CN117719179A - 蜂窝结构体、其制作方法和风电叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蜂窝结构体、其制作方法和风电叶片，所述的蜂窝结构体包括蜂窝壁，所述的蜂窝壁包含与蜂窝结构体厚度方向成夹角θ的第一纤维，和成夹角‑θ的第二纤维，其中θ大于0°且小于90°。其制作方法则相应在制作蜂窝壁时，使用包含第一纤维和第二纤维，的材料。所述的风电叶片则包含上述的蜂窝结构体或由上述方法制作的蜂窝结构体。本发明的蜂窝结构具有优异的剪切模量并且具有很轻的比重，可被用作大型风力叶片的芯材，使得制造具有展向剪切强度高、抗屈性能优异的大尺寸风电叶片成为可能。

Description

蜂窝结构体、其制作方法和风电叶片

技术领域

本发明涉及蜂窝结构体、其制作方法和风电叶片。

背景技术

风能作为一种蕴含巨大能量的清洁能源，日益受到世界各国的重视。风力发电机是利用风能进行发电的主要设备，其结构中包含了由若干风电叶片组成的叶轮。当风吹向风电叶片时，风电叶片驱动叶轮转动并促使发电机发电。为了增加叶片的“捕风能力”、提高发电机功率并降低成本，叶片“大型化”的发展趋势日趋明确。数据显示，2020年，中国国内新增装机所用陆上风电机组平均单机容量仅为2.6兆瓦左右，海上风电机组平均单机容量约为4.8兆瓦，2022年全年新增装机中，陆上风机平均单机容量则已达4.2兆瓦，海上风电机组平均单机容量超过7.4兆瓦，同比涨幅均超过30％。在海上风电方面，单机容量15兆瓦及以上机组已屡见不鲜。从叶轮直径上看，海上风电机组叶轮直径最高已经达到280米。然而，风电叶片的大型化进程目前受到了材料和成本的双重制约。

从材料而言，制造风电叶片的材料需要有质轻和结构刚度、强度好的特点。这主要是由于在风力发电机工作时，风电叶片一方面需要承受由风载产生的压力，这部分压力主要作用于风电叶片的正面，并迫使风电叶片在展向上发生形变；另一方面，风电叶片还需要承受由自身重量所产生的应力影响，尤其当风电叶片顺时针旋转经过6点以后，接近根部的后缘夹层结构受到展向压缩应力明显增加，易出现局部失稳并导致叶片发生屈曲破坏。

为了在保证力学强度的前提下尽量减轻重量，在叶片的前缘110、后缘120以及剪切肋130等部位，一般都会采用夹层结构(见图6)。夹层结构主要由铺层和铺层间轻质的芯材组成。随着叶片长度的增加，整体重量增加，芯材的轻量化变得尤为重要。目前所采用的芯材一般以轻木(Balsa，又称巴沙木)、PVC泡沫和PET泡沫为主，其所能达到的力学性能可参考下表：

检测项目	PVC60	PET100	PET150	芭莎木
					密度(kg/m3)	60	95-120	140-160	135-170
压缩强度(MPa)	0.6	1.2	2.2	6
					压缩模量(MPa)	55	65	85	2000
剪切强度(MPa)	0.6	0.6	0.6	1.8
					剪切模量(MPa)	20	26	28	160

而随着风电叶片尺寸的大型化，上述材料的性能也显得捉襟见肘。

另一方面，从成本而言，风电叶片是高度依赖原材料的产品，原材料的成本约占叶片生产成本的80％。其中芯材成本约占风电叶片材料成本的10-20％，是叶片成本的主要支出部分。芯材的厚度从叶片根部到叶片尖端逐渐减小，剪切强度和模量相对较高的轻木通常用于承受载荷较大的靠近叶片根部的部位，泡沫芯材用于承载相对较小的靠近叶片顶端的部位。随着叶片长度的不断提升，促使轻木占整个叶片结构芯材的使用比例从原来30％逐步提高到50％，长度超过100米的叶片的轻木比例已经超过75％。

