CN113738603A - 芯材、叶片及叶片的成型方法 - Google Patents

芯材、叶片及叶片的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种芯材、叶片及叶片的成型方法，芯材的上表面设有相互贯通的至少一条第一深槽和至少一条第一浅槽，第一深槽与第一浅槽设置在上表面的不同方向并延伸至上表面边缘，芯材的下表面设有相互贯通的至少一条第二深槽和至少一条第二浅槽，第二深槽与第二浅槽设置在下表面的不同方向并延伸至下表面边缘，第一深槽和第二深槽的深度为芯材厚度的1/3～4/5，第一浅槽和第二浅槽的深度均小于第一深槽和第二深槽的深度。通过在芯材的上下表面不同方向开槽，提高芯材浸润树脂的能力，提高芯材与增强纤维的固定粘接性能，既能够提高芯材中树脂含量，又能够避免浪费树脂原材料，而且本方案中的芯材导流效果好，同时芯材可以自由弯曲。

Description

芯材、叶片及叶片的成型方法
技术领域
本发明涉及风机叶片领域，特别涉及一种芯材、叶片及叶片的成型方法。
背景技术
芯材是风电叶片关键材料之一，夹芯结构可用于制造大型复合材料构件，如风电叶片/船舶/飞机等部件，通常结构为增强纤维包裹夹芯结构芯材，即芯材的上表面和下表面均是增强纤维，在制作过程中，通常采用真空灌注成型工艺，即体系在一定的负压条件下树脂由外部注入到增强纤维中，而后固化成型，其中芯材的结构对树脂的流动性、增强纤维的浸润效果以及整体夹芯结构的稳定性有一定的影响。
目前芯材的结构有两种：第一，在芯材的上下表面按照一定间距开设浅槽、厚度方向打孔，此种加工方法的芯材树脂含量较少，难以满足结构强度要求，且芯材在铺设过程中不能弯曲，只能用于平面制作，应用的局限性较大；第二，在芯材上下表面按一定间距切缝，切缝深度为芯材厚度，再在芯材上下表面按照固定间距打孔，下表面用复合材料毡将芯材粘接固定在一起，此种芯材可用于铺设在曲面型腔内，但需要铺设导流网，而且切槽内的树脂含量较多，原材料浪费严重，且此种加工方式芯材上下表面的胶液流动、渗透速度差异较大，树脂大多沿切槽流动，使得芯材上下表面的增强纤维难以浸润均匀，形成较多的连续干斑，导致结构件表面的质量及强度较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中芯材结构的缺陷，提供一种芯材、叶片及叶片的成型方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种芯材，所述芯材的上表面设有相互贯通的至少一条第一深槽和至少一条第一浅槽，所述第一深槽与所述第一浅槽设置在所述上表面的不同方向并延伸至上表面边缘，所述芯材的下表面设有相互贯通的至少一条第二深槽和至少一条第二浅槽，所述第二深槽与所述第二浅槽设置在所述下表面的不同方向并延伸至下表面边缘，所述第一深槽和所述第二深槽的深度为芯材厚度的1/3～4/5，所述第一浅槽和所述第二浅槽的深度均小于所述第一深槽和所述第二深槽的深度。
通过在芯材的上下表面不同方向开槽，可以促进树脂在芯材不同方向的流动，提高芯材浸润树脂的能力，进而提高芯材与增强纤维的固定粘接性能，通过调整开槽的深度，既能够提高芯材中树脂含量，又能够避免浪费树脂原材料，而且本方案中的芯材导流效果好，使用时可以免除导流网，避免了因导流网残留树脂，同时，开设了深槽使得芯材可以自由弯曲，适用性强。
