一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種風(fēng)機(jī)葉片用碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽及其制造方法，碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽由碳纖維縫編織物增強(qiáng)材料和縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂體系組成，既滿足了真空吸附工藝的鋪覆效率和灌注效率需求，又很好地兼顧了主梁帽對(duì)碳纖維力學(xué)性能利用的要求，顯著提高了碳纖維縫編織物復(fù)合材料的力學(xué)性能和碳纖維織物復(fù)合材料主梁帽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)真空吸附工藝并采用了中低溫預(yù)固化后除去工藝輔助材料、然后中高溫固化的固化制度，既克服了工藝輔助材料不耐中高溫的隱患，又有效保證了主梁帽的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，尤其涉及一種風(fēng)機(jī)葉片用碳纖維復(fù)合材料主梁帽及其制造方法，屬于風(fēng)機(jī)葉片制造
。
技術(shù)介紹
復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能。主梁帽(又稱大梁)是葉片主要的承力部件，是一種大尺寸、大厚度的產(chǎn)品，通常沿著風(fēng)機(jī)葉片的縱向長(zhǎng)度延伸，其設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量水平十分重要。目前葉片主梁帽廣泛采用的材料與工藝主要是玻璃纖維縫編織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料和真空吸附工藝(vacuum resininfusion)。近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)向大功率和/或低速風(fēng)場(chǎng)方向發(fā)展，風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度不斷增長(zhǎng)，更為輕質(zhì)高性能的碳纖維復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片已是更優(yōu)選擇，而葉片主梁帽則是碳纖維在復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片上的首選應(yīng)用部位，如US5617807(A)、CN101749173A、CN101539116A,US2010104447(Al), CN102465826 等。在玻璃纖維復(fù)合材料主梁帽成型工藝發(fā)展選擇歷程中，鑒于單絲預(yù)浸料低壓成型工藝中單絲預(yù)浸料綜合成本(如單絲預(yù)浸料的制備、低溫儲(chǔ)存和低溫運(yùn)輸以及鋪貼使用環(huán)境因素等)高、鋪貼工藝質(zhì)量要求高、低壓(一般是真空袋壓)浸潰工藝質(zhì)量要求高等不足的原因，目前葉片用玻璃纖維復(fù)合材料主梁帽廣泛采用的材料工藝主要是玻璃纖維縫編織物樹(shù)脂真空吸附工藝。盡管專利CN101749173A提及了碳纖維復(fù)合材料主梁帽可以采用預(yù)浸料工藝或樹(shù)脂注入工藝制造，但在已有技術(shù)中，碳纖維復(fù)合材料主梁帽還是一般采用單絲預(yù)浸料工藝(pr印reg molding)來(lái)制造，如 CN101526070A、CN200910028100.4、CN200910028101.9等。其原因主要是由于與玻璃纖維比較，碳纖維更細(xì)、有效浸潰難度更大，采用傳統(tǒng)的真空吸附工藝及其樹(shù)脂體系制造大尺寸大厚度的碳纖維主梁帽時(shí)，其浸潰復(fù)合工藝效果和質(zhì)量(主要是力學(xué)性能)普遍不佳。目前葉片主梁帽真空吸附工藝用環(huán)氧樹(shù)脂體系主體為雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂體系，通常為添加稀釋劑的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂體系，或所謂“潛伏性”低粘度環(huán)氧樹(shù)脂體系(通過(guò)提高工藝操作溫度的方法使樹(shù)脂體系粘度進(jìn)一步減小)。以3TEX公司、GEC (全球能源概念公司)和TPI公司等為代表的公司則嘗試從增強(qiáng)織物的結(jié)構(gòu)形式方面進(jìn)行改進(jìn)，其方案基本均是采用碳纖維/玻璃纖維混雜三軸向織物(如3TEX公司開(kāi)發(fā)的UniGirderTM織物等)來(lái)代替碳纖維縫編單向織物，以達(dá)到提高真空吸附工藝樹(shù)脂體系灌注浸潰速度、避免產(chǎn)生干斑等缺陷的目的。研究結(jié)果表明，雖然采用特殊的碳纖維縫編織物，采用傳統(tǒng)真空吸附工藝時(shí)樹(shù)脂容易灌注，但由于受制于織物結(jié)構(gòu)的約束，其復(fù)合材料的性能受到限制，尤其是壓縮強(qiáng)度較差。可見(jiàn)，盡管碳纖維復(fù)合材料主梁帽的真空吸附工藝早已引起關(guān)注和研究，但現(xiàn)有材料和真空吸附工藝還難以獲得高性能的碳纖維主梁帽。