CN117656533A - 用于叶片的芯材、叶片的成型方法及叶片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于叶片的芯材、叶片的成型方法及叶片，芯材包括芯材主体以及封装膜层，封装膜层设置于芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面上，以与芯材主体一起形成一种特殊夹芯结构。每侧的封装膜层包括隔热层，隔热层的耐受温度高于或者等于芯材主体的耐受温度，故在将芯材应用于在叶片的成型过程中时，能够通过隔热层对热量进行阻隔，以将芯材主体的温度控制在其耐受温度以内，从而能够有效改善芯材发白变色问题，提升叶片性能和使用寿命。并且，也能够减少合模工序及后处理工序中缺陷维修的时间，有效缩短叶片成型周期及后处理流转周期，大幅度提高生产效率，降低叶片成本。

Description

用于叶片的芯材、叶片的成型方法及叶片

技术领域

本申请涉及风力发电领域，具体涉及一种用于叶片的芯材、叶片的成型方法及叶片。

背景技术

风电叶片一般采用夹芯结构，以降低叶片重量，同时提供一定的强度与刚度。芯材因其材质轻，性能好，是风电叶片成型的关键材料之一。然而，芯材的种类、性能、结构、加工方式、成型后的缺陷显著影响蒙皮和腹板的整体性能，最终影响叶片的使用性能和寿命。

目前，现有的芯材因其厚度大、可接受温度有限，在真空灌注后会容易出现芯材发白、变色等缺陷，在固化结束后，需维修处理，花费较多的人力和物力，并且，维修后性能会有所下降，无法完全恢复。

因此，亟需一种用于叶片的芯材、叶片及其成型方法。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于叶片的芯材、叶片的成型方法及叶片，能够有效改善芯材发白变色问题，提升叶片性能和使用寿命。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于叶片的芯材，包括：芯材主体；封装膜层，设置于所述芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面上，每侧的所述封装膜层包括隔热层，所述隔热层的耐受温度高于或者等于所述芯材主体的耐受温度。

根据本申请实施例的一个方面，所述芯材主体的两侧表面具有若干微孔，每侧的所述封装膜层还包括封孔层，所述封孔层设置于所述隔热层沿所述厚度方向的一侧，且所述封孔层沿所述厚度方向在所述芯材主体上的正投影至少覆盖部分所述微孔。

根据本申请实施例的一个方面，在所述厚度方向上，所述封孔层夹设于所述隔热层和所述芯材主体之间。

根据本申请实施例的一个方面，所述隔热层的厚度为0.5mm～1mm，和/或，所述封孔层的厚度为0.5mm～1mm。

根据本申请实施例的一个方面，所述隔热层的材料选用空气干燥型甘油酯树脂、空气干燥型酚醛树脂以及烘烤型酚醛树脂中的至少一种。

根据本申请实施例的一个方面，所述芯材主体的材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、轻木、聚甲基丙烯亚胺、聚醚酰亚胺、丙烯腈-苯乙烯、聚苯乙烯、纤维增强复合材料中的至少一种。

第二方面，本申请实施例还提供了一种叶片的成型方法，包括：提供芯材主体，在所述芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面涂布隔热材料，以形成芯材，所述隔热材料的耐受温度高于或者等于所述芯材主体的耐受温度；在模具上依次铺设第一铺层材料、所述芯材以及第二铺层材料，通过真空灌注技术将树脂注入所述模具，固化处理得到所述叶片。

根据本申请实施例的一个方面，所述提供芯材主体之后，且在所述芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面涂布隔热材料之前，还包括：对所述芯材主体沿厚度方向的两侧表面进行封孔处理。

根据本申请实施例的一个方面，所述通过真空灌注技术将树脂注入所述模具，固化处理得到所述叶片的步骤，具体包括：将所述模具预热至第一温度，所述第一温度为40℃～50℃；在所述模具上建立真空灌注系统，将树脂注入所述真空灌注系统中；将所述模具加热至第二温度并保温，以对所述模具中注入的所述树脂进行固化处理，所述第二温度为55℃～75℃，所述保温时长为2小时～4小时。

