CN105690790B - 风力发电用复合材料叶片一体成型方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电用复合材料叶片一体成型方法及装置，包括上模、芯模、下模、电加热装置，所述的上模下表面形成与叶片一侧形状相匹配的凹槽，所述的下模上表面形成与叶片另一侧形状相匹配的凹槽，上模和下模之间设有玻璃钢腹板，所述的芯模包括四个分区芯模，分别设置在玻璃钢腹板上下方，各分区芯模以及玻璃钢腹板表面均包裹有可在抽真空时收缩的弹性海绵；上模和下模上还设有抽气口，该抽气口连接抽真空装置；合模后，通过抽真空装置抽真空在上模、下模和玻璃钢腹板处的弹性海绵收缩，灌注环氧树脂，模压形成迎风面、背风面和中间加强筋一体成型的叶片。与现有技术相比，本发明具有有效解决叶片开裂问题，提高叶片性能等优点。

Description

风力发电用复合材料叶片一体成型方法及装置

技术领域

本发明涉及一种叶片的成型，尤其是涉及一种风力发电用复合材料叶片一体成型方法及装置。

背景技术

风能作为可再生的清洁能源，拥有广大应用前景，其开发利用受到了全世界各国的高度重视。风力发电离不开风电叶片。传统叶片是将上、下模分别成型后，将前后缘部分粘接，完全靠粘接剂来连接，容易带来很多问题。粘接剂本身从广泛的意义上来说，是一种高粘度的纯树脂，有的加入了一些毫米级短切纤维或其他填料，但相比纤维增强的层合板，性能等级相差甚大。并且粘接剂是一种脆性材料，韧性和疲劳性能差，造成叶片的粘接区域多为叶片的性能薄弱区域。实际情况也是，叶片在风场运行过程中粘接剂常发生裂纹、粘接面开裂和剥离的现象；且粘接效果也很难通过目测或无损检测进行查验。传统的风机叶片采用将两个半壳体在前后缘粘接起来，经常出现开裂问题，增加了后期的维修费用。

传统的RTM工艺，使用树脂注射机，在较高的正压下，将树脂液体在高压下流动浸透增强纤维材料。整套系统效率高，但是整个模具系统设计复杂，硬件投入成本高。同时对树脂注射机的要求也非常高，模具承受的压力大，刚度要求高，成本高。所以RTM工艺一般适合于中小型的复合材料部件，在风电叶片上的成型工艺上应用受限。

中国专利申请201210580472.X公开了一种水平轴分段式风电叶片一体化成型的制作工艺方法及适用于该方法的一体化装置。该风电叶片至少包含两段复合材料叶片段，两个相邻段的连接部位在制作时预埋金属螺栓套，然后采用正压辅助真空灌注的方式一体化成型，既克服了传统灌注工艺的不足，同时解决了分段叶片的制作问题，另外一体化成型工艺也避免了传统工艺壳体使用粘接剂粘接带来的各种弊端和风险。但是该发明方法不仅能避免传统工艺壳体使用粘接剂粘接带来的易开裂问题，还能实现整个风电叶片的零分段一体成型，减少叶片的后期处理工作，无需预埋金属连接件，同时为叶片减重。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效解决叶片开裂问题，提高叶片性能的风力发电用复合材料叶片一体成型方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：风力发电用复合材料叶片一体成型方法，采用模具成型，模具包括上模、下模和芯模，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)制作弹性芯模：将芯模分为4个区，各区设置与叶片形状相匹配的芯模卡板，用方管将各芯模卡板串联，螺栓固定，分别组成各区芯模，各区芯模外依次包裹海绵弹性体和真空袋膜，形成四个弹性芯模：A区芯模、B区芯模、C区芯模和D区芯模；

(2)清理模具：将上模、下模打洁模剂、封孔剂、脱模剂、脱模蜡；

(3)铺设纤维材料和芯材：将纤维材料铺设到叶片下模上，两边各留出模具周长的1/4，在纤维材料上铺设前缘和后缘的芯材，再铺一层纤维材料；

(4)形成密闭的型腔：纤维材料之上依次铺设脱模布、带孔隔离膜、导流网、螺旋管、真空袋膜，放入D区芯模，单独包裹上真空袋膜、导流网、带孔隔离膜和脱模布，同理单独包裹C区芯模，在包裹好的C区芯模上方腹板位置铺设纤维材料和夹心材料，然后在其上方铺设单独包裹的B区芯模和单独包裹的A区芯模，用模具两侧留出的纤维材料将整个芯模紧紧包覆，用胶粘接，合模后，用密封胶条将真空袋膜粘接在叶片根部的法兰盘上，纤维材料和夹心材料包裹在一个密闭型腔中；

