一种挤缠成型的纤维增强泡沫芯材及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于纤维增强泡沫芯材技术领域，更具体地说，本发明涉及一种挤缠成型的纤维增强泡沫芯材及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境污染的日趋严重，绿色能源逐渐成为世界各国追逐的能源发展的主题。2022年，中国风电行业运行平稳，截至12月底，全国风电装机容量36544万千瓦，同比增长11.2％。全球能源均在向绿色低碳转型，绿色能源已经成为了未来的一个主要战场。风电叶片作为风力发电系统的关键部件，直接影响整个系统的性能，其主要组成成分为不饱和树脂或环氧树脂等基体树脂与增强玻璃纤维、碳纤维、Balsa木、PVC泡沫材料等增强材料复合而成的复合材料体。

随着叶片的大型化发展趋势，Balsa木的需求量也越来越大，但Balsa木固有的吸湿特性容易导致界面的泛白、鼓包甚至分离。因此为了减少对天然材料的依赖，同时避免大叶片腹板蒙皮分离导致的皱曲，降低叶片失效风险，针对海上叶片降低潜在风险，提高安全余量，寻找Balsa木的替代材料一直是芯材发展的努力方向。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种挤缠成型的纤维增强泡沫芯材，其特征在于，所述纤维增强泡沫芯材中心为泡沫，外层为纤维，其中泡沫为拉挤成型，纤维以顺时针和逆时针交替缠绕于泡沫四周。

优选的是，所述泡沫包括聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)或聚氯乙烯(PVC)。

优选的是，所述纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维或芳纶纤维。

优选的是，所述纤维为单个纤维、粗纱和/或纤维织物带。

优选的是，如上所述的一种挤缠成型的纤维增强泡沫芯材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将纤维固定于第一缠绕装置和第二缠绕装置上，将泡沫导入成型模具；

S2、从成型模具中拉挤出泡沫，第一缠绕装置以逆时针转动，第二缠绕装置以顺时针转动，将纤维交替缠绕于拉挤成型的泡沫四周，得到挤缠成型的纤维增强泡沫芯材。

一种如上所述的挤缠成型的纤维增强泡沫芯材的应用，其特征在于，将所述挤缠成型的纤维增强泡沫芯材制成一种可覆形各种曲面的轮廓板。

优选的是，所述可覆形各种曲面的轮廓板的具体制备方法如下：将挤缠成型的纤维增强泡沫芯材用树脂预浸渍后堆砌成所需形状进行固化成型，或先堆砌成所需形状，再真空导入树脂进行浸渍固化成型；然后将成型后的产品沿着拉挤方向进行横断切割，形成泡沫和纤维间隔交替的产品，在其上开槽打孔，得到可覆形各种曲面的轮廓板。

优选的是，所述树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种。

如上所述的一种挤缠成型的纤维增强泡沫芯材的应用，其特征在于，所述可覆形各种曲面的轮廓板用于制造风电叶片。

本发明至少包括以下有益效果：本发明采用拉挤和缠绕相结合的方式，实现了纤维增强泡沫芯材的连续化生产以及泡沫的单根增强，在提高芯材性能的同时，增强了界面性能，满足了低成本的真空导入树脂工艺；本发明采用不同的泡沫截面形状实现了最终产品形状的可设计性；本发明的纤维增强泡沫芯材可制备成可覆形各种曲面的轮廓板用于制造风电叶片，可替代天然的Balsa木，解决材料的供给量受限因素。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一种制备挤缠成型的纤维增强泡沫芯材的装置；

图2为实施例2中将挤缠成型的纤维增强泡沫芯材用环氧树脂预浸渍后堆砌成所需形状进行固化成型的示意图；

图3为实施例3中将成型后的产品沿着拉挤方向进行横断切割形成泡沫和纤维间隔交替的产品示意图；

图4为实施例3制备的可覆形各种曲面的轮廓板；

其中：1-成型模具；2-拉挤成型的泡沫；3-第一缠绕装置；4-第二缠绕装置；5-第一纤维固定杆；6-第二纤维固定杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语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，并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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1示出了本发明的一种制备挤缠成型的纤维增强泡沫芯材的装置，包括成型模具1、拉挤成型的泡沫2、第一缠绕装置3、第二缠绕装置4、第一纤维固定杆5和第二纤维固定杆6，其中，拉挤成型的泡沫2从成型模具1中拉挤出来；第一缠绕装置3和第二缠绕装置4均为可转动圆环，环绕于拉挤成型的泡沫2；第一纤维固定杆5位于第一缠绕装置3上，第二纤维固定杆6位于第二缠绕装置4上。

实施例1

一种基于上述装置的挤缠成型的纤维增强泡沫芯材的制备方法，包括如下步骤：

S1、将玻璃纤维粗纱固定于第一缠绕装置3和第二缠绕装置4上，一端从其上的纤维固定杆牵出，将PVC泡沫导入成型模具1；

S2、从成型模具1中拉挤出泡沫，第一缠绕装置3以逆时针转动，第二缠绕装置4以顺时针转动，将玻璃纤维粗纱交替缠绕于拉挤成型的泡沫2四周，得到挤缠成型的纤维增强泡沫芯材；

实施例2

一种基于上述装置的挤缠成型的纤维增强泡沫芯材的制备方法和应用，包括如下步骤：

S1、将玻璃纤维粗纱固定于第一缠绕装置3和第二缠绕装置4上，一端从其上的纤维固定杆牵出，将PVC泡沫导入成型模具1；

S2、从成型模具1中拉挤出泡沫，第一缠绕装置3以逆时针转动，第二缠绕装置4以顺时针转动，将玻璃纤维粗纱交替缠绕于拉挤成型的泡沫2四周，得到挤缠成型的纤维增强泡沫芯材；

S3、将挤缠成型的纤维增强泡沫芯材用环氧树脂预浸渍后堆砌成所需形状进行固化成型，如图2所示；然后将成型后的产品沿着拉挤方向进行横断切割，形成泡沫和纤维间隔交替的产品，在其上开槽打孔，得到可覆形各种曲面的轮廓板。

实施例3

更换为六边形的成型模具，其余步骤与实施例2相同，其中将成型后的产品沿着拉挤方向进行横断切割形成泡沫和纤维间隔交替的产品如图3所示，得到的可覆形各种曲面的轮廓板如图4所示。

对实施例2制备的可覆形各种曲面的轮廓板进行性能测试，以PVC80泡沫板为对比，结果如表1所示，可以看出，本发明的挤缠成型的纤维增强泡沫芯材制备的可覆形各种曲面的轮廓板与PVC80泡沫板相比，抗剪切强度与面外压缩性能明显提升。

表1

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。