一种风电叶片碳纤维梁制作工艺
阅读说明：本技术 一种风电叶片碳纤维梁制作工艺 (Manufacturing process of carbon fiber beam of wind power blade ) 是由 张力赫 张森银 张欣磊 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种风电叶片碳纤维梁制作工艺,包括如下步骤,S1、碳纤维预浸料低温储存；S2、碳纤维浸料解冻；S3、碳纤维预浸料进行铺层,首先模具预热28℃-30℃,预热后在模具上铺放免打磨布,随后在免打磨布上铺设碳纤维预浸料；S4、检验真空度和气密性；S5、碳纤维预浸料固化。本发明精心设计工艺步骤和每个步骤中的参数和施工要点,对工艺整体进行提升改良,便于实施,得到产品质量稳定量可靠。(The invention discloses a manufacturing process of a carbon fiber beam of a wind power blade, which comprises the following steps of S1, storing carbon fiber prepreg at low temperature; s2, unfreezing the carbon fiber impregnated material; s3, laying carbon fiber prepreg, preheating a mould by 28-30 ℃, laying polishing-free cloth on the mould after preheating, and laying the carbon fiber prepreg on the polishing-free cloth; s4, checking the vacuum degree and the air tightness; and S5, curing the carbon fiber prepreg. The invention elaborately designs the process steps and the parameters and construction key points in each step, improves the whole process, is convenient to implement, and obtains the product with stable quality and reliable quality.)
技术领域
本发明涉及一种风电叶片碳纤维梁制作工艺。
背景技术
随着叶片行业的发展，为提高风电发电效率，适应风电平价政策，叶片大型化轻量化的趋势愈发明朗，大型叶片重量增加导致荷载上升，传统的玻璃钢主梁已经成为制约叶片的大型化轻量化发展的重要因素之一，寻找更高刚性、高比强度、高比拉伸模量的材料替代玻璃钢复合材料制作主梁成为业内共识，碳纤维复合材料的刚性、比强度、比拉伸模量比玻璃钢复合材料更好，是风电叶片大型化、轻量化的首选材料。
碳纤维预浸料是一种低温固化工艺的材料，在室温情况下会发生反应，若温度较低则粘性低，若温度过高则粘性大且反应迅速。在碳纤维梁生产中，需要低温储存碳纤维预浸料，生产时再将碳纤维预浸料解冻，然后再层层铺设到模具上，再进行真空和气密性检验，最后进行固化等操作。
由于碳纤维预浸料的特殊性，在生产过程中很容易因为温度和生产节奏把握不好而造成产品质量出现问题，因此需要设计一套系统、严格的生产工艺，达到高质量生产效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，提出一种风电叶片碳纤维梁制作工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种风电叶片碳纤维梁制作工艺，其特点在于，包括如下步骤，