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種風(fēng)機(jī)葉片用的、具 有良好浸潰質(zhì)量和優(yōu)異力學(xué)性能的高性能碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽及其制 造方法。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是:一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，主梁帽采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂體系和碳纖維縫編織物組成的碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料在成型模具中制造而成，所述碳纖維縫編織物的經(jīng)向材料采用面重大于200g/m2的碳纖維紗線，緯向材料采用玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維，緯向材料的面重小于經(jīng)向材料面重的3.8%，在滿足植物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和灌注工藝性的基礎(chǔ)上，以盡可能提高經(jīng)向方面的性能。碳纖維縫編織物中緯向材料的間隔大于或等于10mm、細(xì)度小于或等于68tex。環(huán)氧樹(shù)脂體系由TDE85環(huán)氧樹(shù)脂和胺類固化劑組成或由TDE85環(huán)氧樹(shù)脂、液體酸酐固化劑與促進(jìn)劑組成。所述TDE85環(huán)氧樹(shù)脂和胺類固化劑的質(zhì)量比為100: (54±2)，所述TDE85環(huán)氧樹(shù)月旨、液體酸酐固化劑與促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100:(129±2):(1±0.2)。一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽的制造方法，如下步驟:(I)首先在主梁帽成型模具上涂上脫模劑，然后在主梁帽成型模具上依次鋪放脫模布導(dǎo)流網(wǎng)、碳纖維縫編織物，再在碳纖維縫編織物上鋪放脫模布；(2)在主梁帽成型模具四周鋪放密封條，然后布置樹(shù)脂進(jìn)膠管和抽氣管，之后用真空袋薄膜和密封條將成型模具系統(tǒng)密封良好，利用抽氣管對(duì)成型模具抽真空；(3)在真空壓力和35°C ±5°C溫度條件下，將混合好的環(huán)氧樹(shù)脂體系通過(guò)樹(shù)脂進(jìn)膠管注入到碳纖維縫編織物上，使環(huán)氧樹(shù)脂體系完全浸潰到碳纖維縫編織物中；(4)對(duì)主梁帽成型模具進(jìn)行加熱，在真空壓力和60_90°C溫度下預(yù)固化2-4小時(shí)；(5)使成型模具自然降溫至40°C以下，然后再次對(duì)成型模具升溫至130-180°C，固化2.5-3.5小時(shí)；(6)使成型模具自然降溫至室溫，脫模、加工，即得到碳纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料主梁帽。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:(I)本專利技術(shù)采用了縮水甘油酯類TDE85環(huán)氧樹(shù)脂體系作為碳纖維縫編織物主梁帽的基體樹(shù)脂體系，體系粘度低、對(duì)碳纖維浸潤(rùn)性好，有效提高了碳纖維縫編織物復(fù)合材料的力學(xué)性能和碳纖維縫編織物主梁帽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、尤其是壓縮強(qiáng)度。(2)本專利技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)了主梁帽真空吸附工藝用碳纖維縫編織物的材料及其結(jié)構(gòu)形式，既滿足了真空吸附工藝的鋪覆效率和灌注效率需求，又很好地兼顧了主梁帽對(duì)碳纖維力學(xué)性能利用的要求，為碳纖維縫編織物復(fù)合材料的力學(xué)性能的提高和碳纖維織物復(fù)合材料主梁帽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提升奠定了基礎(chǔ)。(3)本專利技術(shù)創(chuàng)新采用了中低溫預(yù)固化后除去工藝輔助材料、然后中高溫固化的固化制度，既克服了工藝輔助材料不耐中高溫的隱患，又有效保證了主梁帽的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。【附圖說(shuō)明】圖1為本專利技術(shù)的制造流程圖。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，以使本
