質(zhì)量穩(wěn)定性好、工藝重復(fù)性好等特點，大大提高了葉片使用壽命和安全可靠性。
文檔編號F03D11/00GK103057126SQ201210572129
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者嚴科飛, 任偉華 申請人:內(nèi)蒙古金崗重工有限公司