较佳地，所述第一深槽与所述第一浅槽垂直相交和/或所述第二深槽与所述第二浅槽垂直相交。
在本方案中，上表面上第一深槽与第一浅槽在垂直时使树脂在芯材各个方向的流动不会太集中，最大限度分散树脂的流动方向，使树脂分布更均匀，同理，下表面的类似设置有同样的效果。
较佳地，所述第一深槽与所述第二深槽平行间隔设置和/或所述第一浅槽与所述第二浅槽平行间隔设置。
在本方案中，深槽之间和/或浅槽之间平行间隔设置，分散了树脂在深槽和/或浅槽的分布，使芯材内的树脂分布更均匀，同时，提升了对芯材开槽的简洁性。
较佳地，所述芯材设置有贯通所述芯材的上表面和所述芯材的下表面的导流孔。
在本方案中，设置贯通上下表面的导流孔，树脂可以沿着导流孔流动，使上下表面的树脂导通，避免树脂仅沿着深槽或者浅槽方向流动，使树脂在上下表面的流动速度和渗透速度更均匀，进而使芯材上下表面的增强纤维浸润均匀，避免产生干斑，降低上下表面增强纤维产生包络干纱缺陷，提高成型后的叶片或者结构件表面的强度，同时，导流孔使得芯材上下表面导通，在除湿时，有利于芯材下铺设的增强纤维或者辅材中的水分蒸发导出，提高除湿效率。
较佳地，所述第一深槽和所述第一浅槽中的其中一个通过所述导流孔与所述第二深槽和所述第二浅槽中的其中一个导通。
在本方案中，将导流孔设置在深槽和/或浅槽上，在芯材的其中一个表面的深槽或浅槽上流动的树脂也可以通过导流孔流至另一表面的深槽或者浅槽，由于深槽或者浅槽上流动的树脂较多，且流动的速度也比较快，进一步使上下表面的树脂流动速度和渗透速度均匀，使芯材上下表面的增强纤维浸润更均匀。
较佳地，所述导流孔至少两个，所述第一深槽和所述第二浅槽通过其中一个所述导流孔导通，所述第一浅槽通过另一所述导流孔与所述第二深槽导通。
在本方案中，深槽上流动的树脂较浅槽上更多，通过设置深槽和浅槽配合导通的导流孔，使深槽和浅槽上树脂的流动速度更均匀，进一步使上下表面的树脂流动速度和渗透速度均匀。
较佳地，所述第一深槽和所述第二浅槽交叉设置，所述第一浅槽与所述第二深槽交叉设置，所述导流孔设置在对应交叉位置处。
在本方案中，由于上下表面的深槽和浅槽交叉，可以通过对芯材开槽时使深槽和浅槽导通，浅槽和深槽在开设后自然导通，不需要另行操作开设导流孔，提升芯材加工的简洁性。
较佳地，所述芯材的上表面被所述第一深槽和第一浅槽分割为若干上表面分割块，所述芯材的下表面被所述第二深槽和第二浅槽分割为若干下表面分割块，所述上表面分割块上设置有导流槽和/或所述下表面分割块上设置有导流槽。
在本方案中，导流槽可以增大芯材表面处的树脂流动性，使树脂在芯材表面处分布更加均匀，避免产生干斑，进而提高成型后结构件或者叶片的质量和强度。
较佳地，所述导流槽沿所述上表面分割块和/或所述下表面分割块的对角线延伸。
在本方案中，分割块上对角线长度最大，导流槽设置在对角线上，可以使导流槽上流动的树脂增多，提高导流槽对树脂的导流效果。
较佳地，所述导流槽包括相互交叉的至少两个导流单元，至少两个所述导流单元相连通。
在本方案中，导流单元导通时，树脂在导流单元上流动时的流向可以分叉，使树脂在导流槽上流动速度更均匀，使芯材上下表面处的增强纤维浸润更均匀，而且当叶片所用的增强纤维为双轴向或者三轴向玻纤布时，可以设置导流槽呈十字形，有利于使导流槽与玻纤方向相同，进一步提高玻纤的浸润效率。
一种叶片，其包括上述芯材。
一种叶片的成型方法，成型方法包括以下步骤：
铺设上述的芯材。
