CN109852007A - 一种cf/gf混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高性能纤维增强复合材料领域，公开了一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法，按比例将环氧树脂100份、固化剂20～60份、脱模剂0.5～2份、促进剂0.1～3份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液；将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶液；将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化；将固化后的型材以一定的速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。本发明提出一种碳/玻纤维混杂增强环氧树脂复合材料拉挤型材生产工艺，提供一种质轻、高性能的用于风电叶片根的预埋楔形条型材。

Description

一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法

技术领域

本发明属于高性能纤维增强复合材料领域，尤其涉及一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：混杂纤维增强树脂基复合材料是指在同一基体中有两种或两种以上增强纤维的复合材料。根据混杂纤维在树脂基体中的分布,主要分为层间混，杂、层内混杂和夹心混杂等形式。混杂复合材料常被要求高强度、低质量、低成本,在日常生活中被广泛应用。

玻璃纤维与碳纤维相比,拥有较低的模量和较高的应变承受能力,当用一部分玻璃纤维代替碳纤维时,复合材料的弯曲性能有了明显提高。同时,由于玻璃纤维的成本较碳纤维的成本低的多,复合材料整体成本会下降,但是相对比于纯碳纤维复合材料,其密度则会增加。因此,设计复合材料时,应充分考虑增强材料的性能,以及各个组分间的体积分数,从而得出具有最优混杂比的复合材料。

目前对混杂复合材料的研究多针对纤维织物的层内混杂及层间混杂,对单向连续混杂纤维的层间混杂研究较少。

风电叶片是由复合材料制成的薄壳结构，一般由根部、外壳和加强筋或梁三部分组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90％以上。随着风电机组单机容量的增大，叶片长度和重量将成倍增加。为使风电叶片在运行过程中叶尖不触碰塔架，发挥高效的发电效率，轻质高刚度成为大型风电叶片对材料提出的新要求。于是很自然地，性能更优异的增强材料—碳纤维进入了叶片生产者的视野。

当前，风电叶片普遍采用的增强材料是玻璃纤维。就GFRP叶片的模量和强度来说，其临界长度大约是60m。而碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优异性能，其比强度是GFRP的2倍，比模量是GFRP的3倍。CFRP轻质又刚度高的特性，为风电叶片临界长度的增加提供了新的途径。但CFRP在刚度较高的同时，必然存在韧性相对较低的缺陷。

因此，将碳纤维和玻璃纤维混杂使用、协调匹配，令各自发挥其性能优势，相互取长补短，不仅可以提高综合性能，还能减轻重量、降低成本，提高经济效益。

风电叶片根是叶片结构设计的重要环节之一，而现有的叶片与轮毂的连接是靠螺栓或螺栓套与其连接实现的，轮毂为连接三个叶片的承载体，因此，叶片所受的荷载最终会通过叶片根传递到风力发电机组轮毂上，所以，叶片根是整个叶片结构中受力最大、结构最复杂的部件。

在实际的生产过程中，大部分的叶片都是通过后打孔工艺来实现螺栓和轮毂的连接，这种后打孔工艺存在着很大的风险，在叶片后打孔的过程中，若打孔机的精度出现任何偏差，都可能导致叶片的报废。同时，由于后打孔的工艺会造成叶片根原有结构层的加工损伤，因此就要求叶根结构设计具有较高的安全系数。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，叶片大型化存在的重量载荷增大及相应的强度要求不能同时兼顾的问题。

(2)玻纤或碳纤与树脂的浸润缺陷导致的产品表面瑕疵或界面问题。

(3)连续生产速度低无法适应大规模工业生产问题。

解决上述技术问题的难度：

玻纤、碳纤重量比例问题、与树脂之间的浸润问题，成型温度、拉力、速度、直线度的控制问题。

解决上述技术问题的意义：本发明解决了叶片大型化后要求相关配件的轻量化和强度提高问题；提高了该产品拉挤成型的速度，确保了产品直线度和喷砂的均匀度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法。本发明中CF/GF为碳纤维/玻璃纤维。

本发明是这样实现的，一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法包括：

按比例将环氧树脂100份、固化剂20～60份、脱模剂0.5～2份、促进剂0.1～3份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液；

将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶液；

将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化；

将固化后的型材以300mm～600mm/min速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。

进一步，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、甲基环己烯基四酸二酐为其中一种。

进一步，脱模剂为比例为1:1的硬脂酸锌：磷酸氟醇酯的混合剂。

进一步，促进剂为2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、二甲基咪唑脲其中的一种。

进一步，将脱模剂与固化剂、促进剂在胶体磨中混合成均匀糊状物，再将糊状物加入环氧树脂中搅拌均匀。

进一步，碳纤维与E玻纤维的混杂纤维CF/GF，相对环氧树脂重量比为70～80份。

进一步，将浸润过树脂胶液的CF/GF混杂纤维拉入成型模具进行拉挤成型；第一区为预热区，温度120～140℃；第二区为凝胶区，温度140～160℃；第三区为固化区，温度160～180℃。

进一步，将固化后的型材以300mm～600mm/min速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面，喷砂磨料为：石英砂、金刚砂、铁砂、陶瓷砂、紫罗兰玻璃珠；空气工作压力为2-6bar；通过停留时间为3-5分钟。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法生产的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产设备。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

