[发明专利]一种用于风机叶片的三维机织复合材料及其纤维/树脂界面改性方法

说明书

本发明提供了一种用于风机叶片的三维机织复合材料纤维树脂界面改性方法。其采用如下方法进行制备，以四经五纬三维正交机织物为复合材料增强体，以加入一定量KH‑560硅烷偶联剂的环氧树脂与固化剂混合胶液为基体，采用真空辅助成型技术(VARTM)制备复合材料试样。该专利中利用三维正交机织物的整体性克服传统铺层织物的分层缺点，并且通过硅烷偶联剂改性可改善复合材料的纤维/基体界面性能，从而提高风机叶片的强度及耐疲劳性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种用于风机叶片的三维机织 复合材料纤维/树脂界面改性方法。

背景技术

叶片作为风电机组关键部件，是风机进行能量转换的重要组成部分，其 强度和疲劳特性对风机可靠性、风能应用效率具有重要影响。随着叶片向大 型化发展，且受复杂、周期性载荷作用，对叶片强度及疲劳性能提出更高要 求。

风机叶片强度和疲劳特性依赖于组份材料增强体结构、玻璃纤维和树脂 基体的性能以及纤维/树脂基体界面结合强度。

复合材料质量轻、比刚度和比强度大，是大型风机叶片蒙皮及结构件主 要材料。叶片疲劳失效以复合材料的纤维/树脂界面分层为主。纤维/树脂基 体界面结合强度不高是纤维/基体界面失效和纤维断裂的主要原因。

传统风机叶片以多轴向经编结构织物为增强体，存在层间力学性能弱、 容易分层等常见疲劳失效问题。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提供一种新型的风机叶片的结构及复合材 料纤维/树脂界面的改性方法，通过采用三维机织结构代替传统的风机叶片， 并且通过纳米改性添加剂改善纤维/树脂界面的性能，从而改善风机叶片强度 和疲劳特性。

基于此，本发明提供一种用于风机叶片的复合材料，其结构为三维正交 机织结构，三维正交机织物中经、纬纤维束呈平行排列，由三组两两相互垂 直的纱线即经纱、纬纱及捆绑纱交织而成。

其中，所述三维正交结构为四经五纬结构。

其中，所述叶片三维机织复合材料的纤维/树脂界面采用纳米硅烷偶联剂 改性。

其中，所述纳米硅烷偶联剂分子式为RSiX₃的硅烷偶联剂，其中X为烷 氧基，R为活性官能团。

本发明还提供上述三维机织复合材料的成型方法，其包括：

第一步，模具准备；

第二步，材料铺放；

第三步，密封及保压测试；

第四步，树脂灌注；

第五步，板材脱模。

其中，所述第二步进一步具体为，按照所需尺寸对预处理后三维正交机 织物和成型辅助材料进行裁剪，并在模具表面按从下到上的顺序依次铺放三 维正交机织物、脱模布、导流网及真空袋，去除布边多余纤维束及杂物，铺 放导流管等材料。

其中，所述第四步进一步具体为，将环氧树脂与固化剂按100：30的质量 比进行混合，并加入称量好的KH-560偶联剂，应用搅拌器搅拌均匀，并进 行预抽真空处理，去除混合液内多余的气泡，降低板材孔隙率，灌注过程中， 设定模具温度为60℃，保证树脂黏度稳定于0.1～0.3Pa.s范围内，该黏度范围 内树脂流动性较好，能够快速、均匀地浸润增强体。灌注完成后，密封树脂 管和真空管，设定固化温度为80℃，保证板材在恒温和真空条件下固化8h。

有益的技术效果

采用本发明提供的三维机织复合材料，通过采用三维机织结构代替传统 的风机叶片，并且通过纳米改性添加剂改善纤维/树脂界面的性能，从而改善 风机叶片强度和疲劳特性。

附图说明