S1、碳纤维预浸料低温储存；
S2、碳纤维浸料解冻；
S3、碳纤维预浸料进行铺层，首先模具预热28℃-30℃，预热后在模具上铺放免打磨布，随后在免打磨布上铺设碳纤维预浸料；
S4、检验真空度和气密性；
S5、碳纤维预浸料固化。
优选地，在所述步骤S1中，碳纤维预浸料室温保质期低于20天，或者温度小于等于0℃保质期180天，或者温度小于等于-18℃储存360天。
优选地，在所述步骤S2中，碳纤维预浸料提前24小时放入回温房中升温，回温房温度30℃-35℃。
优选地，在所述步骤S3中，所述模具预热30℃。
优选地，在所述步骤S3中，铺放免打磨布时，将带胶的免打磨布铺放到模具上，使用免打磨布贴实模具，保证没有腾空和气泡。
优选地，在所述步骤S3中，铺设碳纤维预浸料时，将碳纤维预浸料卷放到铺布车上，测量碳纤维预浸料卷在室温下的表面温度达到22±4℃，内外卷温差≤3℃，调整铺布车的参数设置，张力输出30％，速度5％-10％。
优选地，在所述步骤S3中，铺设碳纤维预浸料时，碳纤维预浸料沿着模具长度方向铺设，两侧对齐布层边缘，布层两端对齐产品线，在铺设过程中，将碳纤维预浸料压实贴紧在模具上。
优选地，铺布前进方向的两侧设置铺布工位，所述铺布工位包括如下：
A工位：位于铺布前进方向一侧，负责行车起吊和铺布车的前进，与铺布车同步前进；
B工位和C工位：跟随在所述A工位后方且位于铺布前进方向两侧，铺布过程中，负责对齐布层边缘，布层两端对齐产品线，铺布后，负责布层修剪；
D工位：位于所述B工位或所述C工位后方，负责压实布层中间位置并向铺布前进方向移动；
E工位和F工位：位于所述D工位后方，位于铺布前进方向两侧且所述E 工位位于后缘一侧，所述F工位位于前缘一侧，负责赶布，所述E工位从中间向前缘赶布，所述F工位从中间向后缘赶布；
G工位和H工位：分别位于E工位和F工位后方，负责重复赶布，G从中间往前缘赶布，H从中间往后缘赶布，每一层铺完后，应从前往后再检查一遍，未赶平区域再进行复赶；
I工位：负责撕除料卷上、下表面隔离膜。
优选地，所述D工位采用铁拖把作业，所述铁拖把包括拖把底板、加长杆、连接件，所述加长杆通过所述连接件连接在所述拖把底板上表面。
优选地，在所述拖把底板上表面设置一对同轴圆管，一对所述圆管沿着所述拖把底板的长轴方向间隔设置；所述连接件呈T型，设置在所述一对圆管之间，包括两端分别插入两侧圆管的横向连接柱以及从所述横向连接柱中部伸出的竖向连接柱，所述竖向连接柱从一对所述圆管之间伸出，并与所述加长杆连接。
优选地，所述竖向连接柱末端为扁平插头，所述加长杆一端开设有供所述插头插入的插口，所述插头插入所述插口并采用紧固件固定。
优选地，所述E、H工位采用滚刷作业，所述滚刷包括手柄、芯轴及滚筒，所述滚筒同轴套设在所述芯轴上，所述芯轴两端超出所述滚筒并与所述手柄连接。
优选地，所述芯轴两端套设有衬套，所述衬套上套设轴承，所述轴承连接在所述滚筒内侧。
优选地，所述手柄包括连接头以及柄身，所述连接头包括两侧叉杆以及连接在所述叉杆之间的连杆，所述柄身一端连接在所述连杆中部，另一端设有施力部。
优选地，在所述步骤4中，铺层结束后，在碳纤维预浸料上依次铺放免打磨布、带孔隔离膜，在产品侧面放置挡边，防止抽真空过程中布层被大气压压变形，再铺设辅材，铺设第一层真空袋膜，验证真空度和气密性，最后铺放导流网、铺放第二层真空袋膜，再次验证真空度和气密性。
优选地，在所述步骤S5中，使用保温棉将成型的碳纤维梁全覆盖，开启模具加热系统，进行如下升温和恒温操作：
步骤一：从30℃升温至35℃，耗时180min；
步骤二：从35℃升温至50℃，耗时60min；
步骤三：从50℃升温至60℃，耗时120min；
步骤四：从60℃升温至80℃，耗时120min；
步骤五：从80℃升温至90℃，耗时60min；
步骤六：从90℃升温至100℃，耗时60min；
