CN103072287A

CN103072287A - 纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺

Info

Publication number: CN103072287A
Application number: CN2013100033640A
Authority: CN
Inventors: 王一鸣; 干森威
Original assignee: NINGBO GINLONG TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: NINGBO GINLONG TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2013-01-06
Filing date: 2013-01-06
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明涉及一种纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，风叶包括叶根预埋件、发泡芯及以环氧树脂和增强纤维为基材的复合材料包覆层，环氧树脂树脂为注射级的环氧乙烯基酯树脂，增强纤维为玻璃纤维布和碳纤维布，采用注射工艺成型，依序步骤为：一，按设计要求将玻璃纤维布和碳纤维布裁剪成规定尺寸的各铺层，清理并加热模具；二，在风叶成型模具的上下模具中铺层并放置叶根预埋件、发泡芯；三，合模，采用注射设备将环氧乙烯基酯树脂体系注入闭合模腔，并抽真空，对模具保温25℃；四，开模，成型风叶。本发明叶片一次成型，尺寸和外型精度高、表面光洁度高；成型效率高，环境污染小，有机挥发份小于20ppm，提高了生产效率。

Description

纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺

技术领域

本发明涉及一种纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺。

背景技术

风力发电机的风叶是风力发电系统的关键部位，直接影响着整个系统的性能，并具有长期在户外自然环境条件下使用的综合性能。所以对其制造工艺有一定的要求，然而传统风力发电机叶片一般采用玻璃纤维增强的环氧树脂，经手糊工艺产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性，工艺存在：产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高等的问题。

随着风力发电机功率的不断提高，安装大奠基的塔座和捕捉风能的复合材料叶片做的越来越大。为了保证发电机运行平稳和塔架的安全，不仅要求叶片的质量轻也要求叶片的质量分布均匀，外型尺寸精度控制准确，长期使用性能可靠。若要满足上述要求，需要相应的成型工艺来保证。

随着环保意识的增强，目前，也有对树脂注射模塑(Resin injection moulding)简称RTM的闭模成型工艺常用的树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂。目前常用的有：热固性树脂、热塑性树脂，以及各种各样改性或共混基体。热塑性树脂可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体，冷却后又变硬。热固性树脂只能一次加热和成型，在加工过程中发生固化，形成不熔和不溶解的网状交联型高分子化合物，因此不能再生。复合材料的树脂基体，目前以热固性树脂为主。

发明内容

本发明目的在于提供一种纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺。

本发明一种纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，所述的风叶包括叶根预埋件、发泡芯及以环氧树脂和增强纤维为基材的复合材料包覆层，其中：所述的环氧树脂树脂为注射级的环氧乙烯基酯树脂，所述的增强纤维为玻璃纤维布和碳纤维布，采用注射工艺成型，依序按下述步骤：

第一，按设计要求将玻璃纤维布和碳纤维布裁剪成规定尺寸的各铺层，并清理并加热模具；

第二，在风叶成型模具的上下模具中铺层并放置叶根预埋件、发泡芯；

第三，合模，采用注射设备将环氧乙烯基酯树脂体系注入闭合模腔，并抽真空，对模具保温；

第四，开模，成型风叶。

本发明原理是：首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强纤维布铺层，采用注射设备将低粘度注射树脂体系注入闭合模腔，模具周边密封并紧固以及抽真空，以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润增强纤维布，采用RTM制造的叶片制品具有表面光洁，成型效率高，环境污染小等优点。另外，在铺层中增加了碳纤维增强材料。当叶片尺寸一定程度时，由于碳纤维的增强，玻璃纤维和树脂的用量可以减少，其综合成本不高于现有的玻纤复合材料，然而性能确大幅提高。利用RTM制造工艺制造风机风叶，解决了生产效率低和产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高的问题。

在上述方案基础上，按设计要求裁剪成规定尺寸的叶片铺层方法为：第0、1、3、6、7、9层为玻璃纤维布，采用形状相同的模板裁剪第2、4、5、8、11层300g碳纤维布，第7层为玻璃纤维布，采用形状相同的模板裁剪第10、12、13、14、15层玻璃纤维布，采用形状相同的模板裁剪第16、17、18、19层玻璃纤维布，所有布层裁剪时用记号笔画出外轮廓及点出上层中轴线位置点，并确定该铺层的中轴线，布层裁剪完后不要折叠放置，以平摊或卷圈放置，卷圈放置时不得重叠。

