一种增强夹芯材料抗压性能的方法与流程

本发明涉及一种风电叶片夹芯材料，具体涉及一种增强夹芯材料抗压性能的方法，属于风电复合材料结构技术领域。

背景技术：

目前风电叶片壳体叶根区域主要以轻木进行结构设计，因轻木其法向性能优异，非同密度或翻倍密度pet泡沫可比。但目前轻木供货紧张，轻木供应严重影响了生产交付计划，同时在此期间，轻木因自然成长导致的性能不可控性逐渐展现，发霉腐烂等缺陷无法百分百识别导致灌注类缺陷，增加修补成本。与此相比，夹芯泡沫通过控制原料及发泡工艺，性能稳定可控。考虑用高密度pet/hpe/pvc泡沫替代轻木。通过对100-220kg/m³密度范围pet/hpe/pvc泡沫的性能测试，发现主要差异是法向抗压性能差，成数倍差距，如选用更高密度泡沫，性价比不高，且对叶片重量及质量距影响很大。因此，考虑用底密度泡沫作为支撑体，通过打孔、开槽布设纤维立体结构，再经过浸胶凝结，得到整体力学性能优越，尤其是抗压性能优越的夹芯材料。

通过检索，发现公开（公告）号cn105479772a、公开（公告）日2016.04.13的专利及公开（公告）号cn106494022a、公开（公告）日2017.03.15与本发明最接近，但从上述两项专利文献公开的技术内容可以看出，二者都是采用可弯折纤维丝或线一类材料将位于泡沫板上下两层的加固结构拉紧，这种结构很好的解决了夹芯材料的纵向、横向的抗拉性能和法向的抗撕裂性能。但是，上述可弯折纤维丝或线本身不具备抗压强度，且都是以针穿牵引方式穿过泡沫材料，穿过泡沫板的线或纤维丝与泡沫材料间没有间隙或间隙极小，浸胶时，胶液不能沿线或纤维丝浸入，冷凝后不能在线或纤维丝周围形成具有抗压强度的胶柱，因而使得整过夹芯材料缺乏法向抗压的力学性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题主要是：夹芯材料对施加在夹芯材料板板面上各个方向的力表现出抗压性能差的问题。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种增强夹芯材料抗压性能的方法，将夹芯板材玻纤织物作为支持体，在夹芯板材玻纤织物内、外构建能够承受多向压力的抗压力学整体结构。

进一步地，所述在夹芯板材玻纤织物内构建能够承受多向力的抗压力学整体结构，是在夹芯板材内开辟路径放置纤维束，在通过浸胶工艺后，能在夹芯板材玻纤织物内形成垂向纤维胶柱玻纤织物、斜向纤维胶柱玻纤织物、纵向纤维胶筋玻纤织物和横向纤维胶筋玻纤织物，且斜向纤维胶柱玻纤织物、纵向纤维胶筋玻纤织物和横向纤维胶筋玻纤织物在夹芯板材内形成纵横交织一体粘接的井字形栅围玻纤织物，同时利用浸胶前在夹芯板材玻纤织物上表面和下表面贴敷的玻纤织物玻纤织物，形成由玻纤织物玻纤织物、垂向纤维胶柱玻纤织物和井字形栅围玻纤织物粘接成的整体架构。

进一步地，所述斜向纤维胶柱玻纤织物、纵向纤维胶筋玻纤织物和横向纤维胶筋玻纤织物在夹芯板材内形成纵横交织一体粘接的井字形栅围玻纤织物，是夹芯板材玻纤织物内两个横向相邻的斜向纤维胶柱玻纤织物呈x形粘接在纵向纤维胶筋玻纤织物两侧，夹芯板材玻纤织物内两个纵向相邻的斜向纤维胶柱玻纤织物呈x形粘接在横向纤维胶筋玻纤织物两侧，同时，相贴近的纵向纤维胶筋玻纤织物和横向纤维胶筋玻纤织物相粘接。