步骤七：从100℃升温至110℃，耗时30min；
步骤八：从110℃升温至120℃，耗时150min。
上述技术方案可以得到以下有益效果：
1.找到了长时间不反应且利于解冻的低温，确定了一组对应的储存温度和储存时间数据，可以根据生产节奏选择储存温度，有利于碳纤维预浸料的储存和解冻。
2.找到能够保证碳纤维铺设效果的温度区间，碳纤维预浸料的粘度合适、反应速度合适、排气顺畅，有利于碳纤维预浸料的铺设。
3.设计对应的铺层工艺和工具，铺层过程和赶压过程相配合，碳纤维预浸料层间紧贴，无间隙，无气泡，保证铺层效率和效果。
4.试验不同高温下碳纤维预浸料的固化放热区域限，找到适合的预热温度排气操作，找到适合的固化放热温度，设计合理的固化加热曲线，保证主梁的产品质量，减少了孔隙率和褶皱缺陷。
5.精心设计工艺步骤和每个步骤中的参数和施工要点，对工艺整体进行提升改良，便于实施，得到产品质量稳定量可靠。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明碳纤维预浸料的铺设示意图。
图3是本发明铺布工位示意图。
图4是本发明铁拖把示意图。
图5是本发明铁拖把连接件示意图。
图6是本发明铁拖把加长杆端部视图。
图7是本发明滚刷示意图。
图中：
1、滚筒，2、芯轴，3、手柄，31、连接头，311、叉杆，312、连杆，32、柄身，33、施力部，4、衬套，5、轴承，6、拖把底板，61、圆管，7、加长杆， 71、插口，8、连接件，81、横向连接柱，82、竖向连接柱，821、插头，10、模具表面，20、带胶免打磨布，30、碳纤维预浸料，40、预浸胶免打磨布，50、带孔隔离膜，60、双层透气毡，70、袋膜。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明公开了一种风电叶片碳纤维梁制作工艺，包括如下步骤，
S1、碳纤维预浸料低温储存；
S2、碳纤维浸料解冻；
S3、碳纤维预浸料进行铺层；
S4、检验真空度和气密性；
S5、碳纤维预浸料固化。
碳纤维预浸料是一种低温固化工艺的材料，在室温情况下会反应，因此在储存和铺设时需要格外注意温度的变化。在步骤S1中，碳纤维预浸料若在室温下，保质期低于20天，若温度在小于等于0℃，保质期为180天，若温度小于等于-18℃，保质期为360天，保证长时间不反应且利于解冻的最佳低温，可以根据生产需要选择合适的储存温度，有利于碳纤维预浸料的储存和后续使用。
在步骤S2中，碳纤维预浸料在使用前提前24小时放入回温房中升温，回温房温度30℃-35℃，保证预浸料有足够的可操作时间和可操作性，回温解冻完成后，擦干外包装冷凝水。
在步骤S3中，铺设时，首先模具预热。预热环节中，模具预热温度在28℃-32℃，预热温度过高会导致预浸料的操作时间变短，可能在作业过程中开始固化，预热温度过低会导致预浸料的粘性下降，层间较难粘合形成空隙，优选预热温度为30℃，最适合作业，保证产品质量。
如图2所示，预热后在模具表面10铺放免打磨布，铺放免打磨布时，将带胶免打磨布20铺放到模具上，使用免打磨布贴实模具，保证没有腾空和气泡，有利于后续碳纤维预浸料铺设，保证主梁质量。
免打磨布铺设完成后铺设碳纤维预浸料30，铺设碳纤维预浸料30时，首先使用行车将碳纤维预浸料卷吊起，放到铺布车上，测量碳纤维预浸料卷在室温下的表面温度需要达到22±4℃，内外卷温差≤3℃，调整铺布车的参数设置，张力输出30％，速度5％-10％，准备进行铺设。
在铺放碳纤维预浸料料卷过程中，碳纤维预浸料卷沿着模具长度方向铺设，两侧对齐布层边缘，布层两端对齐产品线，在铺设过程中，需将碳纤维预浸料压实贴紧在模具上。
具体地，如图3所示，铺布前进方向的两侧设置铺布工位，每个工位由一名工人值守，满足预浸料铺设要求，铺布工位包括如下：
