[发明专利]一种制备大型复合材料风力发电机叶片的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料成型工艺技术领域，涉及非金属复合材料的成型技术，主要提出一种制备大型复合材料风力发电机叶片的方法。

背景技术

大型复合材料风力发电机叶片(简称风电叶片)的生产工艺简化涉及到叶片成本和工人的劳动强度，是叶片生产工艺首先要注意到的事情。目前大部分风力发电机叶片，尤其是大型叶片仍然采用多步法成型工艺(两次或两次以上复合材料成型工艺)，即先分别制备叶片的上、下外壳(叶片壳体)和龙骨主梁(抗剪腹板)及大梁(也称梁帽)，然后采用胶结、手糊等工艺使之组合成一个整体。梁帽单独成型时可采用手糊、挤压或真空灌注等方法，可控性较强，容易操作，但增加了大梁模具和工序，使叶片成本上升，耗费工时较多，而且可能使大梁与其他铺层的界面结合强度降低，不利于风电叶片生产效率和质量的控制。如果采用开放式手糊成型的方法制作大梁预制件，污染指数高，工人劳动强度更大。

专利《大型复合材料风力机叶片及其制备方法》(专利申请号200510023488.0)中提出复合材料叶片一次整体成型，但是这种方法与目前大部分企业中正在使用的工艺差别较大，不易实施。最近的一篇国内专利(申请号：200810117093.0一种复合材料闭模一次成型工艺)介绍的复合材料叶片制备技术，即叶片闭模袋压一次成型工艺，这种工艺可以降低毒气排出量，生产效率高，制品内外尺寸准确，但设备投资大，要求制作气囊，工艺较为复杂，纤维定向控制困难，需要解决的技术问题还很多，短期内难以实现。目前，比较可行的方法仍是由多步法成型逐步向闭模一次成型过度，减少多步法的步骤，从而最终实现大型风电叶片的闭模一次成型。

发明内容

本发明提出一种制备大型复合材料风力发电机叶片的方法，其目的在于简化叶片的生产工艺，增强大梁与叶片壳体的结合强度，降低叶片内部应力，更好的控制叶片的质量和生产成本。

本发明完成其发明任务所采取的技术方案是：采用真空辅助成型的方法，通过大梁与叶片壳体一体成型的工艺，大梁的铺层参与到叶片壳体的铺设过程中，即叶片壳体的铺层工作包括了大梁，在叶片壳体的铺设时，直接在叶片壳体内铺设大梁；在真空状态下整体灌注使大梁与叶片壳体一体成型；在真空灌注时，根据树脂在纤维中渗透速率的变化设置不同的快速导流区和阻流区，以使树脂能够更快更好的浸润整个铺层；叶片壳体分上、下外壳(叶片壳体)和龙骨主梁(抗剪腹板)的分别制作，将叶片上、下壳体对合连接，并将龙骨主梁(抗剪腹板)设置安装于叶片上、下壳体内，构成整个复合材料风力发电机的叶片。本发明主要涉及叶片上、下外壳的制作；其中，叶片上、下外壳的制作方式相同即在叶片外壳的铺设时，直接在叶片外壳体内铺设大梁；在真空状态下整体灌注成型叶片外壳体；在真空灌注成型时，采取在铺设完成的叶片上、下外壳体上部设置快速导流区和阻流区，以使树脂能够更快更好的浸润整个铺层；快速导流区为导流介质构成，如在叶片外壳体的上端表面铺设导流网或其它起导流作用的部件；叶片壳体上端表面的阻流区对应叶片壳体内铺设的大梁设置，即在与大梁宽度两端相对应的叶片壳体上端表面设置阻流区；这是因为，大梁一般采用单向纤维制作，树脂在纤维中的横向渗透阻力较大，但在导流介质中的流动阻力小，如果垂直纤维方向不设置阻流区会导致树脂只在导流介质和纤维的表面流动，由于大梁单向布铺层很厚，树脂很难渗透到纤维内部，从而出现浸润不透的干区或白斑。

所述阻流区的设置可以采用导流介质之间间隔一定距离的方式，导流介质之间的间隔构成阻流区；即将导流介质位于叶片壳体上端表面并使与大梁宽度两端相对应的叶片壳体上端表面具有导流介质，所述导流介质在对应于大梁宽度方向的另一端与相邻的导流介质之间间隔一定距离，间隔距离需要根据玻璃布的层数或厚度以及树脂的固化时间来确定，改变树脂沿纤维方向和垂直纤维方向渗透速率的差别，从而起到阻流的作用，使树脂的流动方向由横向流动变为自上而下的纤维渗透过程；也可以在导流介质之上的需要阻流的位置铺一条阻流带，即在对应于大梁宽度方向的另一端铺设阻流带，阻流带纵向与大梁宽度方向的另一端对应；在真空压力的作用下柔软的胶带嵌入到导流介质的网格中，从而起到阻流的作用，使树脂的流动方向由横向流动变为自上而下的纤维渗透过程；也可将阻流带直接铺设在叶片壳体的上端表面。另外一种方式是在大梁铺层内部加入适当厚度的连续毡，加快树脂在其中的渗透速率。

这里的大型复合材料风机叶片主要由纤维和树脂组成，纤维布包括碳纤维、玻璃纤维，树脂包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂；复合材料大梁一般由单向纤维布构成。