轻木是一种木棉科天然木材，成树通常在4-5年，世界范围内产量有限。轻木作为一种自然产物，力学性能容易受生长环境的影响，个体之间差异较大。用于风电叶片的轻木的结构芯材，需经过严格筛选，并通过干燥、杀菌拼接切片和表面处理等多道工序才能够得到，进一步缩减了由轻木制作的风电叶片芯材的实际产量。2018年，巴沙木平均价格在5800元每立方米左右；2019年上涨至7800元每立方米左右；2020年，随着风电行业蓬勃发展，巴沙木堪比黄金，其价格直接翻倍，上涨到15000-16000元每立方米。

可见，材料的力学性能和成本严重影响了叶片尺寸大型化的步伐，并制约了海上风电行业布局深远海的战略。

蜂窝材料作为一种低密度复合材料已经被广泛的用于航天工业领域。其具有密度低，稳定抗压的优点，然而其性能尚无法满足风电叶片的要求。传统蜂窝工艺只能通过缩小蜂窝口径的办法来增加蜂窝的力学性能，显然这种做法会增加蜂窝材料的重量，以至于无法满足叶片芯材的轻质化要求。此外，在风电叶片真空树脂导入的过程中，蜂窝与填充物之间的缝隙，填充物本身的多孔性质会吸收更多的树脂，进一步加重叶片的重量。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种具有优异力学强度的蜂窝结构体及其制造方法。

本发明的主要目的之二在于提供具有相当优异的展向剪切强度，同时可有效进行弦向随形的蜂窝结构，以替代现有的巴沙木作为风力叶片的夹芯材料。

为了至少实现上述一个目的，本发明的第一方面提供一种蜂窝结构体，包括蜂窝壁，所述的蜂窝壁包含与蜂窝结构体厚度方向成夹角θ的第一纤维，和成夹角-θ的第二纤维，其中θ大于0°且小于90°。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的θ为45°。

在本发明第一方面的一些实施例中，还包括房孔，房孔内填充有硬质弹性闭孔泡沫材料的填充体，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料具备5％以上的可压缩能力。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料为闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的蜂窝壁包括瓦楞结构的第一子蜂窝壁以及平面结构的第二子蜂窝壁，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁交替叠加构成所述的蜂窝壁。

在本发明第一方面的一些实施例中，至少在所述的第一子蜂窝壁中含有所述的第一纤维和第二纤维。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一子蜂窝壁的瓦楞结构为对向交替的等腰梯形凹槽，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁之间形成等腰梯形的房孔。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述等腰梯形的底角小于85°，上底长度大于10mm。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的蜂窝壁由浸润有树脂体系的纤维布固化形成。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的纤维布为[45°/-45°]铺层的双轴向或[0°/45°/-45°]铺层的三轴向纤维布。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的三轴向纤维布的面克度≥600g/m²，双轴向纤维布的面克度≥450g/m²。

在本发明第一方面的一些实施例中，树脂体系中含有不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或苯并噁嗪树脂。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述树脂体系的固化温度为45～110℃。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的树脂体系中含有咪唑、无水酒精和双酚A环氧树脂。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的树脂体系中，咪唑：无水酒精的比例低于1:1，咪唑：双酚A环氧树脂的比例在1：100到5：100之间，无水酒精：双酚A环氧树脂的比例在1：10以上。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述的第一纤维和第二纤维分别选自碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。

本发明的第二方面涉及蜂窝结构体的制造方法，包括蜂窝壁的制作步骤，所述的蜂窝壁中包含与蜂窝结构体厚度方向呈夹角θ的第一纤维和呈夹角-θ的第二纤维，其中θ大于0°且小于90°。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的θ为45°。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的蜂窝壁包括瓦楞结构的第一子蜂窝壁以及平面结构的第二子蜂窝壁，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁交替叠加构成所述的蜂窝壁和房孔。

