针刺纤维增强的风电机组叶片及其制做工艺.pdf

本发明公开了一种针刺纤维增强的风电机组叶片及其制做工艺。该叶片包括有层叠的纤维布铺层、基体树脂材料和玻璃纤维或碳纤维的任一种，玻璃纤维或碳纤维垂直密布于层叠的纤维布铺层，在层叠的纤维布铺层之间浸渍基体树脂材料。该制做工艺包括模具准备，纤维布铺层；碳纤维或玻璃纤维针刺；布管设置；将密封胶带、真空袋形成密闭空间；打开真空泵，预抽真空；打开进胶管与抽胶管，抽取基体树脂材料；待基体树脂材料固化后，脱模、成型、表面修补得针刺纤维增强的风电机组叶片。优点在于：提高叶片材料的层剪强度，有利于真空导入工艺，提高叶片整体的强度。该工艺形成准三维编织材料，可以减薄叶片的厚度，减轻叶片的质量，降低了叶片的成本。

1、  一种针刺纤维增强的风电机组叶片，其特征在于，其包括有层叠的纤维布铺层、基体树脂材料和玻璃纤维或碳纤维的任一种，所述玻璃纤维或碳纤维垂直密布于所述层叠的纤维布铺层，在所述层叠的纤维布铺层之间浸渍所述基体树脂材料。

2、  根据权利要求1所述的一种针刺纤维增强的风电机组叶片，其特征在于，所述基体树脂材料选自环氧树脂或聚酯树脂的任一种。

3、  根据权利要求1所述的一种针刺纤维增强的风电机组叶片，其特征在于，所述纤维布铺层为玻璃纤维布铺层或碳纤维布铺层的任一种。

4、  一种针刺纤维增强的风电机组叶片的制做工艺，依次包括有如下步骤：(1)模具准备：清洗模具，去除模具表面杂物；(2)纤维布铺层：将纤维布按照设计要求铺在清洗后的模具内，形成层叠的纤维布铺层；(4)布管设置：(5)将密封胶带、真空袋形成密闭空间；(6)打开真空泵，预抽真空；(7)打开进胶管与抽胶管，抽取基体树脂材料；(8)待基体树脂材料固化后，脱模、成型、表面修补；其特征在于，其还包括有如下步骤：(3)碳纤维或玻璃纤维针刺：所述步骤(3)在所述步骤(2)之后，所述步骤(4)之间；其中(3)碳纤维或玻璃纤维针刺：用倒须针以针刺的方式植刺入所述层叠纤维布铺层中，所述碳纤维或玻璃纤维针刺入层叠纤维布铺层的深度不小于所述层叠纤维布铺层厚度的1/3，形成了纤维-层叠纤维布铺层增强体。

5、  根据权利要求4所述的一种针刺纤维增强的风电机组叶片的制做工艺，其特征在于，其中所述碳纤维或玻璃纤维针刺密度为：每相邻的两个碳纤维或玻璃纤维针刺的间距在相应的碳纤维或玻璃纤维针刺位置的铺层厚度的5倍之内。