进一步地，将制作力学结构的每一个纤维束的放置路径设置为独立的放置路径，并将斜向纤维束的放置路径与相邻近的纵向纤维束的放置路径或横向纤维束的放置路径相连通。

进一步地，所述纤维束的放置路径，是在夹芯板材玻纤织物上等距开设多条正交的纵向切缝玻纤织物和横向切缝玻纤织物，将夹芯板材玻纤织物分割成若干底部相连的夹芯方块玻纤织物；在夹芯方块玻纤织物上向下打垂向孔玻纤织物，在夹芯方块的4个边的边缘部位分别沿前面玻纤织物、左侧面玻纤织物、后面玻纤织物、右侧面玻纤织物向下打斜向孔玻纤织物。

进一步地，所述分别沿前面玻纤织物、左侧面玻纤织物、后面玻纤织物、右侧面玻纤织物向下打的斜向孔玻纤织物，均于所在的面上有用于通胶的弦切缺口玻纤织物。

进一步地，按顺时针方向，所述斜向孔玻纤织物在前面玻纤织物、左侧面玻纤织物、后面玻纤织物、右侧面玻纤织物上的倾斜方向一致，使得夹芯板材玻纤织物上相邻两个夹芯方块玻纤织物的两个相邻面上的斜向孔玻纤织物的倾斜方向相反，两个斜向孔玻纤织物的投影呈x形交叉。

进一步地，所述斜向孔玻纤织物垂向孔玻纤织物都是在夹芯方块玻纤织物上上、下贯通的孔。

上述增强夹芯材料抗压性能的方法，包括以下步骤：

1）在夹芯板材玻纤织物上切割纵向切缝玻纤织物和横向切缝玻纤织物，将夹芯板材玻纤织物分割成多个夹芯方块玻纤织物；在夹芯方块上打垂向孔玻纤织物和斜向孔玻纤织物；

2）在步骤1所述的纵向切缝玻纤织物、横向切缝玻纤织物、垂向孔玻纤织物和斜向孔玻纤织物内放置纤维束；

3）用具有浸透性、易切削的玻纤织物粘敷在夹芯板材玻纤织物的上、下表面，将步骤2中放置好的纤维束约束在夹芯板材玻纤织物内；

4）当需要应用时再将步骤3制作好的夹芯板材玻纤织物实施浸胶固化；或将步骤3制作的夹芯板材玻纤织物先直接浸胶固化后待用。

进一步地，所述步骤2）中在纵向切缝玻纤织物和横向切缝玻纤织物中放置纤维束，采用的是交替叠放的方式，即放置一层纵向纤维束再放置一层横向纤维束，如此轮回。

本发明的优点是：由于在夹芯材料采用多方向设置斜向纤维胶柱（4）和法向纤维胶柱，使得夹芯材料板板面的抗压性能显著增强；由于在夹芯材料板面纵横开槽且在纵槽和横槽内叠层织丝凝胶，使得夹芯材料板各个方向的抗拉性能显著增强。

附图说明

图1为本发明所述夹芯板材立体示意图；

图2为夹芯方块立体示意图；

图3为夹芯板材中三个相邻夹芯方块的爆炸示意图；

图4为图1的局部示意图，图中外圆为原图的裁剪边界，非本发明中的结构；

图5为斜向纤维胶柱、纵向纤维胶筋和横向纤维胶筋搭建栅围结构示意图；

图6为夹芯方块中分布的垂向纤维胶柱；

图7为斜向纤维胶柱、纵向纤维胶筋和横向纤维胶筋搭建成的井字形栅围；

图8为已经贴敷玻纤织物尚未浸胶的夹心板材；

图9为按本发明制作的已经浸胶后抗压性能增强的夹芯材料示意图。

图中：1、夹芯板材；2、夹芯方块；21、前面；22、左侧面；23、后面；24、右侧面；3、垂向纤维胶柱；4、斜向纤维胶柱；5、纵向纤维胶筋；6、横向纤维胶筋；7、井字形栅围；8、玻纤织物；9、纵向切缝；10、横向切缝；11、垂向孔；12、斜向孔；121、前斜向孔；122、左斜向孔；123、后斜向孔；124、右斜向孔；13、弦切缺口；14、垂向纤维束；15、斜向纤维束；16、纵向纤维束；17、横向纤维束。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种增强夹芯材料抗压性能的方法，夹芯板材1作为支持体，在夹芯板材1内、外构建能够承受多向压力的抗压力学整体结构。所用的夹芯板材1为一种泡沫板材，其本身抗压抗拉的力学性能很低，但以其易于切割、打孔，能够在其板材中任意搭建各种架体而成为很好的支持体，且质量轻，经本发明构建成抗压力学整体结构后，足以取代轻木材料成为风电叶片壳体叶根区域合格的夹芯用材。

