CN113829640A - 一种除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤，铺设半透膜套材；铺设导流介质；在模具内铺设下表面玻纤布；将芯材置于下表面玻纤布上，所述芯材具有芯材上表面和芯材下表面，芯材上表面和芯材下表面设置有纵横交错的凹槽，凹槽包括凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ，凹槽在芯材上表面和芯材下表面的位置彼此对应，凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ彼此交叉连接形成多个交叉点，在交叉点位置设置有贯通芯材上表面和芯材下表面的通孔；铺设上表面玻纤布和真空袋膜；灌注聚氨酯树脂，抽真空，加热固化，脱模，得到聚氨酯复合材料；本发明除湿效果好，可以有效控制胶液流速，减少因除湿不达标，以及包流所产生的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于风电叶片制备技术领域，具体是涉及到一种除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法。
背景技术
风力发电是一种低成本的发电方式，其追求就是不断的降低成本的生成成本，以期得到价格更低的电力资源，风电叶片是整个风机组成本较高的组成部分，而叶片的最核心原料就是树脂，减小树脂的用量，提高叶片的质量，可以减重，使用寿命更长，维护成本更低。
聚氨酯树脂是一个比较理想的树脂材料，其采用的方法一般为VARTM成型工艺，由于聚氨酯树脂中含有大量异氰酸酯基团，该基团对水敏感，在聚氨酯树脂反应过程中容易受到增强体(玻璃纤维)或真空灌注辅材中微量水分影响，产生气泡，最终导致材料力学性能下降。因此，灌注前对增强体和辅材进行除湿工序是聚氨酯树脂应用VARTM成型工艺的关键步骤，目前常规方法为在产品上表面整体覆盖导流辅材的除湿与灌注方式。
其存在的问题为，由于聚氨酯树脂的端羟基化合物具备吸湿性，在常温下可与水反应生成不稳定的氨基甲酸，易分解为胺与CO2。胺与其黑料异氰酸酯又会进一步反应生成脲，聚脲等，严重影响聚氨酯复合材料的性能，采用传统方法使用仅靠控制真空度及升温除湿的方法会导致体系内局部含水量不可控，造成缺陷的发生。常规的除湿方法通过铺设导流辅材进行除湿，不仅会增加灌注树脂用量，且在铺层较厚的三明治夹芯结构区域除湿效果较差，除湿时间长。此外由于聚氨酯树脂在室温下粘度低于传统灌注环氧树脂，因此流动速度快，容易出现诸如发白，干纱等浸渍不良的灌注缺陷，严重影响叶片质量。
申请公布号为CN 112046035A的专利公开了一种用真空灌注工艺制备聚氨酯复合材料的方法，其步骤包括：
a)将至少一槽间距＞20mm，优选≥25mm的夹芯材料、至少一克重＜200g/m2，优选≤160g/m2，更优选90-130g/m2的导流介质和至少一增强材料置于一模具中；
b)将所述夹芯材料、导流介质和增强材料在真空下加热除湿；
c)将聚氨酯组合物通过一直径＜25mm，优选≤20mm，更优选＜18mm的导流管引入所述模具；和
d)固化后脱模得到所述聚氨酯复合材料。
这种方法可以降低保留在夹芯材料导流槽、导流网即导流管中的树脂，降低树脂总量，但是其除湿效果一般。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其除湿效果好，可以有效控制胶液流速，减少因除湿不达标，以及包流所产生的缺陷；同时减少传统导流介质的使用，减少灌注辅材去除的时间，有利于产品批量生产。
本发明包括一种除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤，
在模具的模具抽气侧抽气口铺设半透膜套材；
在模具的模具抽气及灌胶侧立边上铺设导流介质；
在模具内铺设下表面玻纤布；
