CN110884167B - 一种风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构及成型方法 - Google Patents
一种风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构及成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构及成型方法,该灌注结构包括底层导流介质、增强材料、上表面导流介质、注胶管路、注胶用的欧姆管及螺旋管,底层导流介质设置在模具最底层,增强材料铺设在底层导流介质上,上表面导流介质设置在弦向注胶侧的增强材料上表面并与增强材料上表面部分搭接,欧姆管沿展向设置在上表面导流介质的边缘处,欧姆管两端套接管径小于欧姆管的螺旋管,注胶管路的注胶口位于模具展向的中部并与欧姆管对接。本发明提升了整体的灌注速度,避免了少量位置由于流道设计不合理而导致的灌注时间延长,从而了提升生产效,改善聚氨酯复合材料制品在制造过程中易出现的灌注不良,并降低成型过程中的风险。
Description
技术领域
本发明属于复合材料成型领域,尤其涉及一种风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构及成型方法。
背景技术
目前风力发电叶片,在生产过程中通常采用双组份环氧灌注体系树脂。即体系在一定的负压条件下,树脂由外界注入到增强材料中,然后固化成型。为优化叶片质量,缩短生产周期,特开发由多元醇(拜多78BD085)和异氰酸酯(德士模多44CP20)组成的热固性聚氨酯树脂,层合板力学性能、层间剪切性能和抗疲劳性能均满足风力涡轮机的风轮叶片。以该聚氨酯树脂体系与增强材料来制备风力发电叶片复合材料不仅能够明显降低重量,进而降低叶片整体的重量,来达到轻量化要求,而且,其相对便宜的树脂单价可为生产产家降低成本。
这款树脂体系的起始粘度非常低,固化时间短于环氧树脂体系(固化时间60min、25摄氏度条件下,多元醇粘度50±20mpa·s,异氰酸酯粘度约为287mpa·s)。由于这款树脂体系的特性与常用环氧树脂相差很大,容易出现富胶、和浸润不良等缺陷。根据风力发电叶片的气动外形,承压侧的主梁成型的模具的中间相对较高,两端相对较低,承压侧的增强材料更容易出现富胶、和浸润不良等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服以上背景技术中提到的不足和缺陷,提供一种风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构及成型方法,以解决富胶和浸润不良等缺陷。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构,该灌注结构包括底层导流介质、增强材料、上表面导流介质、注胶管路、注胶用的欧姆管及螺旋管,底层导流介质设置在模具最底层,增强材料铺设在底层导流介质上,上表面导流介质设置在弦向注胶侧的增强材料上表面并与增强材料上表面部分搭接,搭接部分的弦向长度控制在增强材料弦向长度的三分之一以内、五分之一以上,欧姆管沿展向设置在上表面导流介质的边缘处,欧姆管两端套接管径小于欧姆管的螺旋管,注胶管路的注胶口位于模具展向的中部并与欧姆管对接。
进一步的,所述上表面导流介质展向上的长度与增强材料相同或基本相同。
进一步的,所述欧姆管和螺旋管的整体长度略小于上表面导流介质。
进一步的,所述注胶管路沿展向分布有两个注胶口,对称设置在模具最高点两侧。
进一步的,在所述增强材料的上表面的抽气侧设有抽气袋,抽气袋为半透膜,抽气袋连通真空管路。
进一步的,所述抽气袋中放置有导流网。
进一步的,在所述抽气袋和上表面导流介质上方设有真空袋膜,用于对体系密封。
进一步的,还设置有除湿管路作为注胶管路的旁路,注胶管路和除湿管路上分别设置注胶阀门和除湿阀门。
本发明提供的所述灌注结构的成型方法,包括下述的步骤:
S1.通过所述真空管路和抽气袋将体系抽真空,然后保压;
S2.关闭注胶阀门,打开除湿阀门,通过除湿管路对体系抽气除湿;
