风力发电叶片制作工艺介绍
风力发电叶片制作的流程步骤

风力发电叶片制作的流程步骤风力发电叶片制作的流程步骤摘要:风力发电作为一种可再生能源,受到越来越多的关注。
在风力发电系统中,叶片作为风能转换的关键部件,其制作过程需要经历一系列的步骤。
本文将深入探讨风力发电叶片制作的流程步骤,并分享对这一过程的观点和理解。
引言:随着全球环境问题的日益严重,人们对可再生能源的需求不断增加。
风力发电作为一种清洁、可持续的能源选择,在全球范围内迅速发展。
而风力发电叶片作为风能转换的关键组成部分,其制作的质量和效能对风力发电系统的性能至关重要。
本文将介绍风力发电叶片制作的流程步骤,并探讨其中的关键细节。
一、设计阶段:风力发电叶片的制作首先需要进行设计阶段。
在这个阶段,设计师会考虑到风力发电叶片的外形、尺寸、材料选择以及叶片的气动特性等因素。
设计师通常会借助CAD软件进行叶片的绘制和模拟,以确保叶片在不同风速下能够达到最佳性能。
此外,还需要考虑到叶片的结构强度和重量分布等因素,以确保叶片能够在恶劣天气条件下保持稳定运行。
二、模具制作:在设计阶段确定好叶片的外形和尺寸后,接下来需要制作叶片的模具。
模具通常使用玻璃纤维和环氧树脂制作,可以根据设计要求制作出精确的叶片形状。
模具的质量和准确度对最终叶片的质量和性能有着重要影响。
三、叶片制作:叶片制作是风力发电叶片制作过程中的核心步骤。
制作叶片的主要材料是玻璃纤维和环氧树脂。
首先,需要将玻璃纤维布铺设在模具上,并使用环氧树脂进行浸润和固化。
然后,根据设计要求,需要进行多层叠加以增加叶片的强度。
最后,将浸渍好的叶片放置在升温室中进行固化和后处理。
四、平衡校准与测试:完成叶片制作后,需要进行平衡校准和测试。
平衡校准主要是为了确保叶片在高速旋转时能够保持平衡,减少振动和噪音。
测试阶段包括对叶片的静态和动态性能进行评估,以确保叶片能够在不同风速下正常工作,并且满足设计要求。
五、总结和回顾:风力发电叶片制作的流程步骤包括设计阶段、模具制作、叶片制作、平衡校准和测试等。
风电叶片成型工艺

风电叶片成型工艺风能作为一种绿色环保型能源是可再生能源中最具开发潜力的一种。
随着风电技术的发展与日趋成熟,机型已达到5MW以上,叶片长度超过60米。
叶片是风力发电机组关键部件之一,具有尺寸大,外形复杂,精度要求高,对强度、刚度、和表面光滑度要求高等特点。
复合材料在风机叶片的制造中具备很多优势。
制造工艺主要有手糊成型、模压成型、预浸料成型、拉挤成型、纤维缠绕、树脂传递模塑以及真空灌注成型等工艺。
1、手糊工艺手糊是生产复合材料风机转子叶片的一种传统工艺。
在手糊工艺中,将纤维基材铺放于单模内,然后用滚子或毛刷涂敷玻璃布和树脂,常温固化后脱模。
手糊方法可用于低成本制造大型、形状复杂制品。
因为它不必受加热及压力的影响。
使用简单的设备和模具即可,另外相对于其他可行性方案成本更低廉。
手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大,生产效率低和产品质量均匀性波动较大,产品的动静平衡保证性差,废品率较高。
特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片,还需要粘接等二次加工,粘接工艺需要粘接平台或型架以确保粘接面的贴合,生产工艺更加复杂和困难。
手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中出现问题往往是由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等引起的裂纹、断裂和叶片变形等。
手糊工艺往往还会伴有大量有害物质和溶剂的释放,有一定的环境污染问题。
手糊是一种已被证明的生产复合材料叶片工艺方法,但由于其产量低及部件的不连续性以及很难实现结构复杂,力学性能要求高的大型产品,促使人们将研究重点转移至其他生产方法。
2、模压成型模压成型工艺首先将增强材料和树脂置于双瓣模具中,然后闭合模具,加热加压,然后脱模,进行后固化。