的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本方面，而不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)權(quán)利要求的限制:一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，主梁帽采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂體系和碳纖維縫編織物組成的碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料在成型模具中制造而成，所述碳纖維縫編織物的經(jīng)向材料采用面重大于200g/m2的碳纖維紗線，緯向材料采用玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維，緯向材料的面重小于經(jīng)向材料面重的3.8%，在滿足植物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和灌注工藝性的基礎(chǔ)上，以盡可能提高經(jīng)向方面的性能。碳纖維縫編織物中緯向材料的間隔大于或等于10mm、細(xì)度小于或等于68tex。環(huán)氧樹(shù)脂體系由TDE85環(huán)氧樹(shù)脂和胺類固化劑組成或由TDE85環(huán)氧樹(shù)脂、液體酸酐固化劑與促進(jìn)劑組成。TDE85環(huán)氧樹(shù)脂和胺類固化劑的質(zhì)量比為100:(54±2)，所述TDE85環(huán)氧樹(shù)脂、液體酸酐固化劑與促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100:(129±2):(1±0.2)。實(shí)施例1:一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，采用碳纖維縫編織物作為增強(qiáng)材料，采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂體系作為基體樹(shù)脂。碳纖維縫編織物，經(jīng)向材料為面重216g/m2的SYT45碳纖維紗線、緯向?yàn)槊嬷?g/m2的68tex玻璃纖維紗線等組成，其中緯紗間隔為IOmm ;縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂體系采用TDE85環(huán)氧樹(shù)脂+胺類固化劑。主梁帽的制造方法，如圖1所示，具體包括如下步驟:(I)首先在主梁帽成型模具上涂上脫模劑，然后本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，其特征在于：主梁帽采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂體系和碳纖維縫編織物組成的碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料在成型模具中制造而成，所述碳纖維縫編織物的經(jīng)向材料采用面重大于200g/m2的碳纖維紗線，緯向材料采用玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維，緯向材料的面重小于經(jīng)向材料面重的3.8%。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，其特征在于:主梁帽采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂體系和碳纖維縫編織物組成的碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料在成型模具中制造而成，所述碳纖維縫編織物的經(jīng)向材料采用面重大于200g/m2的碳纖維紗線，緯向材料采用玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維，緯向材料的面重小于經(jīng)向材料面重的3.8%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，其特征在于:所述碳纖維縫編織物中緯向材料的間隔大于或等于10mm、細(xì)度小于或等于68tex。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，其特征在于:所述環(huán)氧樹(shù)脂體系由TDE85環(huán)氧樹(shù)脂和胺類固化劑組成或由TDE85環(huán)氧樹(shù)脂、液體酸酐固化劑與促進(jìn)劑組成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽，其特征在于:所述TDE85環(huán)氧樹(shù)脂和胺類固化劑的質(zhì)量比為100: (54±2)，所述TDE85環(huán)氧樹(shù)脂、液體酸酐固化劑與促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100:(129±2):(1±0.2)。5.一種碳纖維織物增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主梁帽的制造方法，其特征在于包括如下步驟: (1)首先在主梁帽成型模具上涂上脫模劑，然后在主梁帽成型模具上依次鋪放脫模布導(dǎo)流網(wǎng)、碳纖維縫編織物，再在碳纖維縫編織物上鋪放脫模布； (2)在主梁帽成型模具四周鋪放密封條，然后布置樹(shù)脂進(jìn)膠管和抽氣管，之后用真空袋薄膜和密封條將成型模具系統(tǒng)密封良好，利用抽氣管對(duì)成型模具抽真空； (3)在真...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顏鴻斌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：航天材料及工藝研究所，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11