碳玻混杂比单一玻纤增强环氧树脂复合材料密度降低1/3；力学强度平均提高1.5倍；有效提供了一种质轻、高性能的用于风电叶片根的预埋楔形条型材。

本发明提出一种碳/玻纤维混杂增强环氧树脂复合材料拉挤型材生产工艺，提供一种质轻、高性能的用于风电叶片根的预埋楔形条型材。

附图说明

图1是本发明实施例提供的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产工艺流程示意图。

图2是本发明实施例提供的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产设备示意图。

图3是本发明实施例提供的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材表面喷砂设备示意图。

图中：1、纱团架；2、导纱板；3、胶液浸胶槽；4、加热模具；5、牵引装置；6、切割机；7、自动输送带；8、喷砂室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，叶片大型化存在的重量载荷增大及相应的强度要求不能同时兼顾的问题。

为解决现有技术中存在的问题，下面结合具体方案对本发明作详细描述。

本发明实施例提供的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法包括：

按比例将环氧树脂100份、固化剂20～60份、脱模剂0.5～2份、促进剂0.1～3份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液。

将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶液。

将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化。

将固化后的型材以一定的速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。

在本发明实施例中，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、甲基环己烯基四酸二酐其中的一种。

在本发明实施例中，脱模剂为比例为1:1的硬脂酸锌：磷酸氟醇酯的混合剂。

在本发明实施例中，促进剂为2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、二甲基咪唑脲其中的一种。

在本发明实施例中，将脱模剂与固化剂、促进剂在胶体磨中混合成均匀糊状物，再将糊状物加入环氧树脂中搅拌均匀。

在本发明实施例中，碳纤维与E玻纤维的混杂纤维CF/GF，相对环氧树脂重量比为70～80份。

在本发明实施例中，将浸润过树脂胶液的CF/GF混杂纤维拉入成型模具进行拉挤成型；第一区为预热区，温度120～140℃；第二区为凝胶区，温度140～160℃；第三区为固化区，温度160～180℃。

在本发明实施例中，将固化后的型材以300mm～600mm/min速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面，喷砂磨料为：石英砂、金刚砂、铁砂、陶瓷砂、紫罗兰玻璃珠；空气工作压力为2-6bar；通过停留时间为3-5分钟。

如图2所示，本发明提供一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产设备。

图3所示，本发明供一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材表面喷砂设备。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明实施例提供了一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产方法，利用图2-图3所示的拉挤过程装备进行生产，其具体工艺过程如图1所示，包括以下步骤：

S101，送纱：CF(碳纤维)、GF(玻璃纤维)从纱架1引出。

S102，浸胶：引出的碳纤维、玻璃纤维经过导纱板进入胶液浸胶槽3被树脂胶液浸透；其中，树脂胶液中均匀一次性混合固化剂、促进剂和内脱模剂。

S103，固化成型：浸透树脂胶液的碳纤维、玻璃纤维再进入加热模具4进行预热、凝胶和固化成型。

S104，牵引：固化后的产品由液压牵引装置5连续不断的拉出。

S105，切割：牵引拉出的产品通过切割机6切割成定长的制品。

S106，喷砂：切割成定长的制品通过自动输送带7被送入喷砂室8进行表面喷砂而成为最终产品。

实施例2

本发明实施例提供了一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产方法包括：

按比例将环氧树脂100份、固化剂20份、脱模剂0.5份、促进剂0.1份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液。

将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶液。

将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化。

将固化后的型材以一定的速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。

实施例3

本发明实施例提供了一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产方法包括：

按比例将环氧树脂100份、固化剂60份、脱模剂2份、促进剂3份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液。

将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶液。

将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化。

将固化后的型材以一定的速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。

实施例4

本发明实施例提供了一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产方法包括：

按比例将环氧树脂100份、固化剂40份、脱模剂1.25份、促进剂0.2份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液。

将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶。

将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化。

将固化后的型材以一定的速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。

表1.实施例力学性能测试结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，所述CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法包括：

按比例将环氧树脂100份、固化剂20～60份、脱模剂0.5～2份、促进剂0.1～3份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液；

将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶液；

将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化；

将固化后的型材以300mm～600mm/min的速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。

2.如权利要求1所述的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、甲基环己烯基四酸二酐其中一种。

3.如权利要求1所述的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，脱模剂为比例为1:1的硬脂酸锌：磷酸氟醇酯的混合剂。

4.如权利要求1所述的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，促进剂为2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、二甲基咪唑脲其中的一种。

5.如权利要求1所述的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，将脱模剂与固化剂、促进剂在胶体磨中混合成均匀糊状物，再将糊状物加入环氧树脂中搅拌均匀。

6.如权利要求1所述的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，碳纤维与E玻纤维的混杂纤维CF/GF，相对环氧树脂重量比为70～80份。

7.如权利要求1所述的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，将浸润过树脂胶液的CF/GF混杂纤维拉入成型模具进行拉挤成型；第一区为预热区，温度120～140℃；第二区为凝胶区，温度140～160℃；第三区为固化区，温度160～180℃。

8.如权利要求1所述的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法，其特征在于，将固化后的型材以300mm～600mm/min速率匀速拉出，在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面，喷砂磨料为：石英砂、金刚砂、铁砂、陶瓷砂、紫罗兰玻璃珠；空气工作压力为2-6bar；通过停留时间为3-5分钟。

9.一种利用权利要求1所述CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法生产的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材。

10.一种实施权利要求1所述CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材的生产方法的CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材生产设备。