專利名稱：纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝。
背景技術：
風力發(fā)電機的風葉是風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵部位，直接影響著整個系統(tǒng)的性能，并具有長期在戶外自然環(huán)境條件下使用的綜合性能。所以對其制造工藝有一定的要求，然而傳統(tǒng)風力發(fā)電機葉片一般采用玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂，經(jīng)手糊工藝產(chǎn)品質(zhì)量對工人的操作熟練程度及環(huán)境條件依賴性，工藝存在產(chǎn)品質(zhì)量均勻性波動較大，產(chǎn)品的動靜平衡保證性差，廢品率較高等的問題。隨著風力發(fā)電機功率的不斷提高，安裝大奠基的塔座和捕捉風能的復合材料葉片做的越來越大。為了保證發(fā)電機運行平穩(wěn)和塔架的安全，不僅要求葉片的質(zhì)量輕也要求葉片的質(zhì)量分布均勻，外型尺寸精度控制準確，長期使用性能可靠。若要滿足上述要求，需要相應的成型工藝來保證。隨著環(huán)保意識的增強，目前，也有對樹脂注射模塑(Resin injection moulding)簡稱RTM的閉模成型工藝常用的樹脂為環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂。目前常用的有熱固性樹脂、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混基體。熱塑性樹脂可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后又變硬。熱固性樹脂只能一次加熱和成型，在加工過程中發(fā)生固化，形成不熔和不溶解的網(wǎng)狀交聯(lián)型高分子化合物，因此不能再生。復合材料的樹脂基體，目前以熱固性樹脂為主。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝。本發(fā)明一種纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，所述的風葉包括葉根預埋件、發(fā)泡芯及以環(huán)氧樹脂和增強纖維為基材的復合材料包覆層，其中所述的環(huán)氧樹脂樹脂為注射級的環(huán)氧乙烯基酯樹脂，所述的增強纖維為玻璃纖維布和碳纖維布，采用注射工藝成型，依序按下述步驟
第一，按設計要求將玻璃纖維布和碳纖維布裁剪成規(guī)定尺寸的各鋪層，并清理并加熱豐吳具；
第二，在風葉成型模具的上下模具中鋪層并放置葉根預埋件、發(fā)泡芯；
第三，合模，采用注射設備將環(huán)氧乙烯基酯樹脂體系注入閉合模腔，并抽真空，對模具保溫;
第四，開模，成型風葉。本發(fā)明原理是首先在模腔中鋪放好按性能和結構要求設計好的增強纖維布鋪層，采用注射設備將低粘度注射樹脂體系注入閉合模腔，模具周邊密封并緊固以及抽真空，以保證樹脂流動順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤增強纖維布，采用RTM制造的葉片制品具有表面光潔，成型效率高，環(huán)境污染小等優(yōu)點。另外，在鋪層中增加了碳纖維增強材料。當葉片尺寸一定程度時，由于碳纖維的增強，玻璃纖維和樹脂的用量可以減少，其綜合成本不高于現(xiàn)有的玻纖復合材料，然而性能確大幅提高。利用RTM制造工藝制造風機風葉，解決了生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品質(zhì)量均勻性波動較大，產(chǎn)品的動靜平衡保證性差，廢品率較高的問題。在上述方案基礎上，按設計要求裁剪成規(guī)定尺寸的葉片鋪層方法為第0、1、3、6、
7、9層為玻璃纖維布,米用形狀相同的模板裁剪第2、4、5、8、11層300g碳纖維布,第7層為玻璃纖維布，采用形狀相同的模板裁剪第10、12、13、14、15層玻璃纖維布，采用形狀相同的模板裁剪第16、17、18、19層玻璃纖維布，所有布層裁剪時用記號筆畫出外輪廓及點出上層中軸線位置點，并確定該鋪層的中軸線，布層裁剪完后不要折疊放置，以平攤或卷圈放置，卷圈放置時不得重疊。在鋪層和成型過程中，玻璃纖維布和碳纖維布鋪層應保證干燥且鋪放平直，以盡可能減少復合材料的孔隙率，獲得良好力學性能。在上述方案基礎上，所述的發(fā)泡芯可以通過下述工藝成型首先，在發(fā)泡芯的上、下模具清理干凈；然后，將黃油分別涂于發(fā)泡芯上、下模的表面，附上一層聚乙烯薄膜后進行合模，用壓力設備進行模具保壓；再后，向該模具腔內(nèi)澆入聚醚和異氰酸酯1:1混合料，澆注完畢封住澆注口 ；最后，20-30分鐘后去掉壓力設備，將模具慢慢開啟，移出發(fā)泡芯，放置在25攝氏度恒溫室內(nèi)儲存。