第三方面，本申请实施例还提供了一种叶片，所述叶片采用上述实施例中的叶片的成型方法制备成型。

本申请实施例提供的芯材，包括芯材主体以及设置于芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面上的封装膜层，每侧的封装膜层包括隔热层，隔热层的耐受温度高于或者等于芯材主体的耐受温度，从而在叶片的成型过程中，当芯材所处温度过高时，能够通过隔热层对热量进行阻隔，以将芯材主体的温度控制在其耐受温度以内，从而能够有效改善芯材发白变色问题，提升叶片性能和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是根据本申请一实施例提供的芯材的剖视图；

图2是根据本申请另一实施例提供的芯材的剖视图；

图3是根据本申请一实施例提供的叶片的成型方法的流程图；

图4是根据本申请一实施例提供的叶片的成型方法的示意图。

其中：

1-芯材；11-芯材主体；12-封装膜层；121-隔热层；122-封孔层；2-第一铺层材料；3-第二铺层材料；

Z-厚度方向。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

现有技术中，为了提高风机叶片的抗压缩性能和抗剪切性能，一般会在风机叶片的壳体内填充芯材，并采用真空灌注工艺制作。目前，风机叶片常用的芯材包括自然生长的轻木(Balsa)、或者人工合成的聚氯乙烯(PVC)泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯(PET)泡沫、聚酰亚胺(PMI)泡沫等泡沫材料，然而上述材料以现有技术在真空灌注后会容易出现芯材发白、变色等缺陷。

申请人经过研究发现，芯材发白、变色等缺陷的主要机理在于芯材真空灌注后产生的高温缺陷，具体为：

以芯材为轻木为例，轻木所出现的发白，在排除树脂和网格布因素的情况下，多为气体造成。其产生原因为：真空灌注工艺的预固化温度高，树脂过早变粘稠使得轻木中析出的气体无法排出，继而封闭在蒙皮内。因此，预固化阶段几乎没有气体析出，但后固化阶段温度过高，使得轻木中的部分物质分解为结合水和CO₂等气体，气体在玻璃钢内侧呈丝线状或絮状分布，最终呈现为轻木发白。

以芯材为聚氯乙烯泡沫为例，聚氯乙烯所出现的变色，其产生原因为聚氯乙烯热稳定性较差时有些高分子物质受热后产生化学反应，产物颜色较深。

因此，为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种用于叶片芯材、叶片的成型方法及叶片，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细说明。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种用于叶片的芯材1，包括芯材主体11以及封装膜层12，封装膜层12设置于芯材主体11沿自身厚度方向Z的两侧表面上，每侧的封装膜层12包括隔热层121，隔热层121的耐受温度高于或者等于芯材主体11的耐受温度。

本申请实施例中的芯材1，将隔热层121均匀涂敷在芯材主体11沿自身厚度方向Z的两侧表面，以与芯材主体11一起形成一种特殊夹芯结构，将这种特殊夹芯结构应用于在叶片的成型过程中时，能够通过隔热层121对热量进行阻隔，以将芯材主体11的温度控制在其耐受温度以内，从而能够有效改善芯材1发白变色问题，提升叶片性能和使用寿命。并且，也能够减少合模工序及后处理工序中缺陷维修的时间，有效缩短叶片成型周期及后处理流转周期，大幅度提高生产效率，降低叶片成本。

可以理解的是，隔热层121的主要原理为降低芯材1外表面的导热系数，由于隔热层121自身的热传导率极低，故能够减少传递至芯材主体11内的热量，从而起到隔热作用，将芯材主体11的温度控制在其耐受温度以内。其中，芯材主体11的耐受温度为保证芯材主体11性能的条件下，芯材主体11所能够承受的最高温度，故可通过设置隔热层121，以此保证叶片性能。

请参阅图2，在一些可选地实施例中，芯材主体11的两侧表面具有若干微孔，每侧的封装膜层12还包括封孔层122，封孔层122设置于隔热层121沿厚度方向Z的一侧，且封孔层122沿厚度方向Z在芯材主体11上的正投影至少覆盖部分微孔。