(5)RTM成型：对密闭型腔抽真空，灌注环氧树脂，利用叶片模具上的电加热装置加热固化；

(6)脱模：将4个分区的弹性芯模抽真空，收缩变小后，依次抽出。

(7)后处理：将边角料打磨即为一体结构成型复合材料叶片。

所述的弹性芯模抽真空时海绵可收缩10mm。

所述的纤维材料包括双轴布、三轴布、短切毡、泡沫芯材、环氧树脂中的一种或多种材料层叠加而成。

一种实施所述的风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，包括上模、芯模、下模、电加热装置，其特征在于，所述的上模下表面形成与叶片一侧形状相匹配的凹槽，所述的下模上表面形成与叶片另一侧形状相匹配的凹槽，上模和下模之间设有玻璃钢腹板，所述的芯模包括四个分区芯模，分别设置在玻璃钢腹板上下方，各分区芯模以及玻璃钢腹板表面均包裹有可在抽真空时收缩的弹性海绵；上模和下模上还设有抽气口和注胶口，抽气口连接抽真空装置；合模后，通过抽真空装置抽真空在上模、下模和玻璃钢腹板处的弹性海绵收缩，灌注环氧树脂，模压形成迎风面、背风面和中间加强筋一体成型的叶片。

所述的上模和下模两端通过法兰连接，并在连接处设有真空管，合模缝处敷设有一层吸胶毡。

所述的上模和下模四周边缘处设有第二密封圈，抽气口设置在模具边缘位于第二密封圈处，整个模具周围用真空袋密封。

所述的上模和下模内表面设有一层加强材料层，该加强材料层从内侧到外侧依次为真空袋膜、导流网、带孔隔离膜和脱模布，所述的注胶口设置加强材料层内侧位于玻璃钢腹板两侧。

所述的导流网与合模缝之间的距离为100mm，以避免在树脂灌透整个叶片之前，提前从出气口出胶。

所述的各分区芯模均由多个芯模卡板用方管串联而成，并在各分区芯模外包裹一层弹性海绵，放入上模和下模之间的壳体后在弹性海绵外侧再包裹一层真空带膜。

与现有技术相比，本发明模具由叶片上下模和可收缩的弹性芯模组成，使用双轴布、三轴布、短切毡、泡沫芯材、环氧树脂等材料作为增强材料敷设在上下模表面，然后将可收缩弹性芯模放置在内，抽真空、弹性芯模表面收缩10mm，采用RTM成型工艺，浇注树脂进收缩的10mm空腔内，一体成型，工艺简单高效，可一次成型光滑的叶片表面，后期打磨少，产品精度高。

附图说明

图1为本发明一体结构成型复合材料叶片的芯模俯视图；

图2为本发明一体结构成型复合材料叶片的芯模截面图；

图3为本发明一体结构成型复合材料叶片的成型工艺图；

图4为本发明一体结构成型复合材料叶片的模具剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1～2所示，风力发电用复合材料叶片一体成型方法，采用模具成型，模具5包括上模、下模和芯模，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)制作弹性芯模：将芯模分为4个区，各区设置与叶片形状相匹配的芯模卡板1，用方管2将各芯模卡板1串联，螺栓固定，分别组成各区芯模，各区芯模外依次包裹海绵弹性体3和真空袋膜，形成四个弹性芯模：A区芯模、B区芯模、C区芯模和D区芯模；

(2)清理模具：将上模、下模打洁模剂、封孔剂、脱模剂、脱模蜡；

(3)铺设纤维材料和芯材：将纤维材料铺设到叶片下模上，两边各留出模具周长的1/4，在纤维材料上铺设前缘和后缘的芯材，再铺一层纤维材料；

(4)形成密闭的型腔：纤维材料之上依次铺设脱模布、带孔隔离膜、导流网、螺旋管、真空袋膜，放入D区芯模，单独包裹上真空袋膜、导流网、带孔隔离膜和脱模布，同理单独包裹C区芯模，在包裹好的C区芯模上方腹板位置铺设纤维材料和夹心材料，然后在其上方铺设单独包裹的B区芯模和单独包裹的A区芯模，用模具两侧留出的纤维材料将整个芯模紧紧包覆，用胶粘接，合模后，用密封胶条将真空袋膜粘接在叶片根部的法兰盘上，纤维材料和夹心材料包裹在一个密闭型腔中；

