【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轻量化风电叶片，特别是关于一种大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽的制作方法及其工艺。
技术介绍
1、风电叶片主梁帽通常采用两种复合材料：玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料。玻璃纤维复合材料因成本较低和较好的韧性而被广泛应用，但是其强度和模量较低，且材料密度大，限制了风电叶片的大型化与发电容量地提升。相比而言，碳纤维以其卓越的强度、刚性和优异的疲劳耐受性而受到推崇，且材料密度低，但其成本较高且断裂韧性较低，限制了其在风电叶片及广泛的工业中的使用。
2、为了结合这两种材料各自的优势，开发一种既具有碳纤维的高性能特性又拥有玻璃纤维成本效益的风电叶片主梁帽成为了研究的焦点，以满足大尺寸叶片主梁帽对复合材料不同的力学、重量和成本的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提出一种大尺寸碳玻层内混杂复合材料风电叶片主梁帽，结合碳纤维和玻璃纤维的优势，设计独特的层内混杂单向经编结构，不仅提高材料性能，实现尺寸大型化，同时也有效降低了密度和成本，从而满足工业上对高性能且低成本复合材料的迫切需求，实现更高的性能和成本效率。
2、一种大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：所述风电叶片主梁帽所采用的复合材料由碳纤维和玻璃纤维组成，碳纤维和玻璃纤维以层内混杂单轴向经编织物的形式混杂，通过调节两种纤维比例获得不同的层内混杂单轴向经编织物，根据构件厚度进行铺层，根据构件厚度进行铺层制作风电叶片主梁帽，从而满足不同的力学需求、重量和成本需求，相比玻璃纤
3、进一步地，本专利技术的复合材料叶片主梁帽可以采用vartm工艺进行制备。此种混杂结构使得叶片主梁帽在保持轻量化的同时，具有较好的拉伸性能和压缩性能。
4、本专利技术的混杂织物设计成层内单轴向经编形式，织物中铺放的纤维不弯曲，充分利用了纤维长度方向上的优势。
5、进一步地，层内混杂单轴向经编织物由碳纤维纱线和玻璃纤维纱线构成，为保证织物单层内厚度一致性，采用东丽t620sc-24k-50c碳纤维和重庆国际ect469l-2400玻璃纤维纱线进行组合。
6、进一步地，碳纤维具有1.77g/cm3的密度，1850tex的细度，234gpa的拉伸模量和4175mpa的强度；其中玻璃纤维纱线的细度为4800tex，密度为2.56g/cm3，拉伸模量和强度分别为78.7gpa和2366mpa。
7、进一步地，层内混杂单轴向经编织物中，碳纤维和玻璃纤维均为连续长纱，织物背面含有少量涤纶熔融纱。
8、进一步地，涤纶熔融纱的细度为10tex。
9、进一步地，层内单轴向经编混杂织物，采用经平组织的经编缝合方式，其中，经编线的细度为52.5tex。
10、进一步地，单轴向经编织物内碳/玻纤维比例分别为1:1、1:2、1:4，以实现层内混杂排布，三种混杂织物的克重分别为837g/m2、874g/m2、902g/m2。
11、进一步地，层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽采用环氧树脂作为基体，其是叶片的专用树脂，与选定的碳纤维和玻璃纤维匹配性较好。环氧树脂在室温下的粘度为900-1300mpa·s，灌注工艺良好。
12、根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了以上所述的层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
13、步骤一：主梁帽混杂织物的设计与织造
14、1.层内混杂单向经编织物设计：
15、准备碳纤维和玻璃纤维长丝纱，设计织物层内的碳纤维和玻璃纤维按选择的比例排布的不同层内混杂织物，对于碳/玻纤维比例为1:1的层内混杂织物，采用交替排列一根碳纱和一根玻纱的方式；碳/玻纤维比例为1:2的织物中，则排列一根碳纱和两根玻纱，碳/玻纤维比例为1:4的织物中，则排列一根碳纱和四根玻纱；
16、2.层内混杂单向经编织物织造：
17、a.使用经编多轴向织机进行织造，零度方向的碳纱和玻纱按不同的混杂比例引入。
18、b.在增强的碳纱和玻纱下面±45°放置涤纶熔融纱。
19、c.当所有纱线送至缝编位置时，经编纱将铺放好的纱线缝编在一起，形成层内混杂单向经编织物；
20、步骤二：复合材料叶片主梁帽的铺层及固化成型
21、a.采用不同碳/玻纤维比例的层内混杂单向经编织物制作相应的复合材料叶片主梁帽，层内混杂单向经编织物铺层方式依照叶片主梁帽的厚度和结构要求，有序地堆叠织物层；
22、b.采用vartm工艺制备复合材料主梁帽；按模具、脱模布、织物、脱模布、导流网的顺序自下而上铺放，使用真空袋将整个结构密封，确保在后续的树脂灌注过程中，系统处于密闭状态。
23、c.完成装置搭建后，对真空袋抽取真空，维持真空压力在0.1mpa；