即还可在芯材主体11的两侧表面上进一步设置封孔层122，以填补隔热层121与芯材主体11所形成的夹芯结构内的微孔，在提高芯材1的抗载能力的同时，也减少芯材1在叶片成型过程中的树脂吸胶量，从而节省了真空灌注成型的树脂材料，降低芯材1重量，提高了芯材1的可制造性，降低了制作成本。

可选地，当封装膜层12包括封孔层122和隔热层121时，位于芯材主体11两侧表面的封装膜层12对称设置，即芯材主体11可设置为隔热层121-封孔层122-芯材主体11-封孔层122-隔热层121的多层夹芯结构，也可设置为封孔层122-隔热层121-芯材主体11-隔热层121-封孔层122的多层夹芯结构。

通过将位于芯材主体11两侧表面的封装膜层12对称设置，在制备芯材1时，即可在芯材主体11的两侧表面对称涂布各膜层，制备工艺简单，提高成型效率。并且，也能够同时使得芯材主体11两侧表面的隔热能力趋于一致，提高芯材1整体的稳定性。

可以理解的是，每侧的封装膜层12也可设置多层隔热层121和封孔层122，其具体结构可根据叶片的成型工艺以及芯材主体11的耐受温度进行调整，本申请对此不作具体限定。

为便于描述，以下均以每侧的封装膜层12包括一层隔热层121和封孔层122为例进行说明。

在一些可选地实施例中，在厚度方向Z上，封孔层122夹设于隔热层121和芯材主体11之间，即芯材主体11设置为隔热层121-封孔层122-芯材主体11-封孔层122-隔热层121的多层夹芯结构，隔热层121位于芯材1的最外侧表面，而封孔层122贴合于芯材主体11设置。因此，一方面能够通过封孔层122提高芯材主体11的封孔效果，减少芯材1在真空灌注过程中对树脂的吸收量，另一方面能够通过隔热层121进一步保护封孔层122，从而避免封孔层122损伤缺陷的情况，进一步提高风机叶片的叶片性能和使用寿命。

可以理解的是，除了在芯材主体11的两侧表面依次设置封孔层122和隔热层121外，在另一些可选地实施例中，隔热层121和封孔层122也可集成于同一膜层中，即隔热层121即可集成有封孔作用，从而在利用隔热层121在保护芯材主体11的同时，也能够通过隔热层121对芯材主体11进行封孔，以减少制备步骤，降低制造成本。

此外，也可根据芯材主体11的具体结构判断是否需要设置封孔层122，例如当芯材主体11自身微孔的孔隙率较低时，也可仅设置隔热层121，而无需设置封装层，而当芯材主体11自身微孔的孔隙率较高时，则可同时设置隔热层121和封孔层122，来提高芯材1性能。因此，芯材1的具体结构可根据芯材主体11进行调整，不申请对此不作具体限定。

在一些可选地实施例中，芯材主体11的材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、轻木、聚甲基丙烯亚胺、聚醚酰亚胺、丙烯腈-苯乙烯、聚苯乙烯、纤维增强复合材料中的至少一种，以在保证芯材1强度的同时，减轻芯材1的重量，防止局部失稳，提高风电叶片的抗载荷能力。

其中，芯材主体11可选用一种材料制成，也可设置为两种及以上材料的叠层结构。

由于当芯材主体11选用不同材料时，芯材主体11的耐受温度存在差异，故也根据各芯材主体11的耐受温度来涂覆相应的耐高温有机材料，并可将其计入TDS手册中，以便工厂端使用时，借鉴设计预固化曲线。

具体地，隔热层121的材料可选用耐高温有机材料，例如为空气干燥型甘油酯树脂、空气干燥型酚醛树脂以及烘烤型酚醛树脂中的至少一种。

其中，空气干燥型甘油酯树脂的耐受温度为145℃以下，空气干燥型酚醛树脂的耐受温度为145℃～200℃，烘烤型酚醛树脂的工作温度为145℃～200℃，但就保护性能来说，烘烤型酚醛树脂要高于空气干燥型酚醛树脂。在实际设计中，选用哪一种耐高温有机材料均可根据芯材主体11以及叶片的成型方法进行调整。