在本发明第二方面的一些实施例中，包括步骤：

在多块第一纤维布和第二纤维布表面浸涂树脂体系，所述的第一纤维布包含所述的第一纤维和第二纤维，

根据房孔形状制作多个填充体，将填充体对向交替的粘接在第一纤维布两侧上制作蜂窝结构体单元，第一纤维布沿所述填充体轮廓弯折形成瓦楞结构，

将多个蜂窝结构体单元与浸涂有树脂体系的第二纤维布交替叠加得到蜂窝结构体前体，

将蜂窝结构体前体进行固化得到蜂窝结构体。

在本发明第二方面的一些实施例中，房孔截面形状为等腰梯形。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述梯形的底角小于85°，上底长度大于10mm。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的纤维布为[45°/-45°]铺层的双轴向或[0°/45°/-45°]铺层的三轴向纤维布。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的三轴向纤维布的面克度≥600g/m²，双轴向纤维布的面克度≥450g/m²。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的树脂体系为中温固化的树脂体系。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述树脂体系的固化温度为45～110℃。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的树脂体系中含有咪唑、无水酒精和双酚A环氧树脂。

在本发明第二方面的一些实施例中，在所述的树脂体系中，咪唑：无水酒精的比例低于1:1，咪唑：双酚A环氧树脂的比例在1：100到5：100之间，无水酒精：双酚A环氧树脂的比例在1：10以上。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的第一纤维和第二纤维分别选自碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的填充体为硬质弹性闭孔泡沫材料，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料具备5％以上的可压缩能力。

在本发明第二方面的一些实施例中，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料为闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫。

本发明的第三方面涉及风电叶片，包含以上任一所述的蜂窝结构体，或由以上任一所述的制造方法制造的蜂窝结构体。

在本发明第三方面的一些实施例中，所述的蜂窝结构体用于风电叶片前缘、后缘和/或剪切肋的夹层结构。

本发明的蜂窝结构具有优异的剪切模量并且具有很轻的比重，可被用作大型风力叶片的芯材，使得制造具有展向剪切强度高、抗屈性能优异的大尺寸风电叶片成为可能。

附图说明

图1为三轴纤维布的纤维方向示意图。

图2为由三轴纤维布制作的第一子蜂窝壁的立体结构示意图。

图3为图2第一子蜂窝壁的截面结构示意图。

图4为蜂窝结构单元的截面结构示意图。

图5为蜂窝结构体的制造流程示意图。

图6为风电叶片的截面结构示意图。

图7为现有蜂窝结构体的结构示意图。

图8为实施例中蜂窝结构体的结构示意图。

图中：1-第一纤维，2-第二纤维，3-第三纤维，10-第一子蜂窝壁，11和12为对向交替设置的两个梯形槽，20-第二子蜂窝壁，30-填充体，31-上底，32-下底，40-房孔，a代表梯形上底长度，b代表梯形下底长度，h代表梯形高度，w代表蜂窝的厚度。

具体实施方式

除非另有定义，本文使用的技术和科学术语的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。如果发生冲突，则以本文的描述、定义为准。

在现有技术的相关实施例中，蜂窝结构体中包括了由蜂窝壁构成的一系列正六边形、四边形的房孔。其结构可参考图7，正六边形的房孔40相紧密排列，并在蜂窝结构体的厚度方向w上延伸。蜂窝壁10中含有由与厚度方向w呈90°和0°交织的复合增强纤维。这种蜂窝壁形成的蜂窝结构体剪切模量较低，当需要提高剪切模量时，需要缩小房孔口径，但此时蜂窝结构体本身的轻质优势将会丧失，无法被作为风电叶片的制造材料。

有鉴于上述实施例中所存在的缺陷，本发明提供一种蜂窝结构体，以进一步提高蜂窝结构体的剪切模量。该蜂窝结构体中的蜂窝壁中包含与蜂窝结构体厚度方向呈夹角θ的第一纤维，和呈夹角-θ的第二纤维，其中θ大于0°且小于90°。本发明研究发现，当蜂窝壁中存在与蜂窝结构体厚度方向斜向相交的纤维时，蜂窝结构体的剪切模量能够得到提升。发明人认为这是因为在纯剪情况下，蜂窝结构体内部会出现45°/-45°方向拉压应力，所以倾斜角越接近45°，剪切模量增加越明显。从而避免了现有技术需要通过缩小房孔孔径来提高蜂窝结构剪切模量的调整思路，使得蜂窝结构在无需缩小孔径，甚至在扩大孔径的情况下提高的自身的剪切模量，从而降低了蜂窝结构体的重量，使的蜂窝结构体可以被用于风电叶片的芯材。