在铺层和成型过程中，玻璃纤维布和碳纤维布铺层应保证干燥且铺放平直，以尽可能减少复合材料的孔隙率，获得良好力学性能。

在上述方案基础上，所述的发泡芯可以通过下述工艺成型：首先，在发泡芯的上、下模具清理干净；然后，将黄油分别涂于发泡芯上、下模的表面，附上一层聚乙烯薄膜后进行合模，用压力设备进行模具保压；再后，向该模具腔内浇入聚醚和异氰酸酯1：1混合料，浇注完毕封住浇注口；最后，20-30分钟后去掉压力设备，将模具慢慢开启，移出发泡芯，放置在25摄氏度恒温室内储存。

在风叶模腔中铺层的方法按下述步骤：铺层按照裁剪铺层的序号顺序逐一铺放，每层布的中心轴一一对应，铺完下模的铺层后放入发泡芯，在叶根位置埋入叶根预埋件，然后，按下模的铺层方法在上模进行铺层。

本发明的优越性在于：采用整个叶片一次成型的RTM工艺，产品尺寸和外型精度高，制品表面光洁度高；与手糊工艺相比成型效率高，环境污染小，有机挥发份小于20ppm。较好的解决了风电企业的风叶制造的质量稳定性和材料节能性，并且提高了生产效率。

附图说明

附图：本发明叶片模具的注射孔位置示意图。

具体实施方式

一种纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，所述的风叶包括叶根预埋件、发泡芯及以环氧树脂和增强纤维为基材的复合材料包覆层，其中，所述的环氧树脂树脂为注射级的环氧乙烯基酯树脂，所述的增强纤维为玻璃纤维布和碳纤维布，采用注射工艺成型，依序按下述步骤：

第一，制作材料的准备：包括发泡芯、注射级环氧乙烯基酯树脂及固化剂的配制，以及按设计要求裁剪成规定尺寸的各铺层，然后清理模具、加热模具；

第二，在风叶成型的上、下模具中铺层并放置叶根预埋件、发泡芯；

第四，开模，并清理模具，叶片表面处理，称重及配重为成型风叶。

叶片RTM铺层裁剪的设计及材料要求：

叶片裁剪第0层：为EL300玻璃纤维布；

叶片裁剪第1层：为EBX800/0/90玻璃纤维布；

叶片裁剪第3层：EBX450±45玻璃纤维布；

叶片裁剪2、4、5、8、11层为300g碳纤维且采用相同模板；

叶片裁剪第6、7、9层：EL1200玻璃纤维布；

叶片裁剪第10、12、13、14、15层为玻璃纤维布，且采用相同模板；

叶片裁剪第16、17、18、19层为玻璃纤维布，且采用相同模板；

以上所有布层裁剪时用记号笔画出外轮廓及点出上层中轴线位置点，拿去上下模板，用木鸡弹出上下模布层的中轴线。布层裁剪完后不要折叠放置，以平摊或卷圈放置，卷圈放置时不得重叠，以保证各铺层平直。

在RTM模具中制作发泡芯：

第一，发泡芯模准备：清理发泡芯模，使发泡芯模内外表面干净，没有附着物及灰尘，可以留有少许黄油，将上下芯模分别置于模具内，用毛刷将黄油分别涂于发泡芯模的表面，然后在表面附上一层聚乙烯薄膜。

第二，进行合模，用压力设备进行模具保压，防止里面的配料溢流，然后向模具腔内浇入配料（由聚醚和异氰酸酯1：1混合），浇注完毕封住浇注口。

第三，进行开模：20-30分钟后先去掉压力设备，将模具慢慢开启，移出发泡芯模具。

第四，发泡芯放置：应在25摄氏度恒温室内储存。

RTM模具的铺层：

布层铺放的时候首先查看风叶模具的注射孔是否清理通畅，以防止影响后序的注射工艺。

铺层的铺放按照裁布的序号顺序的逐一铺放。每层布的中心轴一一对应。铺完下模的铺层后，整理修剪布层，放入发泡芯，在叶根位置埋入叶根预埋件，铺放上模的铺层，上模的铺层和下模铺层一样。

以上是RTM模具下模的铺层，其注意铺层必须整理统一对称性，尽量减少布层的移动和拉扯，减少布层的变形量。

采用上述工艺制得的叶片外观质量高，无凹坑，产品尺寸和外型精度高，适合成型高质量的复合材料整体，整个叶片一次成型；制品表面光洁度高；成型效率高，确保了成品件的动平衡要求。

