一种带有湿度显示功能的纤维织物增强材料、其制备方法及装置与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种带有湿度显色功能纤维织物增强材料、其制备方法及装置。


背景技术：

2.在胶液灌注中，部分灌注的胶液对水敏感，所以在灌注前需要对模具除湿。干燥除湿主要由对原材料的预先除湿和结构层(由纤维增强材料、夹芯材料等构成)铺设完成后在模具上进行真空加热除湿两部分构成。
3.对原材料的预先除湿主要包括将原材料在湿度较小的环境中存放和使用前对原材料烘干除湿，除湿过程需要快速、准确的判断除湿终点，和发现原材料是否存在局部水分污染。
4.纤维织物是风机叶片结构层的主要材料，对纤维织物原材料，业内通用的物含水率测试方式为参照iso 3344《reinforcement products
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determination of moisture content》(增强产品水分含量的测定)，该测试需要对纤维织物破坏性取样，在实验室中分别对脱水前和脱水后的纤维织物样品称重，计算获得样品的含水率。该测试方式受到取样位置、数量限制，无法表征批次内所有原材料的含水率，当发生水分对局部原材料的污染时，该测试方式无法表征；单次测试需要耗时2
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3h，无法直观、快速的分辩纤维织物的含水率及含水率变化。
5.对铺设完毕并密封真空的结构层，干燥脱水主要方式是在模具上抽真空并加热除湿。其原理是气压越低，水的沸点越低，通过抽真空使结构层中的水分在较低的温度下沸腾排出。由于除湿在密封真空下进行，无法使用传统方式取样检测结构层内的水分含量。主要是通过时间和经验判断结构层干燥到什么程度可进行灌注，并无客观指标或方法表征。
6.然而，对风力叶片等大型复合材料部件，其体积庞大，不同区域材料含水率存在差异，受原材料影响其差异往往无规律性，且真空灌注所用的真空袋膜本身的颜色会影响湿度/水分指示试纸/剂色差的判定。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了判断叶片灌注前对原材料的除湿是否完成，发现原材料是否被水污染，提出了一种带有湿度显示功能的纤维织物增强材料及制备方法。
8.为了达到上述目的，本发明提供了一种带有湿度显示功能的纤维织物增强材料的制备方法，该方法通过传送装置、浸润装置和烘干装置实现连续生产，所述浸润装置内设有湿度指示剂溶液；具体包含以下步骤：
9.步骤1：将原料纤维纱束通过传送装置传送至所述浸润装置，经所述的湿度指示剂溶液浸润；步骤2：将浸润后的纤维纱束通过传送装置传送至所述烘干装置烘干；步骤3：将烘干后的纤维纱束编织形成带有湿度显示功能的纤维织物增强材料。
10.较佳地，该方法通过传送装置将所述的原料纤维纱束传送至所述的浸润装置以及将浸润后的纤维纱束传送至所述的烘干装置，所述的传送装置包含进口传送轮和出口传送轮，所述进口传送轮用于传送纤维纱束进入浸润装置内部，所述出口传送轮用于传送浸润完全的玻纤纱束离开浸润装置。
11.较佳地，所述的传送装置还包含进口牵引轮和出口牵引轮，用于牵引纤维纱束匀速通过所述的湿度指示剂溶液。
12.较佳地，所述的传送装置还包含：设置在所述的浸润装置内壁两侧的进口导向柱和出口导向柱，用于约束纤维纱束的位置。
13.较佳地，所述的浸润装置还包含扰动装置，用于搅拌所述的湿度指示剂溶液，保证溶液均匀，防止溶液沉淀。
14.较佳地，所述的湿度指示剂溶液各组分的质量比为，聚乙烯醇∶甘油∶显色剂∶蒸馏水＝(5～10)∶(0.1～0.5)∶(3～10)∶100。
15.较佳地，所述显色剂选用氯化钴。
16.较佳地，步骤2中，烘干温度设为150～250℃，烘干时间设为15～60min。
17.较佳地，步骤3中，全部使用带有湿度显示功能的纤维纱束编织成所述增强材料；或，将带有湿度显示功能的纤维纱束和常规纤维纱束按照1∶(0.5～10)的数量比混合编织成所述带有湿度显示功能的纤维织物增强材料。
18.较佳地，所述的纤维织物增强材料为玻璃纤维织物增强材料。
19.本发明还公开了一种使用如上述方法制备的带有湿度显示功能的纤维织物增强材料，所述材料整体或局部颜色随湿度变化而变化，并可以通过颜色变化判定材料湿度和除湿完成情况。
20.本发明还公开了一种带有湿度显示功能的纤维织物增强材料的制备装置，包含传送装置、浸润装置和烘干装置：
21.所述浸润装置，用于将纤维纱束浸润在湿度指示剂溶液中，从而使纱束具备湿度显示功能；
22.所述烘干装置，用于将浸润后的纤维纱束在烘干装置中烘干；