这项工艺的优点在于纤维含量高和孔隙率低,并且生产周期短,精确的尺寸公差及良好的表面处理。
然而,模压成型适用于生产简单的复合材料制品如滑雪板,很难制造包括蒙皮、芯材和梁的叶片等复杂形状部件。
风力发电叶片工艺技术规范

风力发电叶片工艺技术规范风力发电叶片是风力发电机组的核心部件之一,其工艺技术规范的标准化对于提高叶片的质量和性能非常重要。
以下是一份风力发电叶片工艺技术规范的范例,共700字:一、叶片材料:1. 主要采用玻璃纤维增强塑料(GFRP)材料制作叶片,其具有重量轻、韧性好、耐腐蚀等特点。
2. 叶片表面涂层材料应具有良好的抗紫外线、防腐蚀和耐候性能,以延长叶片的使用寿命。
二、叶片设计:1. 叶片应具有良好的气动性能和结构强度,能够在任何风速下高效转动。
2. 叶片的外形设计应考虑到风力机组的年平均风速和最大风速,以保证风力机组在各种气候条件下都能正常运行。
三、叶片制造工艺:1. 叶片制造采用模具成型技术,确保叶片的尺寸精准和一致性。
2. 在叶片制造过程中,应严格控制传统工艺中常见的缺陷,如气泡、毛孔、挤出不良等,以确保叶片的质量。
3. 叶片制造过程中应有专门的质量控制部门进行质量检测,并记录相关数据,以便追溯和改进。
四、叶片装配:1. 叶片装配前,应对叶片进行全面的检查,确保叶片表面平整、无明显的损伤和裂纹。
2. 在叶片装配过程中,应使用合适的工具和设备,避免对叶片造成二次损伤。
3. 叶片的安装位置和姿态应符合设计要求,以确保整个风力机组的运行稳定性和效率。
五、叶片维护和保养:1. 定期检查叶片表面涂层的状态,如有损坏或老化,应及时进行修复或更换。
2. 定期清洁叶片表面的污垢和积聚物,以保持叶片的表面光滑,减少风阻。
3. 定期检查叶片的结构和连接件,如有松动或损坏,应及时予以修复或更换。
六、叶片性能测试:1. 在叶片制造完成后,应进行性能测试,包括叶片的阻力系数、弯曲刚度、疲劳寿命等。
2. 应建立完善的测试方法和设备,确保测试结果的准确性和可靠性。
3. 根据测试结果,对叶片的设计和制造工艺进行改进和优化,以提高叶片的性能和可靠性。
综上所述,风力发电叶片工艺技术规范对于提高叶片的质量和性能至关重要。
通过合理选材、精确制造、合理装配和定期维护,可以保证叶片在各种条件下稳定运行,提高风力发电机组的发电效率。
风电机组叶片制作工艺

风电机组叶片制作工艺
风电机组叶片是风力发电系统中非常重要的组件,其制作工艺直接影响到风电机组的发电效率和使用寿命。
目前,风电机组叶片的制作工艺主要分为以下几个步骤:
1. 材料准备:风电机组叶片的材料通常采用玻璃钢、碳纤维等
复合材料,需要根据设计要求和环境条件选用合适的材料。
材料需要进行加工和预处理,包括切割、打磨、清洗等工序。
2. 模具制作:风电机组叶片的制作需要根据设计图纸制作模具,模具的制作质量对叶片的制作精度和质量有很大影响。
模具制作通常采用数控加工等先进技术。
3. 叶片制作:根据预先准备的材料和模具,进行叶片制作。
叶
片制作主要包括手工铺层、真空吸塑、热固化等工艺。
其中,手工铺层是制作叶片最重要的工艺,需要掌握一定的技巧和经验。
4. 修整和质检:叶片制作完成后需要进行修整和质检,包括修
整叶片表面、边缘,排除瑕疵和缺陷等。
同时,还需要进行尺寸、外观、弯曲度等多项质检。
总之,风电机组叶片的制作工艺需要精细、熟练的手工技巧和先进的加工技术相结合,才能确保叶片的制作质量和性能达到设计要求,为风力发电系统的高效、稳定运行提供保障。
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风电叶片生产流程

风电叶片生产流程一、概述风电叶片是风力发电机组中非常重要的组成部分,其作用是将风能转化为机械能,进而驱动发电机发电。
叶片的制造工艺十分复杂,需要经过多道工序才能完成。
本文将从原材料的准备、叶片结构设计、模具制造、叶片生产、质量检测等方面详细介绍风电叶片的生产流程。