在一些可选地实施例中，隔热层121的厚度为0.5mm～1mm，和/或，封孔层122的厚度为0.5mm～1mm。例如，隔热层121的厚度可设置为0.6mm。

需要说明的是，针对于叶片的不同位置，例如叶片的迎风面壳体、背风面壳体以及腹板，不同位置的芯材主体11的材料可相同，也可不同，芯材主体11的厚度可相同，也可不同。因此，可根据上述参数合理调整隔热层121的材料以及厚度，以满足叶片的不同位置的性能需求。

请参阅图1至图4，本申请实施例还提供了一种叶片的成型方法，包括：

S110，提供芯材主体11，在芯材主体11沿自身厚度方向Z的两侧表面涂布隔热材料，以形成芯材1，隔热材料的耐受温度高于或者等于芯材主体11的耐受温度；

S120，在模具上依次铺设第一铺层材料2、芯材1以及第二铺层材料3，通过真空灌注技术将树脂注入模具，固化处理得到叶片。

本申请实施例中的叶片的成型方法，通过在芯材1沿自身厚度方向Z的两侧表面涂布隔热材料，以与芯材主体11一起形成一种特殊夹芯结构。将这种特殊夹芯结构应用于在叶片的成型过程中时，能够通过隔热材料对热量进行阻隔，以将芯材主体11的温度控制在其耐受温度以内，从而能够有效改善芯材1发白变色问题，提升叶片性能和使用寿命。并且，在固化处理得到叶片后，也能够节省合模工序及后处理工序缺陷维修的时间，提高叶片的成型效率。

可以理解的是，在固化处理得到叶片的过程中，其高温主要发生在蒙皮灌注、放热峰以及预固化期间中，尤其是放热峰期间，放热峰是指树脂基体或结构胶放热的最高峰值，故在模具温度以及树脂反应自身放热的叠加下，放热峰甚至会达到150℃，其将会超出芯材主体11的耐受温度。

因此，现有的叶片的成型过程中，往往还需要在放热峰期间进行洒水降温，但其会增加叶片的固化时间。对此，在本申请实施例中的叶片成型方法中，通过在芯材主体11沿厚度方向Z的两侧表面涂布隔热材料，除了能够有效改善芯材1发白变色问题外，还可取消放热峰期间的洒水降温工作，提高固化效率，有效缩短叶片成型周期及后处理流转周期，大幅度降低人力成本以及叶片成本，从源头上提升产品质量。

可选地，叶片可以包括壳体、主梁和腹板，模具可以制作迎风面半壳体和背风面半壳体，也可以一次性制作一体成型的整个叶片壳体。树脂可采用环氧树脂或不饱和聚酯树脂，最佳使用环氧树脂，第一铺层材料2和/或第二铺层材料3包括纤维增强材料、半预制件、拉挤板和真空辅助材料等。

在一些可选地实施例中，在S110步骤中，提供芯材主体11之后，且在芯材主体11沿自身厚度方向Z的两侧表面涂布隔热材料之前，还包括：

对芯材主体11沿厚度方向Z的两侧表面进行封孔处理。

通过在真空灌注之前，对芯材主体11沿厚度方向Z的两侧表面进行封孔处理，能够在提高芯材1的抗载能力的同时，也减少芯材1在叶片成型过程中的表面的树脂吸胶量，从而节省了真空灌注成型的树脂材料，降低芯材1重量，提高了芯材1的可制造性，降低了制作成本。

在一些可选地实施例中，在S120步骤中，通过真空灌注技术将树脂注入模具，固化处理得到叶片的步骤，具体包括：

在模具上建立真空灌注系统，将树脂注入真空灌注系统中；

将模具加热至第二温度并保温，以对模具中注入的树脂进行固化处理，第二温度为55℃～75℃，保温时长为2小时～4小时。

其中，由于芯材1设置为上述实施例中的芯材1，其芯材主体11沿厚度方向Z的两侧表面形成有隔热层121，故能够在第二温度设置为55℃～75℃时，减少芯材本体11成型后的缺陷，提升叶片性能和使用寿命。此外，在保证芯材主体11的性能的前提下，也可以选择较高的第二温度进行保温，以减少叶片的固化时间，提高叶片的成型效率。