23.所述传送装置，用于将纤维纱束连续通过浸润装置和烘干装置，从而实现对带有湿度显示功能的纱束的连续生产。
24.本发明的技术效果至少包含：
25.1、本发明的方法可以实现对所述纤维织物增强材料的连续制备，生产工艺简便，周期短。
26.2、本发明制备的纤维增强材料在存放、加工、除湿等过程中，便于直观、快速的判定纤维织物的含水率，判定除湿结束时机；而且，本发明提供的湿度指示剂反应可逆，制备的纤维增强材料可以多次用于判定纤维织物的含水率。
27.3、本发明制备的纤维增强材料还可以自由选择在结构层整体使用或仅在表层使用，可以量化指标判定除湿效果，简单有效可靠。
28.4、本发明制备的纤维增强材料还可用于聚氨酯灌注工艺中，可以直观判定聚氨酯叶片原材料预先除湿和结构层真空加热除湿的临界点，提高聚氨酯叶片除湿效率、降低除湿不足造成严重的质量问题。
附图说明
29.图1为本发明的带有湿度显示功能的纤维纱束生产装置示意图。
30.附图标记：1
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浸润装置，11
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进口传送轮，12
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进口导向柱，13
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进口牵引轮，14
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扰动装置，15
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出口牵引轮，16
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湿度指示剂溶液，17
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出口导向柱，18
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出口传送轮，19
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浸润箱盖，2
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烘干装置，3
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纤维纱束。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”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。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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；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。
34.如图1所示，本发明提供的一种带有湿度显示功能的纤维织物增强材料的制备方法，通过传送装置、浸润装置1和烘干装置2实现连续生产，所述浸润装置1内设有湿度指示剂溶液16，所述湿度指示剂溶液16的组分中包含显色剂，纤维织物在湿度指示剂溶液16中浸润后具备湿度显示功能。
35.所述传送装置包含进口传送轮11、进口导向柱12、进口牵引轮13、出口牵引轮15、出口导向柱17、出口传送轮18。在纤维织物生产过程中，纤维纱束3(原纱)经过浸润装置1，浸润在湿度指示剂溶液16中，通过烘干装置2烘干后获得带有湿度显示功能的纤维纱束3，并使用带有湿度显示功能的纤维纱束3编织成带有湿度显示功能的纤维织物增强材料，整套流程通过传送装置可以实现连续生产。
36.浸润箱盖19用于减少操作人员对于有毒物质的吸入，浸润箱盖19上安装有进口传送轮11、出口传送轮18。其中，进口传送轮11用于传送纤维纱束3进入浸润装置1内部，出口传送轮18用于传送浸润完全的纤维纱束3离开浸润装置1；浸润装置1的内壁上安装有进口导向柱12和出口导向柱17，用于约束纤维纱束3的位置，防止散开或打结；浸润装置1内部安装有进口牵引轮13和出口牵引轮15，用于牵引纤维纱束3匀速在湿度指示剂溶液16中经过，完成浸润；浸润装置1还安装有扰动装置14，用于搅拌湿度指示剂溶液16，保证溶液的均匀性，防止生产过程中引入的杂质造成沉淀。