6、  根据权利要求4所述的一种针刺纤维增强的风电机组叶片的制做工艺，其特征在于，所述基体树脂材料选自环氧树脂或聚酯树脂的任一种。

7、  根据权利要求4所述的一种针刺纤维增强的风电机组叶片的制做工艺，其特征在于，所述纤维布铺层为玻璃纤维布铺层或碳纤维布铺层的任一种。

针刺纤维增强的风电机组叶片及其制做工艺
技术领域：
本发明涉及一种叶片，尤其是涉及一种针刺纤维增强的风电机组叶片及其制做工艺。
背景技术：
风力发电叶片典型的工艺是将叶片两个半壳分别在不同阴模上，将按一定铺层方式分布的纤维布(玻璃布，碳布)通过分层叠加或将纤维和玻璃布纤维混杂分层叠加，通过真空导入工艺，将基体材料吸入并分布在纤维材料中，为了使树脂含量均匀分布，通常要设立树脂流动通道。
叶片所使用的基体材料最典型的是聚酯或环氧树脂，但纤维增强是通过玻璃纤维，或玻璃纤维-碳纤维来实现的，可以认为，叶片强度的保证是通过纤维增强来完成的。
目前，国内外通用的叶片增强材料，只是通过玻璃布铺层或碳布一玻璃布交替铺层，属于层铺型复合材料。此类增强材料的叶片的剪切强度和刚度的指标，完全靠一层一层之间的树脂结合程度来实现，这就对玻璃布、树脂都提出了较高的要求。玻璃布要解决各方向强度要求，织物布的角度要变化，树脂要浸润性好，真空导入的树脂含量要保证，这样工艺的直接后果就是玻璃布和树脂的成本比较高，且层间剪切强度的指标不易提高，为了提高刚度和强度，叶片的厚度相应要厚一些，这就增加了叶片的重量。叶片重量的提高，直接影响风机的效率和增加了叶片的成本。现有的技术缺点是：①层铺材料的剪切强度提高很困难；②层铺材料强度的提高要靠纤维布和树脂的高度配合才能实现，否则产品的性能指标会受影响；③对成型工艺的控制要求很严，工艺参数的轻微变化(如真空度温度的变化)，对制品的产品性能影响较大；④纤维布、树脂多采用国外材料，原材料成本很高。
发明内容：
本发明的目的在于提高叶片的强度，寿命，将层铺型增强材料通过纤维针刺方式，形成一种三维增强方式的复合材料增强材料的一种针刺纤维增强的风电机组叶片。
本发明的另一个目的在于提供一种针刺纤维增强的风电机组叶片的制做工艺。
本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种针刺纤维增强的风电机组叶片，包括有层叠的纤维布铺层、基体树脂材料和玻璃纤维或碳纤维的任一种，所述玻璃纤维或碳纤维垂直密布于所述层叠的纤维布铺层，在所述层叠的纤维布铺层之间浸渍所述基体树脂材料。
本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种针刺纤维增强的风电机组叶片的制做工艺，依次包括有如下步骤：(1)模具准备：清洗模具，去除模具表面杂物；(2)纤维布铺层：将纤维布按照设计要求铺在清洗后的模具内，形成层叠的纤维布铺层；(4)布管设置：(5)将密封胶带、真空袋形成密闭空间；(6)打开真空泵，预抽真空；(7)打开进胶管与抽胶管，抽取基体树脂材料；(8)待基体树脂材料固化后，脱模、成型、表面修补；得针刺纤维增强的风电机组叶片；其还包括有如下步骤：(3)碳纤维或玻璃纤维针刺：所述步骤(3)在所述步骤(2)之后，所述步骤(4)之间；其中(3)碳纤维或玻璃纤维针刺：用倒须针以针刺的方式植刺入所述层叠纤维布铺层中，所述碳纤维或玻璃纤维针刺入层叠纤维布铺层的深度不小于所述层叠纤维布铺层厚度的1/3，形成了纤维-层叠纤维布铺层增强体。
其中所述碳纤维或玻璃纤维针刺密度为：每相邻的两个碳纤维或玻璃纤维针刺的间距在相应的碳纤维或玻璃纤维针刺位置的铺层厚度的5倍之内。
所述基体树脂材料选自环氧树脂或聚酯树脂的任一种。
所述纤维布铺层为玻璃纤维布铺层或碳纤维布铺层的任一种。
本发明的优点在于：提高叶片材料的层剪强度，能够提高50％以上。有利于真空导入工艺，针刺纤维形成了一个树脂流入通道，可以较大的提高树脂流入速度，可以提高整体的强度。该工艺形成三维编织材料，可以减薄叶片的厚度，减轻叶片的质量，降低了叶片的成本。该工艺特别适合深度成形加工，使制品有很好的抗冲击性能、能量吸收性能和抗疲劳性能。
附图说明：
图1为本发明实施例1针刺纤维增强的风电机组叶片的部分剖面结构示意图。
图2为倒须针的结构示意图。
层叠的纤维布铺层1，基体树脂材料2，玻璃纤维或碳纤维3，倒须针4。
具体实施方式：
实施例1：如图1所示，一种针刺纤维增强的风电机组叶片，包括有层叠的纤维布铺层1、基体树脂材料2和纤维3，纤维3垂直密布于层叠的纤维布铺层1，在层叠的纤维布铺层1之间浸渍基体树脂材料2。基体树脂材料2选自环氧树脂或聚脂树脂。纤维布铺层1为玻璃纤维布铺层。
该针刺纤维增强的风电机组叶片的制做工艺，，依次包括有如下步骤：(1)模具准备：清洗模具，去除模具表面杂物；(2)纤维布铺层：将玻璃纤维布按照设计要求铺在清洗后的模具内，形成层叠的玻璃纤维布铺层1；(3)纤维针刺：用倒须针4(如图2所示)以针刺的方式将玻璃纤维植刺入层叠玻璃纤维布铺层1中，纤维3针刺入层叠玻璃纤维布铺层1的深度不小于层叠玻璃纤维布铺层1厚度的1/3，形成了纤维-层叠纤维布铺层增强体。其中纤维针刺密度为：每相邻的两个玻璃纤维针刺的间距在相应的玻璃纤维针刺位置的铺层厚度的5倍之内。(4)布管设置；(5)将密封胶带、真空袋形成密闭空间；(6)打开真空泵，预抽真空；(7)打开进胶管与抽胶管，抽取基体树脂材料；(8)待基体树脂材料固化后，脱模、成型、表面修补，得针刺纤维增强的风电机组叶片。
通过该工艺完成的复合材料，其层间强度指标大大提高。在叶片根部厚度较大的部位，由于针刺纤维在导入工序中形成了树脂流入通道，使树脂在叶片Z向的流入速度大大提高，且根据针刺纤维的分布，可以调整树脂含量的变化。
叶片的复合材料中，纤维复合材料的疲劳寿命为非线性递减，而本实用新型加入碳纤维或玻璃纤维后，其疲劳寿命为线性递减，针刺的碳纤维或玻璃纤维的加入，可以使复合材料的层间剪切强度大幅度提高，铺层的抗弯模量也相应提高，从而提高了叶片的刚度和可靠性。