制造含有上述纤维的蜂窝壁的方法可以是通过在树脂中按照需要的角度掺入上述纤维后固化形成蜂窝壁，或直接使用以所需纤维角度制造得到的纤维布，利用纤维布浸涂树脂后固化形成蜂窝壁等。

进一步地，本发明发现，当上述的角度θ达到45°时，即所述的第一纤维和第二纤维与蜂窝结构体的厚度方向呈45°和-45°夹角时，可最大限度地提升蜂窝结构体的剪切模量。这是因为在纯剪情况下，蜂窝结构体内部会出现45/-45度方向拉压应力，所以倾斜角越接近45度，剪切模量增加越明显。

在蜂窝结构体中的房孔内还填充有硬质弹性闭孔泡沫材料的填充体，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料具备5％以上的可压缩能力。硬质弹性闭孔泡沫具备5％以上的可压缩能力，通过过盈填充，可以有效填补房孔中的空隙。而采用闭孔泡沫材料则是为了在用于风电叶片芯材时，可以确保风电叶片制造中的真空树脂导入工艺，不会由于泡沫孔洞吸收过多树脂，产生重量超标的问题。根据本发明对于压缩能力的要求，可以根据需要自行选择各种满足该要求的硬质弹性闭孔泡沫材料，而闭孔的工艺对于本领域的技术人员是已知的。本发明优选闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫，闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫能够更好的配合本发明的蜂窝壁结构，以提高蜂窝结构体整体力学性能，此外，闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫还能够耐受风电叶片成型工艺中的模型温度。

所述的蜂窝壁包括瓦楞结构的第一子蜂窝壁以及平面结构的第二子蜂窝壁，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁交替叠加设置。其中一种具体的结构中，第一子蜂窝壁的瓦楞结构为在延伸方向两侧交替的平面以及过度两侧相邻平面的斜面，位于两侧的平面和与其连接的斜面形成凹槽结构，该凹槽结构经第二子蜂窝覆盖形成完整的房孔。采用第一、第二子蜂窝壁交替叠加设置的方式能够有效的简化生产流程，另一方面，这种叠加结构能够实现单元化的生产，最终提高生产效率。上述生产方式能够产生大部分的蜂窝结构体及房孔结构，如当需要生产一个正六边形房孔的蜂窝结构体时，还可以通过拼接两个等腰梯形的房孔结构实现。第二子蜂窝壁在功能上，一方面起到了粘接第一子蜂窝壁的作用，另一方面，也能提高的蜂窝结构体的强度。

所述第一子蜂窝壁的瓦楞结构优选为对向交替的等腰梯形凹槽，其结构可参考附图2～4所示，在第一子蜂窝壁10的两侧分别有对向交替的等腰梯形凹槽11，12，继而第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁之间形成等腰梯形的房孔。等腰梯形的底角优选小于85°。当蜂窝结构体在受到竖向(参考图4竖向)压缩时，横向上可产生足够的约束力，使蜂窝瓦楞片侧壁和填充体保持紧密地接触。蜂窝侧壁和硬质弹性闭孔泡沫的任何空隙都会影响风电叶片在真空树脂导入成型过程中的吸胶量。吸胶量的不一致的蜂窝也可能导致单个风机的多个叶片重量不一致而导致偏心。进一步的，梯形上底a长度优选大于10mm，便于选用尺寸大的泡沫，减少泡沫铺设的次数。