将芯材置于下表面玻纤布上，所述芯材具有芯材上表面和芯材下表面，芯材上表面和芯材下表面设置有纵横交错的凹槽，凹槽包括凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ，凹槽在芯材上表面和芯材下表面的位置彼此对应，凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ彼此交叉连接形成多个交叉点，在交叉点位置设置有贯通芯材上表面和芯材下表面的通孔；
铺设上表面玻纤布和真空袋膜；
灌注聚氨酯树脂，抽真空，加热固化，脱模，得到聚氨酯复合材料。
本发明的纵横交错的凹槽布置在芯材表面后，形成网状，优选的，凹槽Ⅰ相互之间彼此平行，凹槽Ⅱ相互之间彼此平行，优选的，平行的凹槽之间的距离相等，此时凹槽在芯材表面的分布是最简单，最均匀，且单位数量凹槽能够覆盖的芯材面积最广。更优选的，所述凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ彼此交叉形成十字槽，此时，凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ的夹角为90度，聚氨酯胶液在凹槽内流动时，比如在凹槽Ⅰ向凹槽Ⅱ流动时，收到的阻力最大，可以在一定程度上延缓聚氨酯胶液的流动速度。
优选的，所述凹槽的槽深为0.9-3mm，所述凹槽的槽宽度为0.9-3mm，更优选为2mm。
优选的，所述凹槽Ⅰ的槽间距为10-30mm，或凹槽Ⅱ的槽间距为10-30mm，更优选为20mm。本申请的芯材6的厚度为10-60mm，原则上增加槽深槽宽，减小槽间距会增加除湿效果，但同时也会加大树脂的用量。
本发明的凹槽只需要适配形成气体流动的通道即可，如果太大的话，树脂的用量就会增大，上述凹槽的尺寸设置可以最大程度的在树脂流动速度、树脂用量和除湿水平上达到最优状态。
优选的，所述通孔的直径不大于凹槽的槽宽，如果通孔的直径大于凹槽的槽宽，大于的部分将被树脂或者上下层的材料所覆盖，将不能起到除湿通道的作用。
优选的，导流介质向模具抽气及灌胶侧立边的两侧延伸，导流介质与芯材搭接的长度为0-200mm。
优选的，导流介质向模具抽气及灌胶侧立边的两侧延伸，导流介质与半透膜套材(3)搭接的长度为10-30mm。
优选的，聚氨酯树脂在正式灌注前，经过欧姆管的灌注。
本发明的有益效果是，本发明公开一种适用于聚氨酯灌注“三明治”式结构复合材料的除湿与制备的方法。在除湿阶段，能够有效的缩短除湿时间，在聚氨酯复合材料的灌注过程中，能更好的控制树脂流动速度，更好的适配于聚氨酯的灌注体系。此外，能够有效改善传统满铺导流介质的灌注模式下比较容易出现的灌注缺陷，且对比传统方法，能够减少树脂的使用量，产品固化后，能够节约导流介质撕除的时间，适合批量生产。
本发明的“三明治”式复合材料中，芯材上下表面使用开槽打孔的加工方式，搭配使用少量导流介质，达到更好的除湿与灌注效果。经过上述方案的实施，在除湿阶段中，可高效地将真空体系内的水分通过芯材的槽孔系统经灌注管道由真空泵带离产品，可有效控制因体系中水分含量过高，局部聚集，与树脂反应所导致的缺陷。同时，在灌注阶段，由于室温下聚氨酯树脂初始粘度较低，对比传统导流介质的导流方式，与胶液流动方向相垂直的开槽方式可有效降低胶液的流动速度，从而增加树脂与玻纤布浸润时间，可减少因树脂流速过快，包流造成的干纱、发白，或因局部胶液聚集而导致的富树脂等缺陷。
与现有技术比较，本发明的技术先进性在于：通过对芯材的开槽打孔与立边导气介质相连接，在除湿阶段，高效传递体系中水分，灌注过程中，芯材双向开槽的加工方式可有效控制胶液流速，减少了因除湿不达标，以及包流所产生的缺陷，同时减少了传统导流介质的使用，减少灌注辅材铺设与去除的时间。
本发明的目的是在制备聚氨酯复合材料时，通过对芯材开槽处理配合局部导流介质对产品进行高效除湿，避免因产品局部含水量过高而引起的缺陷，减少因灌注辅材放置位置不佳而导致的灌注浸渍不良、气泡、包胶等质量缺陷风险；减少上表面灌注辅材的使用，进而降低脱模时间。
附图说明
图1为本发明的除湿灌注系统截面示意图。
图2为本发明的芯材的结构示意图。
图3为本发明的对比例1的灌注效果图。
图4为本发明的实施例1的灌注效果图。
图5为本发明的对比例1的脱模后的效果图。