二、原材料准备1. 纤维增强复合材料(FRC):FRC是风电叶片最主要的原材料之一,其主要成分包括树脂和纤维。
树脂通常采用环氧树脂或聚酯树脂,纤维则有玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等多种类型。
这些原材料需要经过严格筛选和测试,确保其符合相关标准和要求。
2. 钢筋:钢筋是支撑叶片内部结构的重要材料,其质量直接影响到整个叶片的强度和稳定性。
钢筋需要符合国家标准,并经过专业检测和验收。
3. 其他辅材:叶片生产过程中还需要使用一些辅材料,如填充物、硬化剂、分离膜等。
这些辅材料的选择和使用需要严格按照相关规定和要求进行。
三、叶片结构设计1. 叶片结构设计是风电叶片生产的重要环节,其目的是确定叶片的形状、尺寸、材料以及内部结构等。
设计过程需要考虑多种因素,如气动性能、强度要求、制造工艺等。
通常采用计算机辅助设计软件进行设计,并经过多轮模拟和优化。
2. 叶片结构主要包括叶片表面和内部结构两个部分。
表面主要由纤维增强复合材料制成,内部结构则由钢筋和其他材料组成。
内部结构的形状和布局对叶片的强度和稳定性有着重要影响。
四、模具制造1. 模具制造是风电叶片生产中不可或缺的一环,其目的是为了将叶片原型复制出来。
模具通常采用玻璃钢或金属材料制成,需要具备高精度和高强度的特点。
模具制造需要经过多道工序,包括设计、加工、组装等。
2. 模具的设计需要根据叶片结构进行,通常采用CAD软件进行设计,并经过多轮模拟和优化。
加工过程中需要使用各种机床和工具,如数控车床、铣床、钻床等,确保模具的精度和质量。
五、叶片生产1. 叶片生产是风电叶片生产的核心环节,其目的是将纤维增强复合材料和钢筋等材料按照一定比例混合后注入模具中进行成型。
风力发电叶片生产工艺

风力发电叶片生产工艺
风力发电叶片是将风能转化为机械能的关键部件,其制造工艺直接影响着叶片的质量和效能。
下面将介绍一种常见的风力发电叶片生产工艺。
首先,叶片生产工艺的第一步是设计叶片的模具。
设计师将根据风力发电机组的功率需求和风能条件等因素,绘制出叶片的剖面图,并根据剖面图设计出相应的模具。
接下来,原材料的准备是叶片生产工艺的关键步骤之一。
叶片常用的原材料有树脂、纤维织物和填充剂等。
其中,树脂通常选择环氧树脂或聚酯树脂,纤维织物则主要有碳纤维、玻璃纤维和蜂窝纸等。
这些原材料需要经过烘干、切割和预处理等过程,为后续的叶片制造做好准备。
接下来是叶片的制造过程。
首先,在模具上涂上脱模剂,以便将来能够顺利脱模。
然后,将预处理后的纤维织物依照设计好的剖面图与填充剂放置在模具内。
接下来是树脂固化的过程。
树脂是叶片的保护层,也是叶片的主要力学组成部分。
通常会使用真空吸水法将树脂注入纤维织物中,使整个叶片浸透至饱和,并将模具放入真空腔室中,通过泵抽真空来去除气泡和水分。
最后,完成树脂固化后,就可以将叶片从模具中脱模。
脱模后,对叶片进行一些修整和润色,以保证叶片的表面光滑且符合设计要求。
以上就是一种常见的风力发电叶片生产工艺。
需要注意的是,叶片生产是一个复杂的工艺,需要在专业的工厂和设备条件下进行。
同时,制造过程中还需要严格控制各个环节的质量,以确保叶片能够正常工作和具备较长的使用寿命。
叶片工艺流程

叶片工艺流程叶片是风力发电机的重要组成部分,其工艺流程对于风力发电机的性能和效率有着重要的影响。
下面将介绍叶片的工艺流程,包括设计、材料选择、制造和测试等环节。
1. 设计阶段叶片的设计是整个工艺流程的第一步,设计阶段需要考虑到叶片的长度、宽度、厚度、扭曲角度等参数。
设计师需要使用专业的软件进行建模和仿真分析,以确保叶片在风力发电机工作时能够承受风力的作用力,并具有良好的动力学性能。
2. 材料选择叶片的材料选择对于叶片的性能和寿命有着重要的影响。
一般来说,叶片采用玻璃纤维增强塑料(GRP)或碳纤维增强塑料(CFRP)等复合材料制成,这些材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。