所述的蜂窝壁由浸润有树脂体系的纤维布固化形成。所述的纤维布为包括[45°/-45°]铺层的双轴向或[0°/45°/-45°]铺层的三轴向纤维布。所述的三轴向纤维布的面克度≥600g/m²，双轴向纤维布的面克度≥450g/m²，以进一步提高蜂窝结构体的强度。三轴向纤维布中各纤维的分布情况可参考图1，用于制造的第一子蜂窝壁的三轴纤维布由与蜂窝结构体厚度方向成45°夹角的第一纤维1，成-45°夹角的第二纤维2以及成0°(即与厚度方向平行)的第三纤维3三向交织形成。双轴向纤维布则可以由45°的第一纤维，-45°的第二纤维双向交织形成。而制造第二子蜂窝壁的纤维布还可以是0°和90°的双向交织形成。

优选的，所述树脂体系的固化温度为45～110℃。固化温度高于110℃的环氧树脂操作有一定难度，一方面大部分泡沫在这个温度下容易熔化或者分解，另一方面，由于泡沫材料是热的不良导体，蜂窝产品内部的温度上升有限，固化温度过高会导致产品固化不彻底。可根据固化温度选择任何可使用的树脂体系，本发明优选含有咪唑固化剂以及挥发性溶剂的树脂体系，所选用的树脂包括但不限于不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或苯并噁嗪树脂。挥发性溶剂能够在固化温度下彻底挥发，在环氧树脂内部会产生很多相互串联的微小开孔；在整体叶片的真空树脂导入工艺成型时，这些小孔可以使其他各种类型的环氧树脂在大气压力下进入微孔，从而增加粘接相容性。所述的树脂体系中优选含有咪唑、无水酒精和双酚A环氧树脂。其中一种具体的配比中，咪唑：无水酒精的比例低于1:1，咪唑：双酚A环氧树脂的比例在1：100到5：100之间，无水酒精：双酚A环氧树脂的比例在1：10以上。该树脂体系50℃时树脂固化时间在3个小时，110℃时可以缩短至15分钟，但是25℃常温下的操作时间却可以长达24小时以上。这种环氧树脂体系与聚苯泡沫，聚氨酯泡沫，PVDF等多种泡沫兼容，不发生反应和溶解，并且固化后相互具有良好的粘接能力。使用无水酒精作为挥发性溶剂时，还可让蜂窝结构体生产时无异味。当酒精溶剂在固化时彻底挥发后，在环氧树脂内部会产生很多相互串联的微小开孔；在整体叶片的真空树脂导入工艺成型时，这些小孔可以使其他各种类型的环氧树脂在大气压力下进入微孔，从而增加粘接相容性。

所述的第一和第二纤维为连续性纤维增强复合材料，包括但不限于碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维。

除此以外，本发明还提供了一种蜂窝结构体的制造方法，包括蜂窝壁的制作步骤，所述的蜂窝壁中包含与蜂窝结构体厚度方向呈夹角θ的第一纤维和呈夹角-θ的第二纤维，其中θ大于0°且小于90°。与前述相同的，当蜂窝壁的制备中存在非斜向于蜂窝结构体厚度方向的第一纤维时，蜂窝结构体的剪切模量能够得到提升。当所述的θ为45°时，可最大限度地提升蜂窝结构体的剪切模量。

所述的蜂窝壁包括瓦楞结构的第一子蜂窝壁以及平面结构的第二子蜂窝壁，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁交替叠加构成所述的蜂窝壁和房孔。其中一种具体的结构中，第一子蜂窝壁的瓦楞结构为在延伸方向两侧交替的平面以及过度两侧相邻平面的斜面，位于两侧的平面和与其连接的斜面形成凹槽结构，该凹槽结构经第二子蜂窝覆盖形成完整的房孔。采用第一、第二子蜂窝壁交替叠加设置的方式能够有效的简化生产流程，另一方面，这种叠加结构能够实现单元化的生产，最终提高生产效率。上述生产方式能够产生大部分的蜂窝结构体及房孔结构，如当需要生产一个正六边形房孔的蜂窝结构体时，还可以通过拼接两个等腰梯形的房孔结构实现。第二子蜂窝壁在功能上，一方面起到了粘接第一子蜂窝壁的作用，另一方面，也能提高的蜂窝结构体的强度。具体可包括步骤：在多块第一纤维布和第二纤维布表面浸涂树脂体系，所述的第一纤维布包含所述的第一纤维和第二纤维。根据房孔形状制作多个填充体，将填充体对向交替的粘接在第一纤维布两侧上制作蜂窝结构体单元，第一纤维布沿所述填充体轮廓弯折形成瓦楞结构。将多个蜂窝结构体单元与浸涂有树脂体系的第二纤维布交替叠加得到蜂窝结构体前体。将蜂窝结构体前体进行固化得到蜂窝结构体。