24、d.树脂通过入口注入，负压将树脂吸注至真空中以浸润织物，确保树脂与纤维的均匀分布和紧密结合；
25、e.织物充模完成后，将模具逐渐加热至80℃，在这一温度下保持8小时，让树脂充分固化；
26、f.树脂固化后，关闭加热和真空系统，待模具冷却至室温后，去除真空袋和导流网，最后从模具中取出成型的复合材料叶片主梁帽。
27、本专利技术提供的层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，在维持高性能的基础上实现了材料密度的降低，有利于制作低成本的大尺寸叶片。具体表现在以下几个方面：
28、拉伸性能：本专利技术的层内混杂复合材料的拉伸模量和强度均介于纯碳纤维和纯玻璃纤维复合材料之间。与纯玻璃纤维复合材料相比，该混杂材料展示出更高的拉伸模量和强度。此外，相较于纯碳纤维复合材料，碳玻混杂复合材料在拉伸断裂韧性方面有所提升。
29、压缩性能：由于碳纤维和玻璃纤维的互补作用，该混杂复合材料的压缩模量随着碳纤维含量的增加而提高。尽管混杂后的压缩强度相较于单一材料有所下降，但其损失量相对较小，保持了良好的平衡。
30、成本效益：碳纤维的成本远高于玻璃纤维，碳玻混杂材料大大降低了材料的成本。本专利技术通过合理设计碳玻混杂比例，提升了纯玻复合材料的拉伸和压缩性能，并降低了材料的重量，有效提升了产品的性价比。
31、因此，本专利技术不仅在技术层面实现了复合材料性能的提升，同时在经济上也达到了成本的有效降低，具备显著的工业应用潜力和市场竞争力。
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1.一种大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：所述风电叶片主梁帽所采用的复合材料由碳纤维和玻璃纤维组成，碳纤维和玻璃纤维以层内混杂单轴向经编织物的形式混杂，通过调节两种纤维比例获得不同的层内混杂单轴向经编织物，根据构件厚度进行铺层制作风电叶片主梁帽。
2.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：层内混杂单轴向经编织物由碳纤维纱线和玻璃纤维纱线构成，为保证织物单层内厚度一致性，采用东丽T620SC-24K-50C碳纤维和重庆国际ECT469L-2400玻璃纤维纱线进行组合。
3.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：碳纤维具有1.77g/cm3的密度，1850tex的细度，234GPa的拉伸模量和4175MPa的强度；其中玻璃纤维纱线的细度为4800tex，密度为2.56g/cm3，拉伸模量和强度分别为78.7GPa和2366MPa。
4.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：层内混杂单轴向经编织物中，碳纤维和玻璃纤维均为连续
5.根据权利要求4所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：涤纶熔融纱的细度为10tex。
6.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：层内单轴向经编混杂织物，采用经平组织的经编缝合方式，其中，经编线的细度为52.5tex。
7.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：单轴向经编织物内碳/玻纤维比例分别为1:1、1:2、1:4，三种混杂织物的克重分别为837g/m2、874g/m2、902g/m2。
8.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于所使用的树脂为环氧树脂，室温下粘度为900-1300Mpa·s。
9.根据权利要求1-8任一所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：所述风电叶片主梁帽所采用的复合材料由碳纤维和玻璃纤维组成，碳纤维和玻璃纤维以层内混杂单轴向经编织物的形式混杂，通过调节两种纤维比例获得不同的层内混杂单轴向经编织物，根据构件厚度进行铺层制作风电叶片主梁帽。
2.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：层内混杂单轴向经编织物由碳纤维纱线和玻璃纤维纱线构成，为保证织物单层内厚度一致性，采用东丽t620sc-24k-50c碳纤维和重庆国际ect469l-2400玻璃纤维纱线进行组合。
3.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料风电叶片主梁帽，其特征在于：碳纤维具有1.77g/cm3的密度，1850tex的细度，234gpa的拉伸模量和4175mpa的强度；其中玻璃纤维纱线的细度为4800tex，密度为2.56g/cm3，拉伸模量和强度分别为78.7gpa和2366mpa。
4.根据权利要求1所述的大型化层内碳玻混杂复合材料...
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