如图1、6、7、8所示，所述在夹芯板材1内构建能够承受多向力的抗压力学整体结构，是在夹芯板材内开辟路径放置纤维束，通过浸胶工艺后，能在夹芯板材1内形成垂向纤维胶柱3、斜向纤维胶柱4、纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6，且斜向纤维胶柱4、纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6在夹芯板材内形成纵横交织一体粘接的井字形栅围7，同时利用浸胶前在夹芯板材1上表面和下表面设置的玻纤织物8，形成由玻纤织物8、垂向纤维胶柱3和井字形栅围7粘接成的整体架构。显然，垂向纤维胶柱3在结构中的作用是直接抵抗施加在夹芯板材1上的正压力。但是，施加在板材上的压力除了正压力，还有其他各个方向的力，所以，在结构中设置有斜向纤维胶柱4。纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6的主要作用是将所有斜向纤维胶柱4通过胶液粘接在一个整体构架上，能够增强各斜向纤维胶柱4遭遇压力时的稳定性，显著增强夹芯板材1抵抗各个方向压力的抗压性能。其次，纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6显著增强夹芯板材2在水平方向上的抗拉性能。所述井字形栅围7，如图7所示，实际只是对夹芯板材2中构建的力学整体结构中的一部分的描述。

如图1、5、7所示，所述斜向纤维胶柱4、纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6在夹芯板材内形成纵横交织一体粘接的井字形栅围7，是夹芯板材1内两个横向相邻的斜向纤维胶柱4呈x形粘接在纵向纤维胶筋5两侧，夹芯板材1内两个纵向相邻的斜向纤维胶柱4呈x形粘接在横向纤维胶筋6两侧，同时，相贴近的纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6相粘接。

这里需要指出的是，上述垂向纤维胶柱3、斜向纤维胶柱4、纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6的形成，以及斜向纤维胶柱4、纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6在夹芯板材内形成纵横交织一体粘接的井字形栅围7，还有上表面和下表面设置的玻纤织物8与垂向纤维胶柱3、井字形栅围7粘接成的整体架构，实际是一次浸胶形成的，并不是按步骤多次浸胶所形成。

如图4所示，将制作力学结构的每一束纤维束的放置路径设置为独立的放置路径，也就是做到每一束纤维束的放置路径没有共同的交点，这样才能避免一束纤维束的放置阻碍另一纤维束的放置；并将斜向纤维束15的放置路径与相邻近的纵向纤维束16的放置路径或横向纤维束17的放置路径相连通。这样设置的作用是为了浸胶粘接，因为每一束斜向纤维束要与纵向纤维束或横向纤维束相粘接。

如图1—4所示，所述纤维束的放置路径，是在夹芯板材1上等距开设多条正交的纵向切缝9和横向切缝10，将夹芯板材1分割成若干底部相连的夹芯方块2；在夹芯方块2上向下打垂向孔11，在夹芯方块的4个边的边缘部位分别沿前面21、左侧面22、后面23、右侧面24向下打斜向孔12。只要不与斜向孔相交，垂向孔11在夹芯方块上的分布及数量没有限定。一般情况下，夹芯方块的4个边的每一个边缘部位只打一个斜向孔，特殊需要也可以多个，但多个斜向孔12之间依然不可以相交。参照图1和图4，图中分别示出垂向孔11与放置在垂向孔中的垂向纤维束14，斜向孔12与放置在斜向孔12中的斜向纤维束15，纵向切缝9中放置的纵向纤维束16，横向切缝10中放置的横向纤维束17。