A工位：位于铺布前进方向一侧，A工位人员为行车工兼铺布车工，负责行车起吊和铺布车的前进，与铺布车同步前进；中途非必要尽量不要停车；注意小车上预浸料料卷限位是否变化，发现限位松动需及时调整。小车行进前必须打开警报，注意观察四周人员，注意行车和铺布车的行车安全。
B工位和C工位：跟随在A工位后方且位于铺布前进方向两侧，铺布过程中，负责对齐布层边缘，布层两端对齐产品线，对B工位和C工位的站位应距离铺布车上的布卷3-4m，方便布层对齐。铺布后，B工位和C工位人员还负责布层修剪。
D工位：位于B工位或C工位后方，负责压实布层中间位置并向铺布前进方向移动。
E工位和F工位：位于D工位后方，且位于铺布前进方向两侧，负责赶布， E工位从中间向前缘赶布，F工位从中间向后缘赶布。
G工位和H工位：分别位于E工位和F工位后方，负责重复赶布，G从中间往前缘赶布，H从中间往后缘赶布，每一层铺完后，应从前往后再检查一遍，未赶平区域再进行复赶。
I工位：负责撕除料卷上、下表面隔离膜。
如图4-6所示，在上述操作中，D工位采用铁拖把作业，铁拖把包括拖把底板6、加长杆7、连接件8，加长杆7通过连接件8连接在拖把底板6上表面。具体地，在拖把底板6上表面设置一对同轴圆管61，一对圆管61沿着拖把底板 6的长轴方向间隔设置；连接件8呈T型，设置在一对圆管61之间，包括两端分别插入两侧圆管61的横向连接柱81以及从横向连接柱81中部伸出的竖向连接柱82，竖向连接柱82从一对圆管61之间伸出，并与加长杆7连接。竖向连接柱82末端为扁平插头821，加长杆7一端开设有供插头插入的插口71，插头 821插入插口71并采用紧固件固定。在使用时，连接件31可以在圆管61中旋转，连接在连接件31上的加长杆7也可以旋转，方便操人员可以将该拖把伸向远处也可以将该拖把拉近身前使用，同时，拖把底板6面积大，压实效果好。
如图7所示，E、H工位采用滚刷作业，滚刷包括手柄3、芯轴2及滚筒1，滚筒1同轴套设在芯轴2上，芯轴2两端超出滚筒1并与手柄3连接。芯轴2 两端套设有衬套4，衬套4上套设轴承5，轴承5连接在滚筒1内侧。具体地，手柄3包括连接头31以及柄身32，连接头31包括两侧叉杆311以及连接在叉杆311之间的连杆312，柄身32一端连接在连杆312中部，另一端设有施力部 33，在本实施例中，施力部33为垂直柄身的短杆，在其他实施例中，也可以是其他结构，也在本发明保护范围内。使用时，手握施力部33，滚筒1压实在铺布上，前后拉动滚刷，滚筒1可以绕着芯轴3转动，可以将铺层进一步赶平压实，保证铺层的平整性，结构简单，轻巧，易操作。
在步骤4中，铺层结束后，首先在碳纤维预浸料上依次铺放预浸胶免打磨布40、带孔隔离膜50，在产品侧面放置挡边，防止抽真空过程中布层被大气压压变形；再铺设双层透气毡60等辅材，铺设第1层真空袋膜70，抽真空，验证真空度和气密性，铺放导流网后再铺放第2层真空袋膜70，抽真空，验证真空度和气密性。
在步骤S5中，使用保温棉将铺设完毕的碳纤维梁全部覆盖，开启模具加热系统，进行如下升温和恒温操作：
步骤一：从30℃升温至35℃，耗时180min；
步骤二：从35℃升温至50℃，耗时60min；
步骤三：从50℃升温至60℃，耗时120min；
步骤四：从60℃升温至80℃，耗时120min；
步骤五：从80℃升温至90℃，耗时60min；
步骤六：从90℃升温至100℃，耗时60min；
步骤七：从100℃升温至110℃，耗时30min；
步骤八：从110℃升温至120℃，耗时150min。
依照上述加热步骤对模具呈曲线升温加热，碳纤维梁固化过程中会出现排气，可能出现放热屈曲。按照上述步骤进行，能同时保证足够的排气时间，固化过程主梁不会受包和受热屈曲，减少了孔隙率和褶皱缺陷，生产周期满足生产要求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
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