S3.用聚氨酯树脂进行灌注,依次流经注胶管路、欧姆管、螺旋管和导流介质;
S4.在35~45℃的模具温度下进行预固化1.5~2.5h,然后升温至固化完全,最后进行脱模。
进一步的,灌注时控制聚氨酯树脂胶液温度15~25℃。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明通过调整导流介质的铺设位置、欧姆管和螺旋管的设置位置,可以有效的控制树脂前锋的推进速度,避免由于树脂粘度较小而带来的横向浸润速度过快带来的浸润不良和包流现象,以及纵向的模具两端较低位置的富胶问题,使现有的生产系统能够适用于聚氨酯复合材料的灌注,能够满足风电叶片量级大尺寸聚氨酯复合材料的灌注成型要求。
本发明的成型固化工艺,增加了低温预固化的步骤,降低了待灌注阶段的增强材料和树脂体系的温度,有效避免了工艺操作时间不足导致胶液提前固化,有效的降低了由于固化的放热峰带来的风险,同时可以降低固化过程中的缺陷。
与传统的流道和成型设计方法相比,本发明提升了整体的灌注速度,避免了少量位置由于流道设计不合理而导致的灌注时间延长,从而了提升生产效率。另外,通过这种成型方法能够调整整个灌注过程中的树脂分布,改善聚氨酯复合材料制品在制造过程中易出现的灌注不良,并降低成型过程中的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明展向(纵向)灌注流道结构示意图;
图2是图1中A处放大图;
图3是图1中B-B剖视图(弦向);
其中:1、模具;2、注胶管路;3、除湿管路;4、欧姆管;5、螺旋管;6、增强材料;7、上表面导流介质;8、真空袋膜;9、抽气袋;10、真空管路;11、真空阀门;12、注胶阀门;13、除湿阀门。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。
如图1~3,本发明的一个实施例中,在模具1最底层铺设导流网作为底层导流介质(图中未画出),导流网弦向左端距离抽气侧(真空管路10一侧,如图3)模具立面80±10mm,弦向右侧延伸至法兰台上,这样可以控制树脂前锋推进速度在一个合适的范围。要求导流网与模具贴实、平整无褶皱,模具拐角处导流网无悬空。
在上述的导流网上铺设有增强材料6(单向玻纤织物)。按照模具刻度,铺设时用直角尺卡在模具高边每层的刻度位置进行画线,再进行裁剪。玻纤织物须铺放平整,无褶皱,边缘与模具立面靠紧但不上爬,玻纤织物低边边缘无松散毛边、布层未鼓包。
在注胶侧(注胶管路2一侧,如图3)增强材料6的上表面铺设有上表面导流介质7(可以采用导流网),上表面导流介质7上端铺设在模具1台阶上的欧姆管4下方,下端与增强材料6搭接,上表面导流介质7展向起止位置(如图1和2)为增强材料6的起止点,即上表面导流介质7展向上的长度与增强材料6的长度基本相同。
上表面导流介质7与增强材料6搭接部分的弦向长度要控制在增强材料弦向长度的三分之一以内,当其长度大于增强材料弦向长度的二分之一时会出现明显的包流现象。当弦向的上表面导流介质7铺设过长的时候也会出现树脂从上表面或者下表面浸润到抽气侧,这时候大梁中间的玻纤织物就很难浸润,从而产生缺陷。但搭接部分的弦向长度也不能太短,一般要控制在增强材料弦向长度的五分之一以上,展向和弦向的上表面导流介质7铺设过少的时候,会使树脂浸润速度太慢,从而无法在树脂的固化窗口期完成灌注。
在增强材料6上、下表面均设置导流介质/导流网,可以使树脂更快的浸润到整个增强材料6。
在模具1注胶侧法兰边沿展向铺设有注胶用的欧姆管4,欧姆管4设置在真空袋膜8和上表面导流介质7之间。欧姆管4两端套接管径较小的螺旋管5,欧姆管4和螺旋管5的整体长度略小于上表面导流介质7,如图1和2。螺旋管5可以控制流量,避免树脂在展向流动速度过快。当展向的欧姆管4和螺旋管5铺设太长,就会导致树脂富集在两端,而弦向的浸润比较慢,这时,树脂就会通过最边缘包流到抽气侧,这样会产生灌注缺陷。
注胶管路2在沿展向分布的两个注胶口处与欧姆管对接,两个注胶口设置在模具1中间较高的位置,对称设置在最高点两侧,如图1,距增强材料6的起止点800mm。聚氨酯胶液沿欧姆管4和螺旋管5从高处流到两端较低的位置从螺旋管5末端流出,然后由低向高浸润增强材料6。这样可以防止灌注不良。