采用这种风力发电机叶片RTM制造工艺，前期设备投资小，模具寿命高，生产成本低；班产量高。

RTM注射工艺：

如附图所示，注射料树脂体系从孔1注入，从孔2抽出；孔3、4、5、6关闭，等其注入树脂体系到达5-6Kg，打开孔6同时注射；孔7、8、9的特殊位置，是为了防止叶片缺胶而设置的孔，采取先抽后闭。

如附图所示，为模腔长度为4700mm的叶片模具的注射孔位置示意图，孔1至6的位置在叶片表面的中心线上，孔1距叶根的垂直距离为300mm，孔2距叶根的垂直距离为980mm，孔3距叶根的垂直距离为2300mm, 孔4距叶根的垂直距离为3200mm, 孔5距叶根的垂直距离为4000mm，孔6为叶尖部位。孔7、8、9分别近孔1、孔2、孔2与孔3之间的位置，即位于叶片较厚部位，用于补胶。

以上RTM模具注射工艺必须保证树脂和模具温度控制在25摄氏度，布层必须烘干处理。

树脂注射完成后，在模具中保温，保温一定时间，进行开模具，注射工艺就此完成。

叶片表面处理：

在修边木桌上用磨光机去除叶片飞边，查找叶片胶衣层下面叶片注胶白区，用铲刀、磨光机等去除表层胶衣层，用注入针筒将树脂注入白区，并用聚乙烯薄膜粘表面再用刮刀刮去多余树脂，如有修补地方，可用原子灰修补。表面需要喷气干胶衣的地方先用沙子打亮，使其变粗糙，然后丙酮清洗，待干后用聚乙烯薄膜粘于不需要喷的表面保护，喷气干型胶衣。可在60℃-80℃烘箱中烘烤，以加快固化。

另外，叶片放置时叶片的受风面不受到损害，要以叶根着地叶尖朝天直立角不小于75⁰或前缘着地后缘直立角不小于80⁰放立。

Claims

1.一种纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，所述的风叶包括叶根预埋件、发泡芯及以环氧树脂和增强纤维为基材的复合材料包覆层，其特征在于：所述的环氧树脂树脂为注射级的环氧乙烯基酯树脂，所述的增强纤维为玻璃纤维布和碳纤维布，采用注射工艺成型，依序按下述步骤：

第一，按设计要求将玻璃纤维布和碳纤维布裁剪成规定尺寸的各铺层，清理并加热模具；

第三，合模，采用注射设备将环氧乙烯基酯树脂体系注入闭合模腔，并抽真空，对模具保温25摄氏度；

第四，开模，成型风叶。

2.根据权利要求1所述纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，其特征在于，按设计要求裁剪成规定尺寸的叶片铺层方法为：第0、1、3、6、7、9层为玻璃纤维布，采用形状相同的模板裁剪第2、4、5、8、11层300g碳纤维布，采用形状相同的模板裁剪第10、12、13、14、15层玻璃纤维布，采用形状相同的模板裁剪第16、17、18、19层玻璃纤维布，所有布层裁剪时用记号笔画出外轮廓及点出上层中轴线位置点，并确定该铺层的中轴线，布层裁剪完后不要折叠放置，以平摊或卷圈放置，卷圈放置时不得重叠。

3.根据权利要求1或2所述纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，其特征在于：在铺层和成型过程中，玻璃纤维布和碳纤维布铺层干燥且铺放平直。

4.根据权利要求1所述纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，其特征在于，所述的发泡芯通过下述工艺成型：首先，在发泡芯的上、下模具清理干净；然后，将黄油分别涂于发泡芯上、下模的表面，附上一层聚乙烯薄膜后进行合模，用压力设备进行模具保压；再后，向该模具腔内浇入聚醚和异氰酸酯1：1混合料，浇注完毕封住浇注口；最后，20-30分钟后去掉压力设备，将模具慢慢开启，移出发泡芯，放置在25摄氏度恒温室内储存。

5.根据权利要求1或2所述纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，其特征在于，在风叶成型模具腔中铺层的方法按下述步骤：铺层按照裁剪铺层的序号顺序逐一铺放，每层布的中心轴一一对应，铺完下模的铺层后放入发泡芯，在叶根位置埋入叶根预埋件，然后，按下模的铺层方法在上模进行铺层。

6.根据权利要求1或2所述纤维增强树脂基复合材料的风力发电机的风叶制造工艺，其特征在于，叶片放置时要以叶根着地叶尖朝天直立角不小于75⁰或前缘着地后缘直立角不小于80⁰放立。