[发明专利]一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法在审

专利信息
申请号: 201910146321.5 申请日: 2019-02-27
公开(公告)号: CN109852007A 公开(公告)日: 2019-06-07
发明(设计)人: 万春杰;蔡建国;刘小萍 申请(专利权)人: 武汉本邦复合材料科技有限公司
主分类号: C08L63/00 分类号: C08L63/00;C08K7/06;C08K7/14;C08J5/04;B29C70/52
代理公司: 北京金智普华知识产权代理有限公司 11401 代理人: 杨采良
地址: 436070 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 环氧树脂 拉挤型材 树脂胶液 混杂增强 碳纤维 固化 浸润 环氧树脂复合材料 纤维 增强复合材料 搅拌机 高性能纤维 成型模具 充分混合 定长切割 风电叶片 喷砂处理 纤维混杂 促进剂 固化剂 浸胶槽 脱模剂 楔形条 预热 树脂 拉出 拉入 凝胶 湿法 预埋 生产工艺 种质 生产
【说明书】:

发明属于高性能纤维增强复合材料领域,公开了一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法,按比例将环氧树脂100份、固化剂20~60份、脱模剂0.5~2份、促进剂0.1~3份在树脂搅拌机中充分混合均匀为树脂胶液;将碳纤维与E玻纤维在浸胶槽中充分浸润所述树脂胶液;将浸润过树脂胶液的碳纤维与E玻纤维拉入成型模具进行预热、凝胶、固化;将固化后的型材以一定的速率匀速拉出,在线湿法方式定长切割后喷砂处理型材表面。本发明提出一种碳/玻纤维混杂增强环氧树脂复合材料拉挤型材生产工艺,提供一种质轻、高性能的用于风电叶片根的预埋楔形条型材。

技术领域

本发明属于高性能纤维增强复合材料领域,尤其涉及一种CF/GF混杂增强环氧树脂拉挤型材及生产方法。

背景技术

目前,业内常用的现有技术是这样的:混杂纤维增强树脂基复合材料是指在同一基体中有两种或两种以上增强纤维的复合材料。根据混杂纤维在树脂基体中的分布,主要分为层间混,杂、层内混杂和夹心混杂等形式。混杂复合材料常被要求高强度、低质量、低成本,在日常生活中被广泛应用。

玻璃纤维与碳纤维相比,拥有较低的模量和较高的应变承受能力,当用一部分玻璃纤维代替碳纤维时,复合材料的弯曲性能有了明显提高。同时,由于玻璃纤维的成本较碳纤维的成本低的多,复合材料整体成本会下降,但是相对比于纯碳纤维复合材料,其密度则会增加。因此,设计复合材料时,应充分考虑增强材料的性能,以及各个组分间的体积分数,从而得出具有最优混杂比的复合材料。

目前对混杂复合材料的研究多针对纤维织物的层内混杂及层间混杂,对单向连续混杂纤维的层间混杂研究较少。

风电叶片是由复合材料制成的薄壳结构,一般由根部、外壳和加强筋或梁三部分组成,复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90%以上。随着风电机组单机容量的增大,叶片长度和重量将成倍增加。为使风电叶片在运行过程中叶尖不触碰塔架,发挥高效的发电效率,轻质高刚度成为大型风电叶片对材料提出的新要求。于是很自然地,性能更优异的增强材料—碳纤维进入了叶片生产者的视野。

当前,风电叶片普遍采用的增强材料是玻璃纤维。就GFRP叶片的模量和强度来说,其临界长度大约是60m。而碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优异性能,其比强度是GFRP的2倍,比模量是GFRP的3倍。CFRP轻质又刚度高的特性,为风电叶片临界长度的增加提供了新的途径。但CFRP在刚度较高的同时,必然存在韧性相对较低的缺陷。

因此,将碳纤维和玻璃纤维混杂使用、协调匹配,令各自发挥其性能优势,相互取长补短,不仅可以提高综合性能,还能减轻重量、降低成本,提高经济效益。

风电叶片根是叶片结构设计的重要环节之一,而现有的叶片与轮毂的连接是靠螺栓或螺栓套与其连接实现的,轮毂为连接三个叶片的承载体,因此,叶片所受的荷载最终会通过叶片根传递到风力发电机组轮毂上,所以,叶片根是整个叶片结构中受力最大、结构最复杂的部件。

在实际的生产过程中,大部分的叶片都是通过后打孔工艺来实现螺栓和轮毂的连接,这种后打孔工艺存在着很大的风险,在叶片后打孔的过程中,若打孔机的精度出现任何偏差,都可能导致叶片的报废。同时,由于后打孔的工艺会造成叶片根原有结构层的加工损伤,因此就要求叶根结构设计具有较高的安全系数。

综上所述,现有技术存在的问题是:

(1)现有技术中,叶片大型化存在的重量载荷增大及相应的强度要求不能同时兼顾的问题。

(2)玻纤或碳纤与树脂的浸润缺陷导致的产品表面瑕疵或界面问题。

(3)连续生产速度低无法适应大规模工业生产问题。

解决上述技术问题的难度:

玻纤、碳纤重量比例问题、与树脂之间的浸润问题,成型温度、拉力、速度、直线度的控制问题。

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