在材料选择阶段,需要考虑到叶片的工作环境、成本和可持续性等因素。
3. 制造工艺叶片的制造工艺包括模具制作、预制、成型、固化、修整等环节。
在模具制作阶段,需要根据设计图纸制作叶片的模具,确保叶片的形状和尺寸符合设计要求。
在预制和成型阶段,需要将玻璃纤维布或碳纤维布与树脂进行层叠和成型,形成叶片的外形。
固化阶段是将叶片放入烤箱或采用其他固化方法,使树脂能够充分固化。
最后,在修整环节,需要对叶片进行修整和打磨,确保叶片表面光滑,没有气泡和裂纹。
4. 测试阶段叶片制造完成后,需要进行一系列的测试,以确保叶片的质量和性能。
测试项目包括静态弯曲试验、动态弯曲试验、冲击试验、疲劳试验等。
这些测试可以帮助制造商评估叶片的强度、刚度、耐久性等性能指标,确保叶片在风力发电机工作时能够安全可靠。
总之,叶片的工艺流程包括设计、材料选择、制造和测试等环节,每个环节都需要严格控制,以确保叶片具有良好的性能和质量。
只有这样,风力发电机才能发挥最大的效率,为清洁能源的发展做出贡献。
风电叶片制造工艺的自动化发展综述

风电叶片制造工艺的自动化发展综述风电叶片是风力发电机组的核心部件之一,其制造工艺的自动化发展对于提高生产效率、降低成本、保障产品质量具有重要意义。
本文将从风电叶片制造的工艺流程、自动化技术在叶片制造中的应用以及未来发展趋势等方面进行综述,以探讨风电叶片制造工艺自动化发展的现状与未来。
一、风电叶片制造工艺流程风电叶片的制造工艺流程主要包括复合材料预制、叶片结构加工和表面处理三个主要环节。
在复合材料预制环节,主要包括纤维预浸料纺丝、叶片拼接和模具制作等工序;在叶片结构加工环节,主要包括叶片结构加固、连接部件安装和内部结构加工等工序;在表面处理环节,主要包括抛光、外观检验和防腐处理等工序。
整个工艺流程需要大量的人工操作和专业技能,制约了叶片制造的生产效率和产品质量。
二、自动化技术在风电叶片制造中的应用为了提高风电叶片制造的生产效率和产品质量,自动化技术在叶片制造中得到了广泛应用。
在复合材料预制环节,自动化技术主要体现在纺丝机的控制系统、自动拼接机器人和智能模具制作等方面,可以实现纺丝和拼接的自动化。
在叶片结构加工环节,自动化技术主要体现在数控加工设备、自动化连接件安装机器人和智能结构加固设备等方面,可以实现叶片结构加工的自动化。
在表面处理环节,自动化技术主要体现在自动抛光设备、外观检验机器人和智能防腐处理装置等方面,可以实现叶片表面处理的自动化。
这些自动化技术的应用使得风电叶片制造的生产效率得到了大幅提升,同时也提高了产品质量和稳定性。
三、风电叶片制造工艺自动化发展的未来趋势随着风电叶片的制造规模不断扩大和技术水平不断提高,风电叶片制造工艺的自动化发展也面临着新的挑战和机遇。
未来风电叶片制造工艺自动化的发展趋势可以从以下几个方面进行展望:1. 智能制造技术的应用:随着人工智能、物联网和大数据技术在制造业的不断发展,风电叶片制造工艺将会更加智能化。
通过智能传感器、自动控制系统和数据分析技术,可以实现叶片制造生产过程的实时监测和智能调控,提高生产效率和产品质量。
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风力发电叶片制作工艺介绍Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998风力发电叶片制作工艺介绍风力发电机叶片是接受风能的最主要部件,其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素,其成本约为整个机组成本的15%-20%。
根据“风机功价比法则”,风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比,增加长度可以提高单机容量,但同时会造成发电机的体积和质量的增加,使其造价大幅度增加。
1碳纤维在风力发电机叶片中的应用叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用,进入了纤维复合材料时代。