上述制备过程中，并没有分别制作树脂固化成型的第一子蜂窝壁或是制作第二子蜂窝壁，而是通过浸涂树脂的方式制作了待固化的子蜂窝壁的前体，这些前体在叠加后通过共同加热固化的方式最终形成了含有第一、第二子蜂窝壁的蜂窝壁整体，相较于分别单独制作固化成型，或制作成蜂窝单元结构后再二次粘接固化的方式，本发明共同固化能够显著的降低树脂体系的用量，从而进一步降低蜂窝结构体的克重。

所述第一子蜂窝壁的瓦楞结构为对向交替的等腰梯形凹槽，其结构可参考附图2所示，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁之间形成等腰梯形的房孔。所述等腰梯形的底角优选小于85°，这样竖向压缩时可产生足够的横向约束力，使蜂窝瓦楞片侧壁和泡沫接触更加紧密。上底长度优选大于10mm，便于选用尺寸大的泡沫，减少泡沫铺设的次数，增加生产效率。

所述的蜂窝壁为覆盖有固化树脂的纤维布。采用的纤维布为包括[45°/-45°]铺层的双轴向或[0°/45°/-45°]铺层的三轴向纤维布。所述的三轴向纤维布的面克度≥600g/m²，双轴向纤维布的面克度≥450g/m²，以进一步提高蜂窝臂的强度。

优选的，所述树脂体系的固化温度为50～110℃。可根据固化温度选择任何可使用的树脂体系，本发明优选含有咪唑固化剂以及挥发性溶剂的树脂体系，所选用的树脂包括但不限于不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或苯并噁嗪树脂。挥发性溶剂能够在固化温度下彻底挥发，在环氧树脂内部会产生很多相互串联的微小开孔；在整体叶片的真空树脂导入工艺成型时，这些小孔可以使其他各种类型的环氧树脂在大气压力下进入微孔，从而增加粘接相容性。所述的树脂体系中含有咪唑、无水酒精和双酚A环氧树脂。其中一种具体的配比中，咪唑：无水酒精的比例低于1:1，咪唑：双酚A环氧树脂的比例在1：100到5：100之间，无水酒精：双酚A环氧树脂的比例在1：10以上。该树脂体系50℃时树脂固化时间在3个小时，110℃时可以缩短至15分钟，但是25℃常温下的操作时间却可以长达24小时以上。这种环氧树脂体系与聚苯泡沫，聚氨酯泡沫，PVDF等多种泡沫兼容，不发生反应和相互溶解，并且固化后相互具有良好的粘接能力。由于使用无水酒精作为溶剂，蜂窝生产时环保无异味。当酒精溶剂在固化时彻底挥发后，在环氧树脂内部会产生很多相互串联的微小开孔；在整体叶片的真空树脂导入工艺成型时，这些小孔可以使其他各种类型的环氧树脂在大气压力下进入微孔，从而增加粘接相容性。

所述的第一纤维和第二纤维为连续性纤维增强复合材料，包括但不限于碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。

在蜂窝结构体中的填充体为硬质弹性闭孔泡沫材料，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料具备5％以上的可压缩能力。通过过盈填充，可以有效填补房孔中的空隙。而采用闭孔泡沫材料则是为了在用于风电叶片芯材时，可以确保风电叶片制造中的真空树脂导入工艺，不会由于泡沫孔洞吸收过多树脂，产生重量超标的问题。根据本发明对于压缩能力的要求，可以根据需要自行选择各种满足该要求的硬质弹性闭孔泡沫材料，而闭孔的工艺对于本领域的技术人员是已知的。本发明优选闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫，闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫能够更好的配合本发明的蜂窝壁结构，以提高蜂窝结构体整体力学性能，此外，闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫还能够耐受风电叶片成型工艺中的模型温度。