本发明的积极进步效果在于：通过在芯材的上下表面不同方向开槽，可以促进树脂在芯材不同方向的流动，提高芯材浸润树脂的能力，进而提高芯材与增强纤维的固定粘接性能，通过调整开槽的深度，既能够提高芯材中树脂含量，又能够避免浪费树脂原材料，而且本方案中的芯材导流效果好，使用时可以免除导流网，避免了因导流网残留树脂，同时，开设了深槽使得芯材可以自由弯曲，适用性强。
附图说明
图1为本发明一实施例的芯材轴测结构示意图。
图2为本发明一实施例的芯材俯视结构示意图。
图3为本发明一实施例的芯材主视结构示意图。
图4为本发明一实施例的芯材左视结构示意图。
图5为本发明一实施例的芯材灌注时的铺设示意图。
图6为本发明一实施例的芯材的前缘和后缘铺设示意图。
附图标记说明
芯材 1
第一深槽 11
第一浅槽 12
第二深槽 13
第二浅槽 14
前缘 15
后缘 16
斜角 17
导流孔 2
上表面分割块 3
下表面分割块 31
导流槽 4
导流单元 41
外蒙皮 5
内蒙皮 6
弦向 7
型腔 8
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-4所示，一种芯材1，芯材1的上表面设有相互贯通的至少一条第一深槽11和至少一条第一浅槽12，第一深槽11与第一浅槽12设置在上表面的不同方向并延伸至上表面边缘，芯材1的下表面设有相互贯通的至少一条第二深槽13和至少一条第二浅槽14，第二深槽13与第二浅槽14设置在下表面的不同方向并延伸至下表面边缘，第一深槽11和第二深槽13的深度为芯材1厚度的1/3～4/5，第一浅槽12和第二浅槽14的深度均小于第一深槽11和第二深槽13的深度。通过在芯材的上下表面不同方向开槽，可以促进树脂在芯材不同方向的流动，提高芯材浸润树脂的能力，进而提高芯材与增强纤维的固定粘接性能，通过调整开槽的深度，既能够提高芯材中树脂含量，又能够避免浪费树脂原材料，而且本方案中的芯材导流效果好，使用时可以免除导流网，避免了因导流网残留树脂，同时，开设了深槽使得芯材可以自由弯曲，适用性强。
具体地，在本实施例中，第一深槽11和第二深槽13沿着芯材1厚度方向开设，深度为芯材1厚度的1/3～4/5，优选3/5芯材1厚度，第一深槽11和第二深槽13的宽度为0.5～2mm，优选1mm，第一深槽11和第二深槽13的间距为10～50mm，优选15～35mm，更优选20～25mm。第一浅槽12和第二浅槽14的深度均小于第一深槽11和第二深槽13的深度，优选第一浅槽12和第二浅槽14的深度为1～4mm，更优选2～3mm，宽度为0.5～2mm，第一浅槽12和第二浅槽14的间距为15～35mm，优选25mm。其中，第一深槽11与第一浅槽12在上表面上沿着不同方向延伸至上表面边缘，上表面上的不同方向即上表面的横向和纵向，同理，下表面的第二深槽13和第二浅槽14也即沿着下表面的横向和纵向延伸至下表面边缘。
在本实例中，第一深槽11与第一浅槽12垂直相交和/或第二深槽13与第二浅槽14垂直相交。上表面上第一深槽11与第一浅槽12垂直时使树脂在芯材1各个方向的流动不会太集中，可以最大限度分散树脂的流动方向，使树脂分布更均匀，同理，下表面的类似设置有同样的效果。
在本实施例中，第一深槽11与第二深槽13平行间隔设置和/或第一浅槽12与第二浅槽14平行间隔设置，深槽之间和/或浅槽之间平行间隔设置，分散了树脂在深槽和/或浅槽的分布，使芯材1内的树脂分布更均匀，同时，提升了对芯材1开槽的简洁性。