纤维材料比重轻,疲劳强度和机械性能好,能够承载恶劣环境条件和随机负荷,目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯(环氧)树脂。
但随着大功率发电机组的发展,叶片长度不断增加,为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架,就要求叶片具有更高的刚度。
国外专家认为,玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限,不能满足大型叶片的要求,因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。
1)提高叶片刚度,减轻叶片质量碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%,强度大40%,尤其是模量高3~8倍。
大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。
荷兰戴尔弗理工大学研究表明,一个旋转直径为120m的风机的叶片,由于梁的质量超过叶片总质量的一半,梁结构采用碳纤维,和采用全玻璃纤维的相比,质量可减轻40%左右;碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。
据分析,采用碳纤维/玻璃纤维混杂增强方案,叶片可减轻20%~30%。
VestaWindSystem公司的V90型发电机的叶片长44m,采用碳纤维代替玻璃纤维的构件,叶片质量与该公司V80型发电机且为39m长的叶片质量相同。
同样是34m长的叶片,采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg,采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg,而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。
其他的研究也表明,添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%,而且成本下降约16%。
2)提高叶片抗疲劳性能风机总是处在条件恶劣的环境中,并且24h处于工作状态。
这就使材料易于受到损害。
相关研究表明,碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性,当与树脂材料混合时,则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。
3)使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率使用碳纤维后,叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能,减少对塔和轮轴的负载,从而使风机的输出功率更平滑更均衡,提高能量效率。
同时,碳纤维叶片更薄,外形设计更有效,叶片更细长,也提高了能量的输出效率。
4)可制造低风速叶片碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度,从而制造适合于低风速地区的大直径风叶,使风能成本下降。
5)可制造自适应叶片叶片装在发电机的轮轴上,叶片的角度可调。
目前主动型调节风机的设计风速为13~15m/s(29~33英里/h),当风速超过时,则调节风叶斜度来分散超过的风力,防止对风机的损害。
斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。
但对狂风的反应太慢了,自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统,在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。