在風葉模腔中鋪層的方法按下述步驟鋪層按照裁剪鋪層的序號順序逐一鋪放，每層布的中心軸一一對應，鋪完下模的鋪層后放入發(fā)泡芯，在葉根位置埋入葉根預埋件，然后，按下模的鋪層方法在上模進行鋪層。本發(fā)明的優(yōu)越性在于采用整個葉片一次成型的RTM工藝，產(chǎn)品尺寸和外型精度高，制品表面光潔度高；與手糊工藝相比成型效率高，環(huán)境污染小，有機揮發(fā)份小于20ppm。較好的解決了風電企業(yè)的風葉制造的質(zhì)量穩(wěn)定性和材料節(jié)能性，并且提高了生產(chǎn)效率。
附圖本發(fā)明葉片模具的注射孔位置示意圖。
具體實施例方式一種纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，所述的風葉包括葉根預埋件、發(fā)泡芯及以環(huán)氧樹脂和增強纖維為基材的復合材料包覆層，其中，所述的環(huán)氧樹脂樹脂為注射級的環(huán)氧乙烯基酯樹脂，所述的增強纖維為玻璃纖維布和碳纖維布，采用注射工藝成型，依序按下述步驟
第一，制作材料的準備包括發(fā)泡芯、注射級環(huán)氧乙烯基酯樹脂及固化劑的配制，以及按設計要求裁剪成規(guī)定尺寸的各鋪層，然后清理模具、加熱模具；
第二，在風葉成型的上、下模具中鋪層并放置葉根預埋件、發(fā)泡芯；
第三，合模，采用注射設備將環(huán)氧乙烯基酯樹脂體系注入閉合模腔，并抽真空，對模具保溫;
第四，開模，并清理模具，葉片表面處理，稱重及配重為成型風葉。
葉片RTM鋪層裁剪的設計及材料要求:
葉片裁剪第O層:為EL300玻璃纖維布；
葉片裁剪第I層:為EBX800/0/90玻璃纖維布；
葉片裁剪第3層:EBX450±45玻璃纖維布；
葉片裁剪2、4、5、8、11層為300g碳纖維且采用相同模板；
葉片裁剪第6、7、9層:EL1200玻璃纖維布；
葉片裁剪第10、12、13、14、15層為玻璃纖維布，且采用相同模板；
葉片裁剪第16、17、18、19層為玻璃纖維布，且采用相同模板；
以上所有布層裁剪時用記號筆畫出外輪廓及點出上層中軸線位置點，拿去上下模板，用木雞彈出上下模布層的中軸線。布層裁剪完后不要折疊放置，以平攤或卷圈放置，卷圈放置時不得重疊，以保證各鋪層平直。在RTM模具中制作發(fā)泡芯:
第一，發(fā)泡芯模準備:清理發(fā)泡芯模，使發(fā)泡芯模內(nèi)外表面干凈，沒有附著物及灰塵，可以留有少許黃油，將上下芯模分別置于模具內(nèi)，用毛刷將黃油分別涂于發(fā)泡芯模的表面，然后在表面附上一層聚乙烯薄膜。第二，進行合模，用壓力設備進行模具保壓，防止里面的配料溢流，然后向模具腔內(nèi)澆入配料(由聚醚和異氰酸酯1:1混合),澆注完畢封住澆注口。第三，進行開模:20-30分鐘后先去掉壓力設備，將模具慢慢開啟，移出發(fā)泡芯模具。第四，發(fā)泡芯放置:應在25攝氏度恒溫室內(nèi)儲存。RTM模具的鋪層:
布層鋪放的時候首先查看風葉模具的注射孔是否清理通暢，以防止影響后序的注射工藝。鋪層的鋪放按照裁布的序號順序的逐一鋪放。每層布的中心軸--對應。鋪完下
模的鋪層后，整理修剪布層，放入發(fā)泡芯，在葉根位置埋入葉根預埋件，鋪放上模的鋪層，上模的鋪層和下模鋪層一樣。以上是RTM模具下模的鋪層，其注意鋪層必須整理統(tǒng)一對稱性，盡量減少布層的移動和拉扯，減少布層的變形量。采用上述工藝制得的葉片外觀質(zhì)量高，無凹坑，產(chǎn)品尺寸和外型精度高，適合成型高質(zhì)量的復合材料整體，整個葉片一次成型；制品表面光潔度高；成型效率高，確保了成品件的動平衡要求。采用這種風力發(fā)電機葉片RTM制造工藝，前期設備投資小，模具壽命高，生產(chǎn)成本低；班產(chǎn)量高。RTM注射工藝:
如附圖所示，注射料樹脂體系從孔I 注入，從孔2抽出；孔3、4、5、6關閉，等其注入樹脂體系到達5-6Kg，打開孔6同時注射；孔7、8、9的特殊位置，是為了防止葉片缺膠而設置的孔，米取先抽后閉。如附圖所示，為模腔長度為4700_的葉片模具的注射孔位置示意圖，孔I至6的位置在葉片表面的中心線上，孔I距葉根的垂直距離為300mm，孔2距葉根的垂直距離為980mm,孔3距葉根的垂直距離為2300mm,孔4距葉根的垂直距離為3200mm,孔5距葉根的垂直距離為4000mm，孔6為葉尖部位?？?、8、9分別近孔1、孔2、孔2與孔3之間的位置，即位于葉片較厚部位，用于補膠。以上RTM模具注射工藝必須保證樹脂和模具溫度控制在25攝氏度，布層必須烘干處理。樹脂注射完成后，在模具中保溫，保溫一定時間，進行開模具，注射工藝就此完成。葉片表面處理
