本发明专利技术涉及风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法及制造装置，该制造装置由成型模具底板，带气嘴的气囊结构装置，和上盖板及连接部件等组成，采用该制造装置进行主梁帽的制备，通过在真空吸附工艺固化过程中采用气囊施压方式，大幅度提高了主梁帽的纤维紧密度和纤维体积含量，同时，进一步促进了树脂体系对碳纤维织物中丝束内部的完全浸渍透，从而获得高质量的碳纤维织物增强树脂基复合材料主梁帽，此外本发明专利技术制造主梁帽的装置与方法相结合，还具有简捷方便可靠、成本适中的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽制造方法及装置，属于风机叶片
技术介绍
复合材料风机叶片是风力发电系统的关键部件，直接影响着整个系统的性能。目前，大型风力发电机叶片大多数采用分部成型而后组装的方式制造，其复合材料叶片典型工艺制造过程为先在专用模具上成型主梁帽、剪切腹板及其他中小部件，然后将成型加工好的主梁帽和增强织物、轻质芯材等分别放置在两个壳体成型阴模(主模具)上经树脂复合成叶片外壳体，接着在主模具上把成型加工好的两个叶片外壳体、剪切腹板及其它部件胶接组装在一起，合模加压加热固化后制成整体叶片。其中层压到叶片壳体内表面上的主梁帽是叶片主要的承力部件，通常沿着风机叶片的纵向长度延伸，其设计和制造质量水平十分重要，其典型结构形式见图I所示。近年来，随着风力发电机向大功率和/或低速风场方向发展，风机叶片长度不断增长，碳纤维复合材料风机叶片已是必然选择。目前已有技术中，碳纤维在复合材料风机叶片上的应用主要是在主梁帽结构件上，如US 5617807 (A)、CN 101749173A、CN 101539116A、 US 2010104447 (Al)、CN 102465826 等。目前，玻璃纤维增强树脂基复合材料主梁帽的成型工艺主要包括真空吸附工艺 (vacuum resin infusion)和预浸料工艺(prepreg molding)。其中，大多数叶片制造商普遍采用真空吸附工艺，VESTAS和GAMESA等少数厂家则采用热熔法预浸料工艺。由于碳纤维比玻璃纤维更细、表面积更大，很难有效浸溃，对液体成型工艺要求较高，已有技术中，碳纤维复合材料主梁帽一般采用成本较高(如低温储存和运输等)的预浸料工艺来制造，如CN 101526070A等。尽管CN 101749173A中简单提及了碳纤维复合材料主梁帽可以采用预浸料工艺或树脂注入工艺制造，US 2010104447 (Al)在阐述碳纤维-玻璃纤维混杂增强的主梁帽时也简要提及到了包括碳纤维/玻璃纤维混杂织物，但上述专利均未提及具体的技术方案和解决效果。基于寻求预浸料的替代方法之目的，一些单位开展了碳纤维复合材料主梁帽液体成型技术的相关研究3TEX公司开发了一种碳纤维/玻璃纤维三维混杂结构的UniGirderTM单轴向织物，尝试用于风电叶片主梁的设计，结果表明该织物具有树脂灌注速度快，不易产生干斑等特性；GEC(全球能源概念公司)和TPI公司也联合探索开展并初步评估了采用碳纤维缝编单向织物和碳纤维/玻璃纤维混杂三轴向织物及其灌注工艺制备主梁帽的相关研究。上述研究结果表明，虽然采用特殊的碳纤维缝编织物，采用传统的真空吸附/灌注工艺，树脂容易灌注，但紧密度较差，其复合材料的纤维体积分数(Vf)小于45%，性能受到限制，尤其是压缩强度较差。而传统预浸料工艺制备的复合材料则有近60%的纤维体积分数，性能明显较优。因此，现实中，与玻璃纤维织物增强树脂基复合材料主梁帽及其真空吸附工艺的成熟性和广泛应用相比较，碳纤维织物增强树脂基复合材料主梁帽及其真空吸附工艺还仍是一个有待解决的难题，还没能真正得到应用和推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法，该方法不仅有效提高复合材料主梁帽中纤维紧密度和碳纤维体积含量，同时还有效促进和改善了树脂对碳纤维的浸溃效果，在提高碳纤维织物增强复合材料主梁帽的主要力学性能的同时，使产品综合性能更为优越。本专利技术的另外一个目的在于提供一种风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造>J-U ρ α装直。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造装置，包括成型模具底板、带有气嘴的气囊结构装置、上盖板及连接部件，其中成型模具底板通过连接部件与上盖板连接，形成一个封闭结构，成型模具底板上开有树脂进胶口和抽气口，上盖板上开有通孔，气囊结构装置上的气嘴穿过所述通孔，将上盖板与气囊结构装置连接固定，在成型模具底板与气囊结构装置之间形成型腔，用于主梁帽的成型。在上述风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造装置中，连接部件为紧固螺栓、 紧固螺钉或卡兰。在上述风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造装置中，成型模具底板包括单面模具型面、型面支撑结构、模具加热系统和保温系统，其中型面支撑结构、模具加热系统和保温系统均位于单面模具型面的底部，树脂进胶口和抽气口设置在单面模具型面上。风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法，采用上述制造装置进行主梁帽的制造，具体包括如下步骤(I)在成型模具底板上铺放制备主梁帽的碳纤维织物，之后将树脂进胶管放入树脂进胶口内，将抽气管放入抽气口内，之后铺放工艺辅助材料，最后用密封条进行密封；(2)将树脂通过树脂进胶管注入到碳纤维织物上，在真空压力条件下，使树脂完全浸溃碳纤维织物；(3)合上带有气嘴的气囊结构装置和上盖板，使气嘴穿过上盖板上的通孔，将气囊结构装置和上盖板进行固定，之后采用连接部件将上盖板与成型模具底板连接，向气嘴内注入惰性气体直至达到要求压力；(4)开启成型模具底板底部的模具加热系统和保温系统，进行加热固化；(5)固化完成后，通过气嘴卸压，揭开上盖板自然降温，之后脱模去除工艺辅助材料，得到碳纤维复合材料主梁帽。