(5)RTM成型：对密闭型腔抽真空，灌注环氧树脂，利用叶片模具上的电加热装置加热固化；

(6)脱模：将4个分区的弹性芯模抽真空，收缩变小后，依次抽出。

(7)后处理：将边角料打磨即为一体结构成型复合材料叶片产品13。

所述的弹性芯模抽真空时海绵可收缩10mm。

所述的纤维材料包括双轴布、三轴布、短切毡、泡沫芯材、环氧树脂中的一种或多种材料层叠加而成。

如图1、3所示，实施上述风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，包括上模、芯模、下模、电加热装置，所述的上模下表面形成与叶片一侧形状相匹配的凹槽，所述的下模上表面形成与叶片另一侧形状相匹配的凹槽，上模和下模之间设有玻璃钢腹板5，所述的芯模6包括四个分区芯模，分别设置在玻璃钢腹板5上下方，各分区芯模以及玻璃钢腹板5表面均包裹有可在抽真空时收缩的弹性海绵3，弹性海绵3外侧包裹有真空带膜4，真空带膜4外侧设有加强材料层9，该加强材料层9从内侧带外侧依次为真空袋、导流网、带孔隔离膜、脱膜布。其中导流网的敷设要离合模缝100mm，加强材料层9设置在上模和下模的内侧的玻璃钢壳体14侧壁上，模具外围还设有第二密封圈10；上模和下模上还设有抽气口7和注胶口8，抽气口7设置在模具边缘位于第二密封圈10处，抽气口7连接抽真空装置，注胶口8设置在模具内加强材料层9内；合模后，所述的上模和下模两端通过法兰连接，合模缝处铺设一层吸胶毡11，并在模具周围用真空袋12密封，通过抽真空装置抽真空在上模、下模和玻璃钢腹板处的弹性海绵收缩，灌注环氧树脂，模压形成迎风面、背风面和中间加强筋一体成型的叶片。

模具的剖视图如4所示，抽气口7设有14个，真空管15每根之间要断开，且两根真空管之间间距不小于100mm。

Claims (7)

1.风力发电用复合材料叶片一体成型方法，采用模具成型，模具包括上模、下模和芯模，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)制作弹性芯模：将芯模分为4个区，各区设置与叶片形状相匹配的芯模卡板，用方管将各区芯模卡板串联成一组，螺栓固定，每组芯模卡板外依次包裹海绵弹性体和真空袋膜，形成四个弹性芯模：A区芯模、B区芯模、C区芯模和D区芯模；

(2)清理模具：将上模、下模打洁模剂、封孔剂、脱模剂、脱模蜡；

(3)铺设纤维材料和芯材：将纤维材料铺设到叶片下模上，两边各留出模具周长的1/4，在纤维材料上铺设前缘和后缘的夹心芯材，再铺一层纤维材料；

(4)形成密闭的型腔：纤维材料之上依次铺设脱模布、带孔隔离膜、导流网、螺旋管、真空袋膜，放入A、B区芯模，单独包裹上真空袋膜、导流网、带孔隔离膜和脱模布，同理单独包裹C、D区芯模，在包裹好的A、B区与C、D区芯模之间腹板位置铺设纤维材料和夹心材料，然后在A、B、C、D芯模的上模位置分别铺设上模前缘、后缘夹心芯材，用模具两侧预留出的纤维材料将整个芯模紧紧包覆，喷胶粘接，合模后，用密封胶条将真空袋膜粘接在叶片根部及前后缘的法兰边上，纤维材料和夹心材料包裹在一个密闭型腔中；

(5)RTM成型：对密闭型腔抽真空，灌注环氧树脂，利用叶片模具上的电加热装置加热固化；

(6)脱模：将4个分区的弹性芯模抽真空，收缩变小后，依次抽出；

(7)后处理：将边角料打磨即为一体结构成型复合材料叶片；

所述的弹性芯模抽真空时海绵弹性体可收缩10mm；

所述的纤维材料包括双轴布、三轴布、短切毡、泡沫芯材、环氧树脂中的一种或多种材料层叠加而成。

2.一种实施权利要求1所述的风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，包括上模、芯模、下模、电加热装置，其特征在于，所述的上模下表面形成与叶片一侧形状相匹配的凹槽，所述的下模上表面形成与叶片另一侧形状相匹配的凹槽，上模和下模之间设有玻璃钢腹板，所述的芯模包括四个分区芯模，分别设置在玻璃钢腹板上下方，各分区芯模以及玻璃钢腹板表面均包裹有可在抽真空时收缩的海绵弹性体；上模和下模上还设有抽气口和注胶口，抽气口连接抽真空装置。

3.根据权利要求2实施所述的风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，其特征在于，所述的上模和下模两端通过法兰连接，并在连接处设有真空管，合模缝处敷设有一层吸胶毡。

4.根据权利要求2实施所述的风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，其特征在于，所述的上模和下模四周边缘处设有第二密封圈，抽气口设置在模具边缘位于第二密封圈处，整个模具周围用真空袋密封。

5.根据权利要求2实施所述的风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，其特征在于，所述的上模和下模内表面设有一层加强材料层，该加强材料层从内侧到外侧依次为真空袋膜、导流网、带孔隔离膜和脱模布，所述的注胶口设置在加强材料层内侧位于玻璃钢腹板两侧。

6.根据权利要求5实施所述的风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，其特征在于，所述的导流网与合模缝之间的距离为100mm。

7.根据权利要求2实施所述的风力发电用复合材料叶片一体成型方法的装置，其特征在于，所述的各分区芯模均由多个芯模卡板用方管串联而成，并在各分区芯模外包裹一层海绵弹性体。