[發明專利]一種碳纖維復合材料結構件真空灌注成型方法

無效

• 申請號: 201310099270.8
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103182784A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 薛忠民;賈智源;宋秋香;牟書香;陳淳
• 申請（專利權）人: 中材科技風電葉片股份有限公司
• 主分類號: B29C70/44
• 分類號: B29C70/44
• 代理公司: 北京諾孚爾知識產權代理有限責任公司 11242
• 代理人: 魏永金

技術領域

本發明涉及一種復合材料結構件的真空灌注成型方法，尤其是指大尺寸厚制件碳纖維復合材料結構件真空灌注成型方法；屬復合材料成型技術領域。

背景技術

碳纖維增強環氧樹脂基復合材料具有比強度、比模量高，密度小，結構尺寸穩定，耐腐蝕，抗疲勞，耐熱、耐低溫以及材料性能可設計等優點，既可以作為結構材料承載重荷又可以作為功能材料發揮作用，已廣泛應用于航空航天、交通運輸、風電葉片制造、化工防腐、建筑工程和體育器材等領域。

近年來風電葉片大型化的發展趨勢，用輕質、高強的高性能復合材料制備大型風電葉片越來越受到行業的關注。

現有技術中，大型風電葉片多采用真空灌注成型工藝；真空灌注成型工藝是一種低成本復合材料大型制件成型技術，是在真空狀態下排除纖維增強體中的氣體，通過樹脂的流動、滲透，實現對纖維及其織物的浸漬，并在一定的加熱條件下進行固化，形成一定纖維/樹脂比例的復合材料的工藝方法。

現有已成熟的真空灌注成型工藝通常是用玻璃纖維作增強材料，與樹脂基材料復合制備復合材料結構件；該結構件在制造更大的風電葉片時，會發生葉尖易變形撞擊塔架、轉動頻率與固有頻率接近共振、擺振方向易疲勞、葉片自重過大等問題，影響了大型風電葉片的正常使用，充分暴露了玻璃纖維的質量重、模量低、疲勞性能差等缺陷。

為此，近年來已經開始用碳纖維替代玻璃纖維制備風電葉片復合材料結構件，其中，主要采用的方法為預浸料成型方法；用該方法，其樹脂體系使用壽命短，材料的儲存和運輸均需要低溫環境，需要特殊的冷凍設備，這使得碳纖維原料的儲存和運輸成本提高。另外，相對于玻璃纖維復合材料的真空灌注成型工藝，碳纖維復合材料的真空灌注成型工藝對所用樹脂、碳纖維織物以及工藝的可靠性和穩定性均提出了較高的要求，這是因為碳纖維比玻璃纖維更細，碳纖維單絲直徑約是玻璃纖維單絲直徑的1/3，其表面積更大，在真空壓實后碳纖維預成型體內空隙遠小于玻璃纖維體，碳纖維表面呈化學惰性，用常規樹脂很難被有效浸漬，需要更長的灌注時間才能浸漬完全，且碳纖維復合材料的性能對工藝更加敏感；對于同樣的碳纖維原紗，通常采用預浸料成型獲得的材料力學性能要高于真空灌注成型，這是因為預浸料中的纖維經過預牽伸，纖維取向一致性高，而碳纖維織物通常結構松散易變形，這會導致同樣剛度的制件使用真空灌注成型時需要更多的原材料，而喪失原有的工藝成本優勢；因此，限制了低成本的碳纖維復合材料真空灌注成型技術在大型風電葉片制造中的應用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種能夠降低儲存和運輸成本、降低成型時間并可提高其材料力學性能的碳纖維復合材料結構件真空灌注成型方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案；一種碳纖維復合材料結構件的真空灌注成型方法，包括預制模具的步驟，該模具的周邊設有至少1個真空孔；它還包括步驟如下：

1）在所述模具表面上由下至上依次鋪設透明雙面膠帶、底部導流網和下脫模布；所述底部導流網通過透明雙面膠帶與所述模具固定相接；

2）在步驟1）下脫模布的上表面鋪設有多層碳纖維布，形成一厚度為2～100mm的碳纖維預成型體；再在其上鋪覆上脫膜布，上、下脫模布將整個碳纖維預成型體外周包嚴；

3）在步驟2）碳纖維預成型體的寬向兩側邊緊貼有與該碳纖維預成型體側邊形狀吻合的貼邊；

4）在步驟3）碳纖維預成型體一側邊外側的底部導流網上放置有與所述貼邊長向平行的注膠管，用單向透氣膜將所述碳纖維預成型體、兩側貼邊和注膠管一起包住，再將該單向透氣膜的周邊與所述模具表面粘接密封，留出所述注膠管的進膠口端；其中，單向透氣膜與模具粘接處位于所述模具真空口的內側，在所述進膠口端裝有閥門；

5）在步驟4）單向透氣膜的上表面鋪覆有頂部導流網；在頂部導流網外側再鋪設一真空袋膜；該真空袋膜將頂部導流網和所述單向透氣膜包覆的物體包嚴，再將真空袋膜的袋口周邊與所述模具表面粘接密封，留出所述進膠口端；其中，真空袋膜袋口周邊與模具的粘接處位于所述模具真空口的外側；所述頂部導流網與該模具真空口連通；

6）用管路將所述模具真空口與外設的真空泵相接；同時將所述灌注的樹脂和相應的固化劑分別預熱至40-80℃，達到預熱溫度后將樹脂和固化劑膠液混合均勻形成樹脂混合液；在開始鋪放前即啟動所述模具的加熱裝置，將模具加溫至40～80℃；在鋪放過程中，所述碳纖維預成型體隨其模具預熱，3～5h小時后達到預熱溫度后保溫，然后將所述真空袋膜內腔抽成真空狀，達到負壓狀態；