37.一些实施例中，湿度指示剂溶液16由以下质量份的原料组成：聚乙烯醇5～10份、甘油0.1～0.5份、显色剂3～10份、蒸馏水100份。
38.其中显色剂优选氯化钴，制备的纤维织物增强材料在潮湿的空气中呈粉红色，随着除湿的进行，纤维织物颜色从粉红色变为天蓝色，随着材料中水分含量的变化，该颜色变化可逆。
39.一些实施例中，纤维织物可以全部使用带有湿度显示功能的纤维纱束编制，也可以使用带有湿度显示功能的纤维纱束和常规纤维纱束混合编织，数量比1∶(0.5～10)。
40.然后使用带有显色功能的纤维纱束单独或混合编织成不同规格、克重带有湿度显示功能的纤维增强材料。
41.所述带有湿度显示功能的纤维增强材料可铺设在叶片模具结构层，通过纤维增强材料的颜色变化，判断是否可进行灌注。
42.以下结合具体实施例加以说明。
43.实施例1
44.本实施例为带有湿度显示功能玻璃纤维双轴向织物增强材料的制备方法，包括以下步骤：
45.步骤1：玻璃纤维纱束3(原纱)以10m/min的速度到达浸润装置1的进口传送轮11，浸润装置1左侧内壁上安装有进口导向柱12，可约束进入的玻璃纤维纱束3方向，并防止玻璃纤维纱束3散开或打结，浸润装置1内部安装有进口牵引轮13和出口牵引轮15，用于牵引玻璃纤维纱束3匀速在湿度指示剂溶液16中经过。随后玻璃纤维纱束3到达浸润装置1右侧内壁上的出口导向柱17，并在出口导向柱17约束下到达出口传送轮18。
46.浸润装置1底部安装有扰动装置14，用于搅拌湿度指示剂溶液16，保证溶液的均匀性，防止溶液沉淀造成浸润完成的玻璃纤维纱束3颜色不均。
47.本例中，湿度指示剂溶液16为：聚乙烯醇7％，甘油0.3％，氯化钴5％，蒸馏水87.7％，其比例为质量比。
48.步骤2：浸润完成的玻璃纤维纱束3到达烘干装置2，在200℃下烘干30min，得到带有湿度显示功能的玻璃纤维纱束3。获得的玻璃纤维纱束3在潮湿的空气中呈粉红色，随着除湿的进行，纤维织物颜色从粉红色变为天蓝色，随着材料中水分含量的变化，该颜色变化可逆。
49.步骤3：使用带有湿度显示功能的玻璃纤维纱束，编织成带有湿度显示功能的玻璃纤维织物增强材料。制作的带有湿度显示功能的玻璃纤维织物增强材料为双轴向玻璃纤维织物，其克重为800g/m2。
50.上述获得的玻璃纤维织物增强材料，其湿度显示区域在潮湿空气下呈深粉红色，随着原材料预先除湿的进行，其粉红色逐渐变淡，直至开始出现浅蓝色，代表材料预先除湿完成。
51.步骤4：将预先除湿完成的玻璃纤维织物增强材料铺设到风机叶片结构层中，在所有结构层材料和聚氨酯树脂灌注材料铺设完毕后，铺设真空系统进行真空加热除湿，随着除湿进行，玻璃纤维织物的颜色逐渐变成深蓝色。本例中，玻璃纤维织物在结构层整体使用。
52.步骤5：步骤4中的玻璃纤维织物在颜色变成深蓝色后，肉眼无法继续判定其颜色变化，可使用分光光度计继续监测玻璃纤维织物增强材料颜色变化，量化判定除湿效果；至所有区域30min内分光光度计lab
‑
b数值变化小于0.3，代表除湿完成。
53.实施例2
54.本实施例为局部带有湿度显示功能玻璃纤维单轴向织物增强材料的制备方法，其中步骤3为：使用带有湿度显示功能的玻璃纤维纱束，与常规玻璃纤维纱束按照1∶4的比例，
编织成带有湿度显示功能的玻璃纤维织物增强材料。
55.上述制作的带有湿度显示功能的玻璃纤维织物增强材料为单轴向玻璃纤维织物，其克重为1200g/m2。
56.其他步骤与实施例1相同。
57.上述制作的单轴向纤维织物带有湿度显示的玻璃纤维纱束仅分布在织物两侧，玻璃纤维织物增强材料两侧分别有10％的宽度带有湿度显示功能。
58.实施例3
59.本实施例为局部带有湿度显示功能玻璃纤维三轴向织物增强材料的制备方法，其中步骤3为：使用带有湿度显示功能的玻璃纤维纱束，与常规玻璃纤维纱束按照1∶1的比例，编织成带有湿度显示功能的玻璃纤维织物增强材料。
60.上述制作的带有湿度显示功能的玻璃纤维织物增强材料为三轴向玻璃纤维织物，其克重为1215g/m2。
61.其他步骤与实施例1相同。
62.上述三轴向织物上表面
±
45
°
部分使用带有湿度显示功能的玻璃纤维纱束，下表面0
°
部分使用常规玻璃纤维纱束，玻璃纤维织物增强材料仅在上表面使用，上表面具有湿度显示功能。
63.综上所述，本发明公开了一种带有湿度显示功能的纤维织物增强材料及制备方法，可以实现纤维织物增强材料的连续生产，制备的纤维织物增强材料整体或局部颜色可以随湿度变化而变化，从而直观、快速的分辩纤维织物的含水率。用于聚氨酯灌注工艺中，方便判定聚氨酯叶片原材料预先除湿和结构层真空加热除湿的临界点，提高聚氨酯叶片除湿效率、降低除湿不足造成严重的质量问题。
64.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。