在修邊木桌上用磨光機去除葉片飛邊，查找葉片膠衣層下面葉片注膠白區(qū)，用鏟刀、磨光機等去除表層膠衣層，用注入針筒將樹脂注入白區(qū)，并用聚乙烯薄膜粘表面再用刮刀刮去多余樹脂，如有修補地方，可用原子灰修補。表面需要噴氣干膠衣的地方先用沙子打亮，使其變粗糙，然后丙酮清洗，待干后用聚乙烯薄膜粘于不需要噴的表面保護，噴氣干型膠衣?？稍?0°C _80°C烘箱中烘烤，以加快固化。另外，葉片放置時葉片的受風面不受到損害，要以葉根著地葉尖朝天直立角不小于75°或前緣著地后緣直立角不小于80°放立。
權利要求
1.一種纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，所述的風葉包括葉根預埋件、發(fā)泡芯及以環(huán)氧樹脂和增強纖維為基材的復合材料包覆層，其特征在于:所述的環(huán)氧樹脂樹脂為注射級的環(huán)氧乙烯基酯樹脂，所述的增強纖維為玻璃纖維布和碳纖維布，采用注射工藝成型，依序按下述步驟: 第一，按設計要求將玻璃纖維布和碳纖維布裁剪成規(guī)定尺寸的各鋪層，清理并加熱模亙.N 9 第二，在風葉成型模具的上下模具中鋪層并放置葉根預埋件、發(fā)泡芯； 第三，合模，采用注射設備將環(huán)氧乙烯基酯樹脂體系注入閉合模腔，并抽真空，對模具保溫25攝氏度； 第四，開模，成型風葉。
2.根據(jù)權利要求1所述纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，其特征在于，按設計要求裁剪成規(guī)定尺寸的葉片鋪層方法為:第0、1、3、6、7、9層為玻璃纖維布，采用形狀相同的模板裁剪第2、4、5、8、11層300g碳纖維布，采用形狀相同的模板裁剪第10、12、13、14、15層玻璃纖維布，采用形狀相同的模板裁剪第16、17、18、19層玻璃纖維布，所有布層裁剪時用記號筆畫出外輪廓及點出上層中軸線位置點，并確定該鋪層的中軸線，布層裁剪完后不要折疊放置，以平攤或卷圈放置，卷圈放置時不得重疊。
3.根據(jù)權利要求1或2所述纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，其特征在于:在鋪層和成型過程中，玻璃纖維布和碳纖維布鋪層干燥且鋪放平直。
4.根據(jù)權利要求1所述纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，其特征在于，所述的發(fā)泡芯通過下述工藝成型:首先，在發(fā)泡芯的上、下模具清理干凈；然后，將黃油分別涂于發(fā)泡芯上、下 模的表面，附上一層聚乙烯薄膜后進行合模，用壓力設備進行模具保壓；再后，向該模具腔內(nèi)澆入聚醚和異氰酸酯1:1混合料，澆注完畢封住澆注口 ；最后，20-30分鐘后去掉壓力設備，將模具慢慢開啟，移出發(fā)泡芯，放置在25攝氏度恒溫室內(nèi)儲存。
5.根據(jù)權利要求1或2所述纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，其特征在于，在風葉成型模具腔中鋪層的方法按下述步驟:鋪層按照裁剪鋪層的序號順序逐一鋪放，每層布的中心軸一一對應，鋪完下模的鋪層后放入發(fā)泡芯，在葉根位置埋入葉根預埋件，然后，按下模的鋪層方法在上模進行鋪層。
6.根據(jù)權利要求1或2所述纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，其特征在于，葉片放置時要以葉根著地葉尖朝天直立角不小于75°或前緣著地后緣直立角不小于80°放立。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維增強樹脂基復合材料的風力發(fā)電機的風葉制造工藝，風葉包括葉根預埋件、發(fā)泡芯及以環(huán)氧樹脂和增強纖維為基材的復合材料包覆層，環(huán)氧樹脂樹脂為注射級的環(huán)氧乙烯基酯樹脂，增強纖維為玻璃纖維布和碳纖維布，采用注射工藝成型，依序步驟為一，按設計要求將玻璃纖維布和碳纖維布裁剪成規(guī)定尺寸的各鋪層，清理并加熱模具；二，在風葉成型模具的上下模具中鋪層并放置葉根預埋件、發(fā)泡芯；三，合模，采用注射設備將環(huán)氧乙烯基酯樹脂體系注入閉合模腔，并抽真空，對模具保溫25℃；四，開模，成型風葉。本發(fā)明葉片一次成型，尺寸和外型精度高、表面光潔度高；成型效率高，環(huán)境污染小，有機揮發(fā)份小于20ppm，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號B29C70/54GK103072287SQ20131000336
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權日2013年1月6日
發(fā)明者王一鳴, 干森威 申請人:寧波錦浪新能源科技有限公司