在本实施例中，如图2所示，芯材1设置有贯通芯材1的上表面和芯材1的下表面的导流孔2，设置贯通上下表面的导流孔2，树脂可以沿着导流孔2流动，使上下表面的树脂导通，避免树脂仅沿着深槽或者浅槽方向流动，使树脂在上下表面的流动速度和渗透速度更均匀，进而使芯材1上下表面的增强纤维浸润均匀，避免产生干斑，降低上下表面增强纤维产生包络干纱缺陷，提高成型后的叶片或者结构件表面的强度，同时，导流孔2使得芯材1上下表面导通，在除湿时，有利于芯材1下铺设的增强纤维或者辅材中的水分蒸发导出，提高除湿效率。在其他实施例中，导流孔2可以设置成方形、圆形、菱形等，优选导流孔2设置成方形，孔径为2～10mm，优选5mm，导流孔2间距为10～35mm。
在本实施例中，第一深槽11和第一浅槽12中的其中一个通过导流孔2与第二深槽13和第二浅槽14中的其中一个导通，将导流孔2设置在深槽和/或浅槽上，在芯材1表面的深槽或浅槽(其中，单独出现的深槽均指第一深槽11和第二深槽13，单独出现的浅槽指第一浅槽12和第二浅槽14)上流动的树脂也可以通过导流孔2流至另一表面的深槽或者浅槽，由于深槽或者浅槽上流动的树脂较多，流动的速度也比较快，进一步使上下表面的树脂流动速度和渗透速度均匀，使芯材1上下表面的增强纤维浸润更均匀。
在本实施例中，导流孔2至少两个，第一深槽11和第二浅槽14通过其中一个导流孔2导通，第一浅槽12通过另一导流孔2与第二深槽13导通，深槽上流动的树脂较浅槽上更多，通过设置深槽和浅槽配合导通的导流孔2，使深槽和浅槽上树脂的流动速度更均匀，进一步使上下表面的树脂流动速度和渗透速度均匀。
在本实施例中，第一深槽11和第二浅槽14交叉设置，第一浅槽12与第二深槽13交叉设置，导流孔2设置在对应交叉位置处，由于上下表面的深槽和浅槽交叉，可以通过对芯材1开槽时使深槽和浅槽导通，浅槽和深槽在开设后自然导通，不需要另行操作开设导流孔2，提升芯材1加工的简洁性。
如图1和图2所示，在本实施例中，芯材1的上表面被第一深槽11和第一浅槽12分割为若干上表面分割块3，芯材1的下表面被第二深槽13和第二浅槽14分割为若干下表面分割块31，上表面分割块3上设置有导流槽4和/或下表面分割块31上设置有导流槽4，在芯材1上表面分割块3和下表面分割块31设置导流槽4可以增大芯材1表面处的树脂流动性，使树脂在芯材1表面处分布更加均匀，避免产生干斑，进而提高成型后结构件或者叶片的质量和强度，其中，导流槽4的深度为1～4mm，优选2～3mm，宽度为0.5～2mm。
在本实施例中，导流槽4沿上表面和/或下表面的分割块的对角线延伸，分割块上对角线长度最大，导流槽4设置在对角线上，可以使导流槽4上流动的树脂增多，提高导流槽4对树脂的导流效果。
在本实施例中，导流槽4包括相互交叉的至少两个导流单元41，导流单元41相连通，导流单元41导通时，树脂在导流单元41上流动时的流向可以分叉，使树脂在导流槽4上流动速度更均匀，而且当叶片所用的增强纤维为双轴向或者三轴向玻纤布时，可以设置导流槽4呈十字形，有利于使导流槽4与玻纤方向相同，进一步提高玻纤的浸润效率，其中，导流单元41之间的夹角为0°～180°，优选45°～135°。
在本实施例中，芯材1的材质可以选择聚氨酯发泡材料，轻木balsa(巴沙木)等，其中导流孔2、导流槽4、深槽、浅槽均有导流树脂的作用(其中，单独出现的深槽均指第一深槽11和第二深槽13，单独出现的浅槽均指第一浅槽12和第二浅槽14)。