自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性,能产生非对称性和各向异性的材料,采用弯曲/扭曲叶片设计,使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。
美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片研究,使风机的发电成本降到美分/(kWh),价格可和燃料发电相比。
6)利用导电性能避免雷击利用碳纤维的导电性能,通过特殊的结构设计,可有效地避免雷击对叶片造成的损伤。
7)降低风力机叶片的制造和运输成本由于减少了材料的应用,所以纤维和树脂的应用都减少了,叶片变得轻巧,制造和运输成本都会下降,可缩小工厂的规模和运输设备。
8)具有振动阻尼特性碳纤维的振动阻尼特性可避免叶片自然频率与塔架短频率间发生任何共振的可能性。
2叶片制造工艺及流程三维编织体/VARTM技术目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料,通过手工铺放、树脂注入成型工艺复合而成。
对同一种基体树脂,采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。
随着叶片长度不断增加,叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求,从而对玻璃纤维的拉伸强度和模量也提出了更高的要求。
为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷,大型风机叶片可以采用玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料结构,尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位,则使用碳纤维作为增强材料。
这样,不仅可以提高叶片的承载能力,由于碳纤维具有导电性,也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。
增强材料预成型加工方法有:手工铺层、编织法、针织法、热成型连续原丝毡法、预成型定向纤维毡法、Comp Form法和三维编织技术等。
编织法过去大多采用经纬交织的机织物来制作玻/碳纤维基布材料,从承载状态上来考虑采用经编织物作为增强复合材料的基布比经纬交织的机织物具有更明显的优势。
如图1所示:图1、经编织物结构图这类轴向织物由于承受载荷的纱线系统按要求排列并绑缚在一起,因此能够处于最佳的承载状态。
另一方面,由于机织物中的纱线呈波浪形弯曲,再加上纱线自身的捻度,使其模量、拉伸强度和抗冲击强度都有一定的损失。
而轴向技术使得织物的纱线层能按照特定的方向伸直取向,故每根纤维力学理论值的利用率几乎能达到100%。
此外,轴向织物的纱线层层铺叠,按照不同的强度和刚度要求,可以在织物的同一层或不同层采用不同种类的纤维材料,如玻璃纤维、碳纤维或碳/玻混杂纤维,再按照编织点由编织纱线将其绑缚在一起。
除了经编轴向织物外,还可以利用纬编绑缚系统开发纬编轴向织物,如图2所示:图2、纬编织物结构图根据经纬编结构的特性,纬编轴向织物较经编绑缚结构具有更好的可成型性,因此在风电叶片结构设计中具有极好的应用前景。
三维编织技术的发展是因为单向或二向增强材料所制得的复合材料层间剪切强度低,抗冲击性差,不能用作主受力件。
采用三维编织技术不仅能直接编织复杂结构形状的不分层整体编织物,从根本上消除铺层。
三维编织复合材料采用了三维编织技术,其纤维增强结构在空间上呈网状分布,可以定制增强体的形状,制成的材料浑然一体,不存在二次加工造成的损伤,因此这种材料不仅具备传统复合材料所具有的高比强度、高比模量等优点,还具有高损伤容限和断裂韧性以及耐冲击、不分层、抗开裂和耐疲劳等特点。