在上述风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法中，步骤(I)中铺放的工艺辅助材料包括脱模布、导流网和真空袋薄膜。在上述风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法中，步骤(I)中向气嘴内注入的惰性气体为氮气或氩气。在上述风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法中，步骤(2)中通过树脂进胶管注入到碳纤维织物上的树脂为乙烯基树脂、聚酯树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂。在上述风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法中，碳纤维织物为碳纤维缝编织物、碳纤维经编织物、碳纤维/玻璃纤维混编织物或碳纤维机织物。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果(I)本专利技术创新性的设计了由成型模具底板、带有气嘴的气囊结构装置和上盖板组成的主梁帽制造装置，并采用该制造装置进行主梁帽的制备，通过在真空吸附工艺固化过程中采用气囊施压方式，大幅度提高了主梁帽的纤维紧密度和纤维体积含量，同时，进一步促进了树脂体系对碳纤维织物中丝束内部的完全浸溃透，从而获得高质量的碳纤维织物增强树脂基复合材料主梁帽。(2)本专利技术制造主梁帽的装置与方法相结合，具有简捷方便可靠、成本适中的特点，不仅有效提高复合材料主梁帽中纤维紧密度和碳纤维体积含量，同时还有效促进和改善了树脂对碳纤维的浸溃效果，在提高碳纤维织物增强复合材料主梁帽的主要力学性能的同时，使产品综合性能更为优越。(3)本专利技术从树脂体系在碳纤维丝束之间的渗透和树脂体系在碳纤维丝束内部的浸溃等两方面出发，从而最大限度地保证碳纤维主梁帽的树脂浸溃工艺的质量和效果；(4)本专利技术主梁帽制备工艺质量高，实施性好，工艺简单、操作方便，可以提供高质量的风机叶片用碳纤维主梁帽，具有较强的实用性。附图说明图I为本专利技术碳纤维复合材料主梁帽及其在叶片中的结构示意图2为本专利技术碳纤维织物增强复合材料主梁帽的制造装置示意图3为采用本专利技术主梁帽制造装置的工艺实施示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述碳纤维复本文档来自技高网...
【技术保护点】
风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造装置，其特征在于：包括成型模具底板(7)、带有气嘴(16)的气囊结构装置(15)、上盖板(17)及连接部件(18)，其中成型模具底板(7)通过连接部件(18)与上盖板(17)连接，形成一个封闭结构，成型模具底板(7)上开有树脂进胶口(9)和抽气口(10)，上盖板(17)上开有通孔，气囊结构装置(15)上的气嘴(16)穿过所述通孔，将上盖板(17)与气囊结构装置(15)连接固定，在成型模具底板(7)与气囊结构装置(15)之间形成型腔(19)，用于主梁帽的成型。
【技术特征摘要】
1.风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造装置，其特征在于包括成型模具底板(7)、带有气嘴(16)的气囊结构装置(15)、上盖板(17)及连接部件(18)，其中成型模具底板(7)通过连接部件(18)与上盖板(17)连接，形成一个封闭结构，成型模具底板(7)上开有树脂进胶口(9)和抽气口(10)，上盖板(17)上开有通孔，气囊结构装置(15)上的气嘴(16)穿过所述通孔，将上盖板(17)与气囊结构装置(15)连接固定，在成型模具底板(7)与气囊结构装置(15)之间形成型腔(19)，用于主梁帽的成型。2.根据权利要求I所述的风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造装置，其特征在于所述连接部件(18)为紧固螺栓、紧固螺钉或卡兰。3.根据权利要求I所述的风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造装置，其特征在于所述成型模具底板(7)包括单面模具型面、型面支撑结构、模具加热系统和保温系统，其中型面支撑结构、模具加热系统和保温系统均位于单面模具型面的底部，树脂进胶口(9)和抽气口(10)设置在单面模具型面上。4.风机叶片用碳纤维复合材料主梁帽的制造方法，其特征在于采用权利要求I所述的制造装置进行主梁帽的制造，具体包括如下步骤 (1)在成型模具底板(7)上铺放制备主梁帽的碳纤维织物(8)，之后将树脂进胶管放入树脂进胶口(9)内，将抽气管放入抽气口(10)内，之后铺放工艺辅助材料，最后用密封条(12)进行密封； (2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜鸿斌，李迪克，高阳，王健，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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