本发明还公开了一种叶片，其包括上述的芯材1。
本发明还公开了一种叶片的成型方法，所述成型方法包括以下步骤：
铺设上述的芯材1。
如图5和图6所示，在其他实施例中，还包括以下步骤：
S1：在模具的型腔8内铺设芯材1下的增强纤维(外蒙皮5)；
S2：放置主梁并铺设芯材1；
S3：铺设芯材1上的增强纤维；
S4：布置灌注流道，对模具内部抽真空，免除导流网的使用；
S5：结构层注入聚氨酯树脂；
S6：注胶完毕，加热固化。
其中S2还具体包括以下步骤：
S21：将主梁吊入模具并定位放置；
S22：准备若干条上述芯材1；
S23：将芯材1条沿着主梁边缘分别向前缘15和后缘16方向铺设，芯材1条主梁边缘侧与芯材1下表面呈一定斜角17，斜角17的范围为80°～100°，芯材1条前缘15侧为沿弦向7减缩设置。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种芯材，其特征在于，所述芯材的上表面设有相互贯通的至少一条第一深槽和至少一条第一浅槽，所述第一深槽与所述第一浅槽设置在所述上表面的不同方向并延伸至上表面边缘，所述芯材的下表面设有相互贯通的至少一条第二深槽和至少一条第二浅槽，所述第二深槽与所述第二浅槽设置在所述下表面的不同方向并延伸至下表面边缘，所述第一深槽和所述第二深槽的深度为芯材厚度的1/3～4/5，所述第一浅槽和所述第二浅槽的深度均小于所述第一深槽和所述第二深槽的深度。
2.如权利要求1所述的芯材，其特征在于，所述第一深槽与所述第一浅槽垂直相交和/或所述第二深槽与所述第二浅槽垂直相交。
3.如权利要求1所述的芯材，其特征在于，所述第一深槽与所述第二深槽平行间隔设置和/或所述第一浅槽与所述第二浅槽平行间隔设置。
4.如权利要求1所述的芯材，其特征在于，所述芯材设置有贯通所述芯材的上表面和所述芯材的下表面的导流孔。
5.如权利要求4所述的芯材，其特征在于，所述第一深槽和所述第一浅槽中的其中一个通过所述导流孔与所述第二深槽和所述第二浅槽中的其中一个导通。
6.如权利要求5所述的芯材，其特征在于，所述导流孔至少两个，所述第一深槽和所述第二浅槽通过其中一个所述导流孔导通，所述第一浅槽通过另一所述导流孔与所述第二深槽导通。
7.如权利要求6所述的芯材，其特征在于，所述第一深槽和所述第二浅槽交叉设置，所述第一浅槽与所述第二深槽交叉设置，所述导流孔设置在对应交叉位置处。
8.如权利要求1～7任意一项所述的芯材，其特征在于，所述芯材的上表面被所述第一深槽和第一浅槽分割为若干上表面分割块，所述芯材的下表面被所述第二深槽和第二浅槽分割为若干下表面分割块，所述上表面分割块上设置有导流槽和/或所述下表面分割块上设置有导流槽。
9.如权利要求8所述的芯材，其特征在于，所述导流槽沿所述上表面分割块和/或所述下表面分割块的对角线延伸。
10.如权利要求9所述的芯材，其特征在于，所述导流槽包括相互交叉的至少两个导流单元，至少两个所述导流单元相连通。
11.一种叶片，其特征在于，其包括如权利要求1～10任意一项所述的芯材。
12.一种叶片的成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤：
铺设如权利要求1～10任意一项所述的芯材。
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