按编织工艺分,常见的编织材料可分为四步编织法、二步编织法和多层联锁编织法等3类。
其中四步编织法发明最早,应用最广。
按编织预制件的横截面形状,三维编织方法可分为矩形编织、圆形编织和异形编织3大类,其中矩形编织工艺适合编织矩形和板状材料的增强体,而圆形编织适合编织圆形和管型材料的增强体,异形编织则用于编织各种特殊形状的增强体。
只要织物的结构形状是由矩形组合或是圆或圆的某一部分组合而成,就可以用编织方法一次成型。
四步编织法发明之初,所有的纱线都参加编织运动,且全部编织纱都在空间3个方向内发生相对运动,因此这种编织方法是一种真正的三维编织工艺。
具体编织过程如图3(a)所示,在一个编织周期中,编织纱沿着正交的2个方向依次进行往复运动,一个完整的编织周期中携纱器需要完成4个动作,因此被称为四步法。
如图3(b)所示,由于结构中所有纱线在空间中的分布只有4个不同的方向,因此制成的复合材料被称为三维四向编织复合材料。
针对三维编织物的特点,RTM工艺是三维编织复合材料成型的最有效方法。
根据三维编织物的形状制成模具,将预成型坯装入模腔,此时同时控制了纤维体积含量和制品形状;预成型坯中纤维束间的空隙为树脂传递提供了通道,而且三维编织体很好的整体性提高了预成型坯耐树脂冲刷的能力。
RTM工艺树脂传递模塑法简称RTM法,是首先在模具型腔中铺放好按性能和结构要求设计的增强材料预成型体,采用注射设备通过较低的成型压力将专用低粘度树脂体系注入闭合式型腔,由排气系统保证树脂流动顺畅,排出型腔内的全部气体和彻底浸润纤维,由模具的加热系统使树脂等加热固化而成型为FRP构件。
RTM工艺属于半机械化的FRP成型工艺,特别适宜于一次整体成型的风力发电机叶片,无需二次粘接。
与手糊工艺相比,这种工艺具有节约各种工装设备、生产效率高、生产成本低等优点。
同时由于采用低粘度树脂浸润纤维以及加温固化工艺,复合材料质量高,且RTM工艺生产较少依赖工人的技术水平,工艺质量仅仅依赖于预先确定好的工艺参数,产品质量易于保证,废品率低,工艺流程如图4所示。
注胶压力的选择一直是RTM成型工艺中一个有争议的问题。
低压注胶可促进树脂对纤维表面的浸润;高压注胶可排出残余空气,缩短成型周期,降低成本。
加大注胶压力可提高充模速度和纤维渗透率。
所以有人赞成在树脂传递初期使用低压以使树脂较好地浸润纤维,而当模具型腔中已基本充满树脂时使用较大压力以逐出残余空气。
但压力不能太大,否则会引起预成型坯发生移动或变形。
注胶温度取决于树脂体系的活性期和达到最低粘度的温度。
在不至于过大缩短树脂凝胶时间的前提下,为了使树脂能够对纤维进行充分的浸润,注胶温度应尽量接近树脂达到最低粘度的温度。
温度过高会缩短树脂的活性期,影响树脂的化学性质,进而可能影响到制品的力学性能;温度过低会使树脂粘度增大,压力升高,也阻碍了树脂正常渗入纤维的能力。
注射温度和模具预热温度的选择要结合增强体的特性及模具中的纤维量等综合考虑。
RTM工艺的技术含量高,无论是模具设计和制造、增强材料的设计和铺放、树脂类型的选择与改性、工艺参数(如注塑压力、温度、树脂粘度等)的确定与实施,都需要在产品生产之前通过计算机模拟分析和实验验证来确定。
VARTM工艺随着技术的发展,现已开发出多种较先进的工艺,如预浸料工艺、机械浸渍工艺及真空辅助灌注工艺。
真空辅助灌注成型工艺是近几年发展起来的一种改进的RTM工艺。
它多用于成型形状复杂的大型厚壁制品。
真空辅助是在注射树脂的同时,在排气口接真空泵,一边注射一边抽真空,借助于铺放在结构层表面的高渗透率的介质引导将树脂注入到结构层中。
这样不仅增加了树脂传递压力,排除了模具及树脂中的气泡和水分,更重要的是为树脂在模具型腔中打开了通道,形成了完整通路。
另外,无论增强材料是编织的还是非编织的,无论树脂类型及粘度如何,真空辅助都能大大改善模塑过程中纤维的浸润效果。
所以,真空辅助RTM(VARTM)工艺能显着减少最终制品中夹杂物和气泡的含量,就算增大注入速度也不会导致孔隙含量增加,从而提高制品的成品率和力学性能。
用真空灌注工艺生产碳纤维复合材料存在困难。