一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風機葉片用碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽及其制造方法，碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽由碳纖維縫編織物增強材料和縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂體系組成，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碳纖維力學性能利用的要求，顯著提高了碳纖維縫編織物復合材料的力學性能和碳纖維織物復合材料主梁帽的結構強度。本發(fā)明通過真空吸附工藝并采用了中低溫預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構力學性能。
【專利說明】 一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽及其制造方法，尤其涉及一種風機葉片用碳纖維復合材料主梁帽及其制造方法，屬于風機葉片制造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]復合材料風機葉片是風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵部件，直接影響著整個系統(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，通常沿著風機葉片的縱向長度延伸，其設計和制造質量水平十分重要。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樹脂基復合材料和真空吸附工藝(vacuum resininfusion)。近年來，隨著風力發(fā)電機向大功率和/或低速風場方向發(fā)展，風機葉片長度不斷增長，更為輕質高性能的碳纖維復合材料風機葉片已是更優(yōu)選擇，而葉片主梁帽則是碳纖維在復合材料風機葉片上的首選應用部位，如US5617807(A)、CN101749173A、CN101539116A,US2010104447(Al), CN102465826 等。
[0003]在玻璃纖維復合材料主梁帽成型工藝發(fā)展選擇歷程中，鑒于單絲預浸料低壓成型工藝中單絲預浸料綜合成本(如單絲預浸料的制備、低溫儲存和低溫運輸以及鋪貼使用環(huán)境因素等)高、鋪貼工藝質量要求高、低壓(一般是真空袋壓)浸潰工藝質量要求高等不足的原因，目前葉片用玻璃纖維復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脂真空吸附工藝。盡管專利CN101749173A提及了碳纖維復合材料主梁帽可以采用預浸料工藝或樹脂注入工藝制造，但在已有技術中，碳纖維復合材料主梁帽還是一般采用單絲預浸料工藝(pr印reg molding)來制造，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、有效浸潰難度更大，采用傳統(tǒng)的真空吸附工藝及其樹脂體系制造大尺寸大厚度的碳纖維主梁帽時，其浸潰復合工藝效果和質量(主要是力學性能)普遍不佳。目前葉片主梁帽真空吸附工藝用環(huán)氧樹脂體系主體為雙酚A環(huán)氧樹脂體系，通常為添加稀釋劑的雙酚A環(huán)氧樹脂體系，或所謂“潛伏性”低粘度環(huán)氧樹脂體系(通過提高工藝操作溫度的方法使樹脂體系粘度進一步減小)。
[0004]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織物的結構形式方面進行改進，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公司開發(fā)的UniGirderTM織物等)來代替碳纖維縫編單向織物，以達到提高真空吸附工藝樹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)真空吸附工藝時樹脂容易灌注，但由于受制于織物結構的約束，其復合材料的性能受到限制，尤其是壓縮強度較差。
[0005]可見，盡管碳纖維復合材料主梁帽的真空吸附工藝早已引起關注和研究，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。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種風機葉片用的、具 有良好浸潰質量和優(yōu)異力學性能的高性能碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽及其制
造方法。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案是:一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，主梁帽采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂體系和碳纖維縫編織物組成的碳纖維織物增強樹脂基復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%，在滿足植物結構穩(wěn)定性和灌注工藝性的基礎上，以盡可能提高經(jīng)向方面的性能。
[0008]碳纖維縫編織物中緯向材料的間隔大于或等于10mm、細度小于或等于68tex。
[0009]環(huán)氧樹脂體系由TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑組成或由TDE85環(huán)氧樹脂、液體酸酐固化劑與促進劑組成。
[0010]所述TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑的質量比為100: (54±2)，所述TDE85環(huán)氧樹月旨、液體酸酐固化劑與促進劑的質量比為100:(129±2):(1±0.2)。
[0011]一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽的制造方法，如下步驟:
[0012](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；
[0013](2)在主梁帽成型模具四周鋪放密封條，然后布置樹脂進膠管和抽氣管，之后用真空袋薄膜和密封條將成型模具系統(tǒng)密封良好，利用抽氣管對成型模具抽真空；
[0014](3)在真空壓力和35°C ±5°C溫度條件下，將混合好的環(huán)氧樹脂體系通過樹脂進膠管注入到碳纖維縫編織物上，使環(huán)氧樹脂體系完全浸潰到碳纖維縫編織物中；
[0015](4)對主梁帽成型模具進行加熱，在真空壓力和60_90°C溫度下預固化2-4小時；
[0016](5)使成型模具自然降溫至40°C以下，然后再次對成型模具升溫至130-180°C，固化2.5-3.5小時；
[0017](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復合材料主梁帽。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下有益效果:
[0019](I)本發(fā)明采用了縮水甘油酯類TDE85環(huán)氧樹脂體系作為碳纖維縫編織物主梁帽的基體樹脂體系，體系粘度低、對碳纖維浸潤性好，有效提高了碳纖維縫編織物復合材料的力學性能和碳纖維縫編織物主梁帽的結構強度、尤其是壓縮強度。
[0020](2)本發(fā)明優(yōu)化設計了主梁帽真空吸附工藝用碳纖維縫編織物的材料及其結構形式，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碳纖維力學性能利用的要求，為碳纖維縫編織物復合材料的力學性能的提高和碳纖維織物復合材料主梁帽的結構強度提升奠定了基礎。
[0021](3)本發(fā)明創(chuàng)新采用了中低溫預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構力學性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的制造流程圖。
【具體實施方式】[0023]下面結合具體實施例對本發(fā)明技術方案作進一步詳細的描述，以使本【技術領域】的技術人員進一步理解本方面，而不構成對本發(fā)明權利要求的限制:
[0024]一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，主梁帽采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂體系和碳纖維縫編織物組成的碳纖維織物增強樹脂基復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%，在滿足植物結構穩(wěn)定性和灌注工藝性的基礎上，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、細度小于或等于68tex。環(huán)氧樹脂體系由TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑組成或由TDE85環(huán)氧樹脂、液體酸酐固化劑與促進劑組成。TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑的質量比為100:(54±2)，所述TDE85環(huán)氧樹脂、液體酸酐固化劑與促進劑的質量比為100:(129±2):(1±0.2)。
[0025]實施例1:一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，采用碳纖維縫編織物作為增強材料，采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂體系作為基體樹脂。碳纖維縫編織物，經(jīng)向材料為面重216g/m2的SYT45碳纖維紗線、緯向為面重8g/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)氧樹脂體系采用TDE85環(huán)氧樹脂+胺類固化劑。
[0026]主梁帽的制造方法，如圖1所示，具體包括如下步驟:
[0027](I)首先在主梁帽成型模具上涂上脫模劑，然后鋪放脫模布導流網(wǎng)等工藝輔助材料，之后鋪放所述碳纖維縫編織物，再在碳纖維縫編織物上依次鋪放脫模布等工藝輔助材料；
[0028](2)在主梁帽成型模具四周鋪放密封條，然后布置樹脂進膠管和抽氣管，之后用真空袋薄膜和密封條使系統(tǒng)整理密封良好；
[0029](3)在真空壓力和35°C溫度條件下，將混合好的樹脂體系通過樹脂進膠管注入到碳纖維縫編織物增強材料上，使樹脂體系完全浸潰碳纖維縫編織物增強材料；
[0030](4)開啟主梁帽成型模具底部的模具加熱系統(tǒng)，在真空壓力和60°C溫度下預固化3小時；
[0031](5)自然降溫至40°C以下，除去工藝輔助材料，然后升溫至160°C，固化3小時；
[0032](6)自然降溫至室溫，脫模、加工，即得到碳纖維織物增強復合材料主梁帽。
[0033]實施例2:—種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，采用碳纖維縫編織物作為增強材料，采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂體系作為基體樹脂。碳纖維縫編織物，經(jīng)向材料為面重216g/m2的SYT45碳纖維紗線、緯向為面重8g/m2的68tex玻璃纖維紗線等組成，其中緯紗間隔為IOmm ;所述縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂體系，其特征在于所述的環(huán)氧樹脂體系為TDE85環(huán)氧樹脂+酸酐類固化劑+促進劑。
[0034]主梁帽的制造方法具體包括如下步驟:
[0035](I)首先在主梁帽成型模具上涂上脫模劑，然后鋪放脫模布導流網(wǎng)等工藝輔助材料，之后鋪放所述碳纖維縫編織物，再在碳纖維縫編織物上依次鋪放脫模布等工藝輔助材料；
[0036](2)在主梁帽成型模具四周鋪放密封條，然后布置樹脂進膠管和抽氣管，之后用真空袋薄膜和密封條使系統(tǒng)整理密封良好；
[0037](3)在真空壓力和35°C溫度條件下，將混合好的樹脂體系通過樹脂進膠管注入到碳纖維縫編織物增強材料上，使樹脂體系完全浸潰碳纖維縫編織物增強材料；
[0038](4)開啟主梁帽成型模具底部的模具加熱系統(tǒng)，在真空壓力和90°C溫度下預固化3小時；
[0039](5)自然降溫至40°C以下，除去工藝輔助材料，然后升溫至180°C，固化3小時；
[0040](6)自然降溫至室溫，脫模、加工即得到碳纖維織物增強復合材料主梁帽。對比實
施效果
[0041]
【權利要求】
1.一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，其特征在于:主梁帽采用縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂體系和碳纖維縫編織物組成的碳纖維織物增強樹脂基復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)權利要求1所述的一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，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、細度小于或等于68tex。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂體系由TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑組成或由TDE85環(huán)氧樹脂、液體酸酐固化劑與促進劑組成。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽，其特征在于:所述TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑的質量比為100: (54±2)，所述TDE85環(huán)氧樹脂、液體酸酐固化劑與促進劑的質量比為100:(129±2):(1±0.2)。
5.一種碳纖維織物增強樹脂基復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，然后布置樹脂進膠管和抽氣管，之后用真空袋薄膜和密封條將成型模具系統(tǒng)密封良好，利用抽氣管對成型模具抽真空； (3)在真空壓力和35V±5°C溫度條件下，將混合好的環(huán)氧樹脂體系通過樹脂進膠管注入到碳纖維縫編織物上，使環(huán)氧樹脂體系完全浸潰到碳纖維縫編織物中； (4)對主梁帽成型模具進行加熱，在真空壓力和60-90°C溫度下預固化2-4小時； (5)使成型模具自然降溫至40°C以下，然后再次對成型模具升溫至130-180°C，固化2.5-3.5 小時； (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復合材料主梁帽。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽的制造方法，其特征在于: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%。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽的制造方法，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、細度小于或等于68tex0
8.根據(jù)權利要求5所述的一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽的制造方法，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂體系由TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑組成或由TDE85環(huán)氧樹脂、液體酸酐固化劑與促進劑組成。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種碳纖維織物增強樹脂基復合材料主梁帽的制造方法，其特征在于:所述TDE85環(huán)氧樹脂和胺類固化劑的質量比為100:(54±2)，所述TDE85環(huán)氧樹月旨、液體酸酐固化劑與促進劑的質量比為100:(129±2):(1±0.2)。
【文檔編號】B29C70/34GK103994031SQ201410215962
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】顏鴻斌 申請人:航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術研究院