可以理解的是，针对于叶片的不同位置，例如叶片的迎风面壳体、背风面壳体以及腹板，为实现叶片的成型，不同位置中模具加热的第二温度可不同，其可根据实际需求进行调整。

在一些可选地实施例中，在S120步骤中，在通过真空灌注技术将树脂注入模具之前，还包括：

将模具预热至第一温度，第一温度为40℃～50℃；

其中，可在铺放第二铺层材料3后，使用柔性薄膜和密封胶带建立封闭系统，并布置抽气系统来形成真空环境，以便于树脂导入。在铺设第二铺层材料3的过程中可以将模具加热，也可以在铺设第二铺层材料3之前预热模具，使模具的预热至例如45℃，以缩短树脂注入真空灌注系统后模具加热至第二温度的升温时间，加快叶片的成型进程。

需要说明的是，本申请实施例中的叶片的成型方法中的第一温度和第二温度的选择均可根据叶片的实际需求进行调整，并且也可据此调整芯材本体上所涂覆的隔热材料的耐受温度，即能够保证叶片成型后芯材本体的性能即可。

另外，本申请实施例还提供了一种叶片，该叶片采用上述实施例中的叶片的成型方法制备成型。

由于叶片采用上述实施例中的叶片的成型方法制备成型，故能够有效改善叶片成型后芯材1的发白变色问题，减少叶片内芯材的缺陷，提升叶片性能和使用寿命。并且，所形成的叶片结构设计简单合理，操作便捷，易于实现。

以上，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

Claims (10)

1.一种用于叶片的芯材，其特征在于，包括：

芯材主体；

封装膜层，设置于所述芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面上，每侧的所述封装膜层包括隔热层，所述隔热层的耐受温度高于或者等于所述芯材主体的耐受温度。

2.根据权利要求1所述的芯材，其特征在于，所述芯材主体的两侧表面具有若干微孔，每侧的所述封装膜层还包括封孔层，所述封孔层设置于所述隔热层沿所述厚度方向的一侧，且所述封孔层沿所述厚度方向在所述芯材主体上的正投影至少覆盖部分所述微孔。

3.根据权利要求2所述的芯材，其特征在于，在所述厚度方向上，所述封孔层夹设于所述隔热层和所述芯材主体之间。

4.根据权利要求2所述的芯材，其特征在于，所述隔热层的厚度为0.5mm～1mm，和/或，所述封孔层的厚度为0.5mm～1mm。

5.根据权利要求1所述的芯材，其特征在于，所述隔热层的材料选用空气干燥型甘油酯树脂、空气干燥型酚醛树脂以及烘烤型酚醛树脂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的芯材，其特征在于，所述芯材主体的材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、轻木、聚甲基丙烯亚胺、聚醚酰亚胺、丙烯腈-苯乙烯、聚苯乙烯、纤维增强复合材料中的至少一种。

7.一种叶片的成型方法，其特征在于，包括：

提供芯材主体，在所述芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面涂布隔热材料，以形成芯材，所述隔热材料的耐受温度高于或者等于所述芯材主体的耐受温度；

在模具上依次铺设第一铺层材料、所述芯材以及第二铺层材料，通过真空灌注技术将树脂注入所述模具，固化处理得到所述叶片。

8.根据权利要求7所述的成型方法，其特征在于，所述提供芯材主体之后，且在所述芯材主体沿自身厚度方向的两侧表面涂布隔热材料之前，还包括：

对所述芯材主体沿厚度方向的两侧表面进行封孔处理。

9.根据权利要求7所述的成型方法，其特征在于，所述通过真空灌注技术将树脂注入所述模具，固化处理得到所述叶片的步骤，具体包括：

将所述模具预热至第一温度，所述第一温度为40℃～50℃；

在所述模具上建立真空灌注系统，将树脂注入所述真空灌注系统中；

将所述模具加热至第二温度并保温，以对所述模具中注入的所述树脂进行固化处理，所述第二温度为55℃～75℃，所述保温时长为2小时～4小时。

10.一种叶片，其特征在于，所述叶片采用如权利要求7至9任一项所述的叶片的成型方法制成。