[发明专利]一种碳纤维复合材料结构件真空灌注成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料结构件的真空灌注成型方法，尤其是指大尺寸厚制件碳纤维复合材料结构件真空灌注成型方法；属复合材料成型技术领域。

背景技术

碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有比强度、比模量高，密度小，结构尺寸稳定，耐腐蚀，抗疲劳，耐热、耐低温以及材料性能可设计等优点，既可以作为结构材料承载重荷又可以作为功能材料发挥作用，已广泛应用于航空航天、交通运输、风电叶片制造、化工防腐、建筑工程和体育器材等领域。

近年来风电叶片大型化的发展趋势，用轻质、高强的高性能复合材料制备大型风电叶片越来越受到行业的关注。

现有技术中，大型风电叶片多采用真空灌注成型工艺；真空灌注成型工艺是一种低成本复合材料大型制件成型技术，是在真空状态下排除纤维增强体中的气体，通过树脂的流动、渗透，实现对纤维及其织物的浸渍，并在一定的加热条件下进行固化，形成一定纤维/树脂比例的复合材料的工艺方法。

现有已成熟的真空灌注成型工艺通常是用玻璃纤维作增强材料，与树脂基材料复合制备复合材料结构件；该结构件在制造更大的风电叶片时，会发生叶尖易变形撞击塔架、转动频率与固有频率接近共振、摆振方向易疲劳、叶片自重过大等问题，影响了大型风电叶片的正常使用，充分暴露了玻璃纤维的质量重、模量低、疲劳性能差等缺陷。

为此，近年来已经开始用碳纤维替代玻璃纤维制备风电叶片复合材料结构件，其中，主要采用的方法为预浸料成型方法；用该方法，其树脂体系使用寿命短，材料的储存和运输均需要低温环境，需要特殊的冷冻设备，这使得碳纤维原料的储存和运输成本提高。另外，相对于玻璃纤维复合材料的真空灌注成型工艺，碳纤维复合材料的真空灌注成型工艺对所用树脂、碳纤维织物以及工艺的可靠性和稳定性均提出了较高的要求，这是因为碳纤维比玻璃纤维更细，碳纤维单丝直径约是玻璃纤维单丝直径的1/3，其表面积更大，在真空压实后碳纤维预成型体内空隙远小于玻璃纤维体，碳纤维表面呈化学惰性，用常规树脂很难被有效浸渍，需要更长的灌注时间才能浸渍完全，且碳纤维复合材料的性能对工艺更加敏感；对于同样的碳纤维原纱，通常采用预浸料成型获得的材料力学性能要高于真空灌注成型，这是因为预浸料中的纤维经过预牵伸，纤维取向一致性高，而碳纤维织物通常结构松散易变形，这会导致同样刚度的制件使用真空灌注成型时需要更多的原材料，而丧失原有的工艺成本优势；因此，限制了低成本的碳纤维复合材料真空灌注成型技术在大型风电叶片制造中的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能够降低储存和运输成本、降低成型时间并可提高其材料力学性能的碳纤维复合材料结构件真空灌注成型方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案；一种碳纤维复合材料结构件的真空灌注成型方法，包括预制模具的步骤，该模具的周边设有至少1个真空孔；它还包括步骤如下：

1）在所述模具表面上由下至上依次铺设透明双面胶带、底部导流网和下脱模布；所述底部导流网通过透明双面胶带与所述模具固定相接；

2）在步骤1）下脱模布的上表面铺设有多层碳纤维布，形成一厚度为2～100mm的碳纤维预成型体；再在其上铺覆上脱膜布，上、下脱模布将整个碳纤维预成型体外周包严；

3）在步骤2）碳纤维预成型体的宽向两侧边紧贴有与该碳纤维预成型体侧边形状吻合的贴边；

4）在步骤3）碳纤维预成型体一侧边外侧的底部导流网上放置有与所述贴边长向平行的注胶管，用单向透气膜将所述碳纤维预成型体、两侧贴边和注胶管一起包住，再将该单向透气膜的周边与所述模具表面粘接密封，留出所述注胶管的进胶口端；其中，单向透气膜与模具粘接处位于所述模具真空口的内侧，在所述进胶口端装有阀门；

5）在步骤4）单向透气膜的上表面铺覆有顶部导流网；在顶部导流网外侧再铺设一真空袋膜；该真空袋膜将顶部导流网和所述单向透气膜包覆的物体包严，再将真空袋膜的袋口周边与所述模具表面粘接密封，留出所述进胶口端；其中，真空袋膜袋口周边与模具的粘接处位于所述模具真空口的外侧；所述顶部导流网与该模具真空口连通；

6）用管路将所述模具真空口与外设的真空泵相接；同时将所述灌注的树脂和相应的固化剂分别预热至40-80℃，达到预热温度后将树脂和固化剂胶液混合均匀形成树脂混合液；在开始铺放前即启动所述模具的加热装置，将模具加温至40～80℃；在铺放过程中，所述碳纤维预成型体随其模具预热，3～5h小时后达到预热温度后保温，然后将所述真空袋膜内腔抽成真空状，达到负压状态；