最后，本发明还涉及一种风电叶片，风电叶片的夹层采用的前述的蜂窝结构，或采用由前述的制造方法制作的蜂窝结构。优选的，所述的蜂窝结构体用于风电叶片前缘、后缘和/或剪切肋的夹层结构。所制造的风电叶片具有重量更轻，力学性能更佳的优点。

以下，结合具体实施例对于本发明作进一步说明。

实施例1制备中温固化的树脂体系

将比例低于1：1的固态咪唑和无水酒精混合，在10-30℃之间充分搅拌，使固态咪唑完全溶解于无水酒精中。

加热双酚A环氧树脂至30-45℃。

将溶有咪唑的无水酒精和双酚A环氧树脂在30-45℃间内充分混合，咪唑和双酚A环氧的比例控制在1：100到5：100之间；无水酒精和环氧树脂的比例控制在1：10以上。

所制备的树脂体系固化温度在50～110℃之间。

实施例2～4制造蜂窝结构体

参考附图5中的步骤示意，制造蜂窝结构体：

步骤i，根据上表提供第一纤维布和第二纤维布，在第一和第二纤维布表面浸涂实施例1制备的树脂体系。将浸涂树脂体系的纤维布经对压辊挤压去除多余的树脂体系，以控制树脂体系的浸涂量。

步骤ii，根据上表尺寸提供硬质闭孔聚氨酯泡沫材料的填充体。将填充体对向交替的粘接在第一纤维布两侧上制作图5-ii蜂窝结构体单元，第一纤维布沿所述填充体轮廓弯折形成瓦楞结构。

步骤iii～vii，将多个蜂窝结构体单元与浸涂有树脂体系的第二纤维布交替叠加得到蜂窝结构体前体。

步骤viii，将蜂窝结构体前体在50℃下进行固化得到图8所示的蜂窝结构体。

如上表所示，所制造的蜂窝结构体的成型密度较巴沙木更轻。将制备的蜂窝结构体通过真空树脂导入工艺与铺层共同制作的风电叶片前缘、后缘以及剪切肋的夹层结构，各蜂窝结构体制作的风电叶片夹层结构的力学性能同样参考上表。所得到的风电叶片夹层结构展向上的剪切模量中最低也在211MPa，已经超过了芭莎木的剪切模量(160MPa)，其相较于其他实施例2、4剪切模量更低的原因推测为第二纤维布中的纤维方向与厚度方向平行或垂直。而当第二纤维布中的纤维方向与厚度方向成0°/45°/-45°夹角时，风电叶片的展向的剪切模量要更高，相较于芭莎木的剪切模量(160MPa)提高了数倍。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (33)

1.蜂窝结构体，其特征在于包括蜂窝壁，所述的蜂窝壁包含与蜂窝结构体厚度方向成夹角θ的第一纤维，和成夹角-θ的第二纤维，其中θ大于0°且小于90°。

2.如权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的θ为45°。

3.如权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于还包括房孔，房孔内填充有硬质弹性闭孔泡沫材料的填充体，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料具备5％以上的可压缩能力。

4.如权利要求3所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的硬质弹性闭孔泡沫材料为闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫。

5.如权利要求3所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的蜂窝壁包括瓦楞结构的第一子蜂窝壁以及平面结构的第二子蜂窝壁，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁交替叠加构成所述的蜂窝壁。

6.如权利要求的5所述的蜂窝结构体，其特征在于至少在所述的第一子蜂窝壁中含有所述的第一纤维和第二纤维。

7.如权利要求的5所述的蜂窝结构体，其特征在于所述第一子蜂窝壁的瓦楞结构为对向交替的等腰梯形凹槽，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁之间形成等腰梯形的房孔。

8.如权利要求的7所述的蜂窝结构体，其特征在于所述等腰梯形的底角小于85°，上底长度大于10mm。

9.如权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的蜂窝壁由浸润有树脂体系的纤维布固化形成。

10.如权利要求9所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的纤维布为[45°/-45°]铺层的双轴向或[0°/45°/-45°]铺层的三轴向纤维布。

