[发明专利]一种多核芯纤维复合材料内正交结构件及其制作工艺

说明书

本发明属于纤维复合材料加工制造技术领域，具体涉及一种多核芯纤维复合材料内正交结构件及其制作工艺。一种多核芯纤维复合材料内正交结构件，包括壳体，壳体内设置有至少两个核芯室，每两个相邻的核芯室之间设置有核芯室墙体，核芯室墙体垂直于结构面板；壳体和核芯室墙体的材质均为碳纤维材料或玻璃纤维材料；核芯室内设置有由泡沫塑料构成的核芯；结构面板、核芯室、核芯室墙体和核芯通过纤维材料和泡沫塑料热成型工艺一体成型。制作工艺包括核芯前塑体制备步骤、核芯前塑体装模步骤以及纤维壳体和核芯架构一体成型步骤。本发明提供的多核芯纤维复合材料内正交结构件，具有强度高、重量轻、稳定性好以及适用性强等技术效果。

技术领域

本发明属于纤维复合材料加工制造技术领域，具体涉及一种多核芯纤维复合材料内正交结构件及其制作工艺。

背景技术

随着世界经济水平和技术水平的不断发展，人们对现有各种装备或场所的板材的强度和重量以及使用性能等提出了更多的要求。比如用作厂房或住宅地板、壁板或顶棚的板材，或者用作工程车辆或工业设备壳体的板材，一般是用金属或非金属材料(比如塑胶)制作而成的，在安装时候存在现场工人劳动负荷强、易造成安全隐患以及施工难度大等技术问题；在使用过程中也存在易腐蚀、易变形、强度达不到要求、抗震性能差等问题。为了解决这些问题，厂商们纷纷研制出了基于纤维复合材料的替代品。这些纤维复合材料的板材制品，在具有优异的机械强度之外，还具有现有金属或塑料板材所欠缺的许多性能，比如拉伸强度高、耐腐蚀性好、抗震性能和抗冲击性能优异等优点。然而，限于结构和工艺等方面的局限性，现有纤维复合材料板材在使用过程中仍然存在一些问题。比如在机翼和各种涡轮机叶片的应用中，现有纤维复合材料叶片一般为实体或空心结构或分体式单核心结构，仍然存在重量不够轻、强度不够大、抗震性能差、启动扭矩过大以及稳定性不足等问题。下面以风力发电机叶片的技术发展现状为例，对各种现有技术的优点和缺陷进行详细介绍。

在气候恶化和环境保护压力的推动下，人们对于清洁能源的需要将会迎来跳跃式的发展。据国际风能委员会预计，全球风能发电量将在2022年增长至1000GW，风力发电设备的国际市场是巨大的，当前风叶的生产成本占到整个风力发电设备总成本的15％左右，这意味着风叶这一风力发电设备的关键部件将会有150亿美元的市场份额。

早期的风力发电设备由于采用单片式结构的风叶，存在强度不够、容易折断失效等问题。

现代的设计理念是以风翼作为风叶的基础结构，存在不能有效俘获风能、要求风速较高(至少22英里/小时)以及启动扭矩过高等缺陷。当前主流的设计方案是使用具有半核芯结构的机翼型风叶，每一个风叶包括两个独立成型的半风叶，两个半风叶通过设置于其间的泡沫材料粘接在一起。设置在风叶中间的泡沫塑料结构可以起到降低震动、噪音以及增加风叶稳定性的效果。但是由于采用了分体式的风叶结构，这种风叶存在容易沿接缝处开裂以及机械强度不足等弊端。据调查，在大型风力发电机组上目前约有100000只具有这种半核芯结构的风叶需要维修或更换，后期维护费用巨大。

另一方面，由于家用能量的消耗巨大，一些公司正在致力于开发低风速和低海拔的风能解决方案。举例而言，假如一个美国家庭屋主每年的能量消耗费用包括燃油和燃气在内约为15000美元，而市场上目前5kW的风力发电机组的装机费用约为7500美元，如果这个家庭选择使用风能的话，那么他们每年将会从清洁能源的利用上获得7500美元的收益。在居民住宅和商业建筑中，低速风能市场是巨大的，但是目前还没有可行的解决方案。