如图2所示，所述分别沿前面21、左侧面22、后面23、右侧面24向下打的斜向孔12，均于所在的面上有用于通胶的弦切缺口13。

如图1—3所示，按顺时针方向，所述斜向孔12在前面21、左侧面22、后面23、右侧面24上的倾斜方向一致，使得夹芯板材1上相邻两个夹芯方块2的两个相邻面上的斜向孔12的倾斜方向相反，两个斜向孔12的投影呈x形交叉。为更清楚地说明上述问题，结合图2看图3，前、后相邻（或横向相邻）的两个夹芯方块2,在前夹芯方块2的后斜向孔123与在后夹芯方块2的前斜向孔121的倾斜方向相反，横向正投影呈x形交叉；左、右相邻（或纵向相邻）的两个夹芯方块2,在左夹芯方块2的右斜向孔124与在右夹芯方块2的左斜向孔122的倾斜方向相反，纵向正投影呈x形交叉。为方便观察，图3中3个夹芯方块2的间距被分开，而实际上，本发明产品的两个相邻夹芯方块2之间的切缝宽度一般只有1mm左右。

如图1、8、9所示，所述斜向孔12、垂向孔11都是在夹芯方块2上上、下贯通的孔。这样设置是因为在斜向孔12和垂向孔11内形成的横向纤维胶筋6和斜向纤维胶柱4要与夹芯板材1上顶面和下底面设置的玻纤织物8通过胶液粘接。

上述增强夹芯材料抗压性能的方法，包括以下步骤：

1）在夹芯板材1上切割纵向切缝9和横向切缝10，将夹芯板材1分割成多个夹芯方块2；在夹芯方块上打垂向孔11和斜向孔12；

2）在步骤1所述的纵向切缝9、横向切缝10、垂向孔11和斜向孔12内放置纤维束；

3）用具有浸透性、易切削的玻纤织物粘敷在夹芯板材1的上、下表面（参照图8），将步骤2中放置好的纤维束约束在夹芯板材1内；

4）当需要应用时再将步骤3制作好的夹芯板材1实施浸胶固化；或将步骤3制作的夹芯板材1先直接浸胶固化后待用（参照图9）。

如图5所示，上述步骤2中在纵向切缝9和横向切缝10中放置纤维束，采用的是交替叠放的方式，即放置一层纵向纤维束16再放置一层横向纤维束17，如此轮回。

步骤4所述当需要应用时再将步骤3制作好的夹芯板材1实施浸胶固化，是在按本发明制作的夹芯板材1用于填充风电叶片壳体根区时，需要将步骤3制作好的夹芯板材

1加工成所需形状再填充到叶片壳体中后才能浸胶固化。

如图1、6、7、8所示，通过上述措施，垂向孔11中的纤维束与胶液凝结为垂向纤维胶柱3，斜向孔12中的纤维束与胶液凝结为斜向纤维胶柱4，纵向切缝9中的纤维束与胶液凝结为纵向纤维胶筋5，横向切缝10中的纤维束与胶液凝结为横向纤维胶筋6；斜向纤维胶柱4、纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6粘接成纵横交织的井字形栅围7。最后，利用夹芯板材1上顶面和下底面设置的玻纤织物8，通过浸胶，与夹芯板材1、夹芯板材1内的垂向纤维胶柱3和井字形栅围7粘接成整体夹芯材料，从而实现夹芯材料抗压性能的显著增强，以取代轻木材料成为风电叶片壳体叶根区域合格的夹芯用材。

需要说明的是，本发明所述的纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6，一般在浸胶时，一条纵向切缝9中的所有纵向纤维束16将被一体粘连，一条横向切缝10中的所有横向纤维束17将被一体粘连，所以纵向纤维胶筋5和横向纤维胶筋6一般不是在夹芯板材中单独存在，但为了便于理解，附图中都是单独示出。

显然，上述实施例只用于更清楚的描述本发明，而不能视为限制本发明涵盖的保护范围，任何等价形式的修改都应视为落入本发明涵盖的保护范围之中。