在模具1抽气侧增强材料6的上表面铺设有1条幅宽300mm的抽气袋9,抽气袋9与增强材料6表面搭接250±10mm。抽气袋9需用聚氨酯专用半透膜,该半透膜可以透气,但不能透过聚氨酯树脂,这是为了在抽气过程中,防止树脂堵塞真空管路10。可以在抽气袋9中放置2层导流网作为抽气导流介质,可以导气,避免抽气袋9抽气流量很小的现象发生。
在抽气袋9和上表面导流介质7上方用两层真空袋膜8对体系封真空,模具里面拐角压实处理,袋膜多余处进行打折。
真空管路10与抽气袋9连通,体系里的空气通过抽气袋9由真空管路10抽出。真空管路10上设置真空阀门11。
除湿管路3构成注胶管路2的旁路,注胶管路2和除湿管路3上分别设置注胶阀门12和除湿阀门13,通过阀门的控制进行注胶或将体系除湿。
本发明一个实施例的成型方法,包括下述步骤:
(1)关闭注胶阀门12、除湿阀门13,用真空泵将体系抽真空。
(2)将注胶阀门12打开并连接毫巴表,关闭真空阀门11进行保压,最内层真空袋膜8真空度达20mbar以下,15min内压力变化<10mbar为保压合格,确保体系真空度符合灌注工艺的要求。
(3)关闭注胶阀门12,打开除湿阀门13,开启除湿真空泵对体系抽气,模具温度达到40℃、增强材料6表面温度≥35℃(加盖棉被)时继续保持5h。
(4)采用聚氨酯专用灌注设备灌注,控制胶液温度20℃左右。
(5)启动主梁固化程序,以低温(40℃左右)进行预固化2h,之后将模具模温机升温至固化完全。判定主梁固化完全后去除真空辅材,对主梁脱模,并吊离模具。
上述只是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构,其特征在于,该灌注结构包括底层导流介质、增强材料、上表面导流介质、注胶管路、注胶用的欧姆管及螺旋管,底层导流介质设置在模具最底层,增强材料铺设在底层导流介质上,上表面导流介质设置在弦向注胶侧的增强材料上表面并与增强材料上表面部分搭接,搭接部分的弦向长度控制在增强材料弦向长度的三分之一以内、五分之一以上,欧姆管沿展向设置在上表面导流介质的边缘处,欧姆管两端套接管径小于欧姆管的螺旋管,注胶管路的注胶口位于模具展向的中部并与欧姆管对接;
所述上表面导流介质展向上的长度与增强材料相同;
所述欧姆管和螺旋管的整体长度小于上表面导流介质;所述注胶管路沿展向分布有两个注胶口,对称设置在模具最高点两侧,聚氨酯胶液沿欧姆管和螺旋管从高处流到两端低处,并从螺旋管末端流出,然后由低向高浸润增强材料。
2.根据权利要求1所述的风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构,其特征在于,在所述增强材料的上表面的抽气侧设有抽气袋,抽气袋为半透膜,抽气袋连通真空管路。
3.根据权利要求2所述的风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构,其特征在于,所述抽气袋中放置有导流网。
4.根据权利要求2所述的风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构,其特征在于,在所述抽气袋和上表面导流介质上方设有真空袋膜,用于对体系密封。
5.根据权利要求4所述的风力发电叶片聚氨酯树脂灌注结构,其特征在于,还设置有除湿管路作为注胶管路的旁路,注胶管路和除湿管路上分别设置注胶阀门和除湿阀门。
6.一种采用权利要求5所述灌注结构的成型方法,其特征在于,包括下述的步骤:
S1. 通过所述真空管路和抽气袋将体系抽真空,然后保压;
S2. 关闭注胶阀门,打开除湿阀门,通过除湿管路对体系抽气除湿;
S3. 用聚氨酯树脂进行灌注,依次流经注胶管路、欧姆管、螺旋管和导流介质;
S4. 在35~45℃的模具温度下进行预固化1.5~2.5h,然后升温至固化完全,最后进行脱模。
7.根据权利要求6所述的成型方法,其特征在于,灌注时控制聚氨酯树脂胶液温度15~25℃。
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