图6为本发明的实施例1的脱模后的效果图。
在图中，1模具、2模具抽气侧抽气口、3半透膜套材、4导流介质、5下表面玻纤布、6芯材、61芯材上表面、62芯材下表面、63凹槽Ⅰ、64凹槽Ⅱ、65通孔、7上表面玻纤布、8真空袋膜、10欧姆管、11模具抽气及灌胶侧立边。
具体实施方式
实施例1
一种除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，该方法包括：
(a)开启模具1保温程序，保证在除湿阶段，体系能快速达到合适的温度。
(b)对芯材6按照要求进行开槽打孔，其中槽深，槽宽及平板打孔孔径大小尺寸：2mm；槽间距与孔间距：20mm；开槽方式为上下表面双向“十字槽”，其中平板打孔位置为十字槽交叉处。
(c)将步骤(b)中所述芯材6按一定顺序铺设在相应的模具中；具体实施过程为：
(1)将模具1清理干净；
(2)于模具抽气侧抽气口2处覆盖半透膜套材3，防止胶液进入抽气管道，造成管道堵塞。
(3)在模具抽气及灌胶侧立边11铺设导流介质4，两侧立边满铺，其中抽气边延长至与半透膜套材3搭接20mm。两侧导流介质均向型面内延长，尺寸为100mm，使得抽气系统能够与芯材6的凹槽搭接连通。
(4)在模具1的下表面辅材上铺设下表面玻纤布5；
(5)在下表面玻纤布层5上铺设开槽打孔的芯材6；
(6)在芯材6上方铺设上表面玻纤布7；
(7)灌注侧立边外侧导流介质4上方放置欧姆管10，用于胶液灌注。
(d)在模具1上铺设真空系统，使得所有的玻纤布层、芯材形成一个大的整体，具体方法为：使用真空袋膜和密封胶条将产品密封，通过管道与真空泵相连接，组成真空系统。
(e)采用聚氨酯专用灌注设备进行灌注，完毕后，设定并开启模具加热固化程序，使制品固化。
(f)制品固化后，即可脱膜吊出，得到产品。
本发明的灌注系统的具体结构如图1所示。
为了达到更好的除湿效果，本发明对现有的芯材6的结构进行了一定的改进，如图2所示，所述芯材6具有芯材上表面61和芯材下表面62，芯材上表面61和芯材下表面62设置有纵横交错的凹槽，凹槽包括凹槽Ⅰ63和凹槽Ⅱ64，凹槽在芯材上表面61和芯材下表面62的位置彼此对应，凹槽Ⅰ63和凹槽Ⅱ64彼此交叉连接形成多个交叉点，在交叉点位置设置有贯通芯材上表面61和芯材下表面62的通孔65。
如图2所示，凹槽Ⅰ63和凹槽Ⅱ64分别为多条平行的长条槽，彼此进行十字交叉连接，即90度交叉连接，构成网状结构。
采用本发明的芯材结构，可以去掉上下表面的导流介质，如果不采用本申请的芯材却省略芯材表面的上下导流介质的话，将会出现上下表面大面积的包胶，干纱，浸润不良等缺陷。
本专利中芯材采用双向开槽加打孔的加工方式，其中垂直于灌注走向的槽孔系统可增加除湿有效范围，控制胶液流速，对比单向开槽打孔减少了因除湿不达标，以及包流，浸润不良等缺陷。以下，通过聚氨酯灌注腹板生产实例对比，探讨其优势性。
实施例2
实施例2和实施例1实验条件相同，芯材6槽深，槽宽及平板打孔孔径大小尺寸调整至：3mm。
对比例1
本申请的对比例1同实施例1的区别为，开槽方式为芯材6的上下表面双向开设有展向一字槽，其中槽深，槽宽及平板打孔孔径大小尺寸，槽间距与孔间距同实施例1，即只保留凹槽Ⅰ63或凹槽Ⅱ64，去掉另一条凹槽，其他和实施例1相同。
采用上述不同的方法灌注除湿，检测灌注时间，用胶量，得到如表1所示的不同灌注除湿方法的性能表。
表1不同灌注除湿方法的性能表
| 对比实验 | 对比例1 | 本申请实施例1 | 本申请实施例2 |
| 灌注时间 | 31min | 38min | 45min |
| 用胶量 | 270kg | 290kg | 317kg |
通过实验数据的对比，本发明的制备方法得到的产品较一字槽的芯材的制备方法得到的产品，在灌注时间上略有增加，因为槽孔的增加会使得用胶量有所增加。实施例2中3mm的槽宽亦能达到良好的效果，但用胶量也会明显增加。
其不同的灌注效果如图3-6所示，灌注过程中，如图3所示，采用对比例1的加工方式的芯材灌注过程中胶液弦向流动速度较快，槽与槽之间容易产生包胶的现象；图4的实施例1中采用十字槽加工方式的胶液流动速度均匀，玻纤表现浸润良好。