11.如权利要求9所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的三轴向纤维布的面克度≥600g/m²，双轴向纤维布的面克度≥450g/m²。

12.如权利要求9所述的蜂窝结构体，其特征在于树脂体系中含有不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或苯并噁嗪树脂。

13.如权利要求9所述的蜂窝结构体，其特征在于所述树脂体系的固化温度为45～110℃。

14.如权利要求13所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的树脂体系中含有咪唑、无水酒精和双酚A环氧树脂。

15.如权利要求14所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的树脂体系中，咪唑：无水酒精的比例低于1:1，咪唑：双酚A环氧树脂的比例在1：100到5：100之间，无水酒精：双酚A环氧树脂的比例在1：10以上。

16.如权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于所述的第一纤维和第二纤维分别选自碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。

17.蜂窝结构体的制造方法，其特征在于包括蜂窝壁的制作步骤，所述的蜂窝壁中包含与蜂窝结构体厚度方向呈夹角θ的第一纤维和呈夹角-θ的第二纤维，其中θ大于0°且小于90°。

18.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于所述的θ为45°。

19.如权利要求18所述的制造方法，其特征在于所述的蜂窝壁包括瓦楞结构的第一子蜂窝壁以及平面结构的第二子蜂窝壁，第一子蜂窝壁与第二子蜂窝壁交替叠加构成所述的蜂窝壁和房孔。

20.如权利要求19所述的制造方法，其特征在于包括步骤：

在多块第一纤维布和第二纤维布表面浸涂树脂体系，所述的第一纤维布包含所述的第一纤维和第二纤维，

根据房孔形状制作多个填充体，将填充体对向交替的粘接在第一纤维布两侧上制作蜂窝结构体单元，第一纤维布沿所述填充体轮廓弯折形成瓦楞结构，

将多个蜂窝结构体单元与浸涂有树脂体系的第二纤维布交替叠加得到蜂窝结构体前体，

将蜂窝结构体前体进行固化得到蜂窝结构体。

21.如权利要求的20所述的制造方法，其特征在于房孔截面形状为等腰梯形。

22.如权利要求的21所述的制造方法，其特征在于所述梯形的底角小于85°，上底长度大于10mm。

23.如权利要求20所述的制造方法，其特征在于所述的纤维布为[45°/-45°]铺层的双轴向或[0°/45°/-45°]铺层的三轴向纤维布。

24.如权利要求23所述的制造方法，其特征在于所述的三轴向纤维布的面克度≥600g/m²，双轴向纤维布的面克度≥450g/m²。

25.如权利要求20所述的制造方法，其特征在于所述的树脂体系为中温固化的树脂体系。

26.如权利要求25所述的制造方法，其特征在于所述树脂体系的固化温度为45～110℃。

27.如权利要求25所述的制造方法，其特征在于所述的树脂体系中含有咪唑、无水酒精和双酚A环氧树脂。

28.如权利要求27所述的制造方法，其特征在于在所述的树脂体系中，咪唑：无水酒精的比例低于1:1，咪唑：双酚A环氧树脂的比例在1：100到5：100之间，无水酒精：双酚A环氧树脂的比例在1：10以上。

29.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于所述的第一纤维和第二纤维分别选自碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。

30.如权利要求20所述的制造方法，其特征在于所述的填充体为硬质弹性闭孔泡沫材料，所述的硬质弹性闭孔泡沫材料具备5％以上的可压缩能力。

31.如权利要求30所述的制造方法，其特征在于所述的硬质弹性闭孔泡沫材料为闭孔聚氨酯泡沫或者闭孔PET泡沫。

32.风电叶片，其特征在于包含权利要求1～16任一所述的蜂窝结构体，或由权利要求17～32任一所述的制造方法制造的蜂窝结构体。

33.如权利要求32所述的风电叶片，其特征在于所述的蜂窝结构体用于风电叶片前缘、后缘和/或剪切肋的夹层结构。