[发明专利]大型复合材料整体成型叶片及其成型工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电叶片成型工艺，特别是涉及一种大型复合材料整体成型叶片及其成型工艺。

背景技术

目前大型复合材料风电叶片均是采取多步成型方法制备，分别先制备叶片的迎风面壳体、背风面壳体和抗剪腹板(或龙骨梁)，再采用胶连、手糊等工艺组合成一个整体叶片，如图1所示。多步法成型工艺的缺点在于：1)由于胶连处的强度低，严重影响叶片的整体承载能力，据统计失效的叶片约20％是由于胶连质量引起的；2)在叶片合模时打磨产生的粉尘、混合胶黏剂和涂覆胶黏剂过程中产生的有毒气体都会危害人体。

此外，目前大型复合材料整体成型叶片的主流生产工艺为真空灌注成型工艺，其主要原理是将纤维布铺设完全后构建真空系统，抽到一定的真空负压值的时候，灌注树脂。树脂在大气压的作用下迅速进入系统，完成叶片的灌注。在灌注工艺设计中，灌注系统注胶口和真空系统抽气口的数目是有限的，同时在树脂的混合中会有微小的气泡随着树脂进入真空系统，为了除去这些杂质，保证灌注质量，灌注系统注胶口和抽气口的位置需要经过仔细计算和调整，但是由于系统可能意外漏气或者是纤维束之间的阻力太大，容易形成气泡，出现白斑。这种现象对于叶根较厚的区域和碳纤维叶增强叶片更为严重。白斑的存在使叶片的性能大打折扣，导致叶片质量不稳定，废品率较高。此外，真空灌注工艺制备叶片时，合上模具后还需要翻转90度，这就需要额外的设备与工装，对模具的强度和刚度要求更高。

发明内容

拟解决的技术问题

本发明的目的在于提出一种大型复合材料整体成型叶片及其成型工艺，克服了采用真空灌注成型工艺容易产生气泡进而出现白斑的问题，并且本发明无需要布置注胶口，叶片制造成本降低。

技术方案

鉴于以上目的及其相关目的，本发明提供一种大型复合材料整体成型叶片成型工艺，包括以下几个步骤：

1)模具准备：

清理模具，修补平整，然后在模具表面喷涂封孔剂和脱模剂；

2)铺放树脂膜：

将预先制备好的树脂膜铺放在涂有脱膜剂的模具上；

3)铺放增强纤维、梁帽及夹芯，放置后缘粘接角、抗剪腹板及芯模：

a.将外部纤维层铺放在树脂膜上，外部纤维层超出迎风面模具，超出长度满足背风面外部纤维层的长度要求；

b.铺放迎风面梁帽和放置夹芯；

c.将内部纤维层铺放在迎风面梁帽和夹芯上；

d.在内部纤维层右侧纤维铺层上放置后缘粘接角；

e.放置事先用真空袋、透气毡、多孔膜和脱膜布依次包裹的芯模、预制好的至少一个抗剪腹板及梁帽与抗剪腹板粘接纤维层；

f.制作背风面，将迎风面模具两侧原有多余纤维铺放到芯模上，首先用内部纤维层折回到芯模上，接着铺放夹芯和背风面梁帽，最后折回外部纤维铺层；

g.合上背风面模具；

4)真空袋密封：

用真空袋密封整个模具，使模具密封不透气；

5)抽真空、加热：

通过抽气口对密封区域抽真空，然后加热，在热环境下树脂自下而上抽吸，树脂膜加热后粘度降低，沿着增强纤维由下向上爬升，从而彻底浸润整个增强纤维；

6)固化脱模与修边：

按照固化工艺进行固化，固化过程中保持模具内的真空度直到固化完全，固化后冷却到时室温，然后进行脱模与修边，得到整体成型叶片。

本发明还提供一种大型复合材料整体成型叶片，整体成型叶片包括叶片壳体和位于壳体中部的抗剪腹板。叶片壳体包括外部纤维层、夹芯、梁帽和内部纤维层；梁帽与夹芯同层置于外部纤维层和内部纤维层之间，梁帽经由纤维铺层搭接在抗剪腹板两端。抗剪腹板的结构为夹芯夹层结构，包括上表层复合材料、夹层和下表层复合材料。

优选地，外部纤维层、内部纤维层、所述抗剪腹板的上表层复合材料和下表层复合材料的增强纤维为玻璃纤维、碳纤维或有机纤维的一种或多种。

优选地，有机纤维选自超高分子聚乙烯纤维、芳纶纤维或聚对苯撑苯并双噁唑纤维中的一种或多种。

优选地，抗剪腹板的数量是一个、两个、三个或更多，根据叶片结构设计要求确定抗剪腹板的数量。

优选地，抗剪腹板的上表层复合材料和下表层复合材料的增强纤维形式是平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物等的一种或多种。

优选地，夹芯和/或夹层为轻木、PVC泡沫、PMI泡沫、PU硬质泡沫的一种或多种。

有益效果