如图5-6所示，分别为对比例1和实施例1固化完毕后脱模状态，可以看到对比例1包胶，浸润不良等缺陷较多，后续修补工作量大，不适合批量生产。实施例1脱模后，灌注效果良好，未发现明显浸润不良缺陷。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤，
在模具(1)的模具抽气侧抽气口(2)铺设半透膜套材(3)；
在模具(1)的模具抽气及灌胶侧立边(11)上铺设导流介质(4)；
在模具(1)内铺设下表面玻纤布(5)；
将芯材(6)置于下表面玻纤布(5)上，所述芯材(6)具有芯材上表面(61)和芯材下表面(62)，芯材上表面(61)和芯材下表面(62)设置有纵横交错的凹槽，凹槽包括凹槽Ⅰ(63)和凹槽Ⅱ(64)，凹槽在芯材上表面(61)和芯材下表面(62)的位置彼此对应，凹槽Ⅰ(63)和凹槽Ⅱ(64)彼此交叉连接形成多个交叉点，在交叉点位置设置有贯通芯材上表面(61)和芯材下表面(62)的通孔(65)；
铺设上表面玻纤布(7)和真空袋膜(8)；
灌注聚氨酯树脂，抽真空，加热固化，脱模，得到聚氨酯复合材料。
2.如权利要求1所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，凹槽Ⅰ(63)相互之间彼此平行，凹槽Ⅱ(64)相互之间彼此平行。
3.如权利要求2所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，所述凹槽Ⅰ(63)和凹槽Ⅱ(64)彼此交叉形成十字槽。
4.如权利要求1、2或3所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，所述凹槽的槽深为0.9-3mm。
5.如权利要求1、2或3所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，所述凹槽的槽宽度为0.9-3mm。
6.如权利要求2所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，所述凹槽Ⅰ(63)的槽间距为10-30mm，或凹槽Ⅱ(64)的槽间距为10-30mm。
7.如权利要求1、2或3所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，所述通孔(65)的直径不大于凹槽的槽宽。
8.如权利要求1、2或3所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，导流介质(4)向模具抽气及灌胶侧立边(11)的两侧延伸，导流介质(4)与芯材(6)搭接的长度为0-200mm。
9.如权利要求1、2或3所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，导流介质(4)向模具抽气及灌胶侧立边(11)的两侧延伸，导流介质(4)与半透膜套材(3)搭接的长度为10-30mm。
10.如权利要求1、2或3所述的除湿效果好的聚氨酯复合材料的制备方法，其特征是，聚氨酯树脂在正式灌注前，经过欧姆管的灌注。
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| CN115012544A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-09-06 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 一种高强耐磨耐穿刺的真空绝热复合板及生产方法 |
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| CN102990942A (zh) * | 2012-12-24 | 2013-03-27 | 烟台泰和新材料股份有限公司 | 一种对位芳纶复合材料制件的真空灌注成型方法 |
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