一种风电叶片大梁板用复合材料及其制备方法与流程

本发明属于风电设备材料领域，具体涉及一种风电叶片大梁板用复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、风力发电机组是由塔架、叶片、传动系统、发电机、储电设备及电气系统等组成的发电装置。要获得较大的风力发电功率，关键技术是要有旋转动能小、能轻快启动旋转和停止的叶片，所以说风力发电叶片是风力发电机组的核心技术之一。要使得单机获得更大风能以发出更多的电，要求风力发电叶片更长更大，而尺寸增大，会导致离心力、自重的增加，因此，需要叶片具有合理的结构，以达到模量高、机械强度高、力学性能好的要求。除此而外还需要考虑抗疲劳、耐高温、制造成本低、容易制造和使用等因素。这对材料的选择和工艺要求极为苛刻。

2、目前的风力发电叶片尺寸一般在五十到七十米之间，使用的大梁板多采用玻璃纤维纱和玻璃纤维布手工铺设并真空导入环氧树脂胶固化成型。如果再增加叶片长度，该工艺则无法实现。为此，国外厂家使用碳纤维做增强材料，但碳纤维成本是玻璃纤维成本的十倍，而生产一片叶片需要用到数千米大梁板材料，生产成本过高。国内通过使用高模量玻璃纤维拉挤工艺生产大梁板，能对上述情况进行部分改善，但要生产一百米以上的长叶片，相比于碳纤维拉挤大梁板，玻璃纤维拉挤大梁板质量过大，而拉伸模量过低，因此，单纯的玻璃纤维拉挤工艺生产大梁板则完全不能满足需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种风电叶片大梁板用复合材料及其制备方法，利用该复合材料生产的大梁板强度和模量高、耐疲劳、耐腐蚀，绝缘性优异，环保轻质，能够克服生产大尺寸长叶片时，采用的碳纤维拉挤大梁板成本高、常规玻璃纤维拉挤工艺生产的大梁板模量和强度低而无法满足需求的问题。

2、本发明采取的技术方案是：

3、一种风电叶片大梁板用复合材料，包括第一层轴向混纺粗纱，在第一层轴向混纺粗纱外围由内向外依次设有第一层缠绕纱、第一层编织纱；在第一层编织纱外侧，由内向外依次设有第二层轴向混纺粗纱、第二层缠绕纱、第二层编织纱；从最内侧的第一层轴向混纺粗纱到最外侧的第二层编织纱，相邻两层之间采用改性环氧树脂进行胶粘；所述第一层轴向混纺粗纱和第二层轴向混纺粗纱均采用型号为9600tex、由玻璃纤维与玄武岩纤维按照1:1组成的长纤维纱制成；第一层轴向混纺粗纱设置2～5层，总厚度为8-10mm，第二层轴向混纺粗纱总厚度为2-3mm；所述复合材料包含有以下重量份数的组分：玻璃纤维与玄武岩纤维混纺粗纱83-86，环氧树脂改性胶17-14；环氧树脂改性胶由96.4％-96.8％的环氧树脂、3％的脱模剂、0.1％-0.3％的浸润剂(提高纤维与树脂的粘接度和浸润效果)、0.1％-0.3％的消泡剂组成。

4、进一步的，第一层缠绕纱和第二层缠绕纱均采用型号为4800tex、由玻璃纤维与玄武岩纤维按照1:1组成的混纺粗纱缠绕而成，该混纺粗纱缠绕角度与第一层轴向混纺粗纱的延长方向呈80-90度角度，第一层缠绕纱和第二层缠绕纱的总厚度均为2-2.5mm。

5、进一步的，第一层编织纱和第二层编织纱均采用型号为2400tex或1200tex、由玻璃纤维与玄武岩纤维按照1:1的混合粗纱编织而成，总厚度均为1mm-1.5mm；编织时，第一层编织纱和第二层编织纱均与第一层轴向混纺粗纱的延长方向呈55-85度角度。

6、进一步的，所述复合材料包含有以下重量份数的组分：玻璃纤维与玄武岩纤维混纺粗纱65-70，复合缝边毡5-10，环氧树脂20-30。

7、一种风电叶片大梁板用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤一：生产前，按照制品截面尺寸，算好需要的各类型玻璃纤维与玄武岩纤维原料用量，包括轴向直纱、缠绕用纱、编织用纱、纤维布或纤维毡；同时准备好制备装置；

9、步骤二：按照步骤一算好的比例，将第一层轴向混纺粗纱、第一层缠绕纱、第一层编织纱依次按顺序放置到制备装置的第一纱架上；将第二层轴向混纺粗纱、第二层缠绕纱、第二层编织纱依次按顺序放置到第二纱架上；

10、步骤三：将第一层轴向混纺粗纱通过第一导纱架、第一烘箱，再有序排列进入第一浸胶槽浸胶，浸完胶的第一层轴向混纺粗纱依次通过第一编织缠绕机、第二编织缠绕机、预成型工装、模具，再穿出模具连接至牵引机；

11、将第一层缠绕纱和第一层编织纱分别直接穿入第一编织缠绕机的缠绕工位和编织工位；

12、步骤四：将第二层轴向混纺粗纱通过第二导纱架、第二烘箱，有序排列进入第二浸胶槽浸胶，浸完胶的第二层轴向混纺粗纱依次通过第二编织缠绕机、预成型工装、模具，再穿出模具连接至牵引机；

13、将第二层缠绕纱、第二层编织纱分别直接穿入第二编织缠绕机的缠绕工位和编织工位；

14、步骤五：牵引机拉动第一层轴向混纺粗纱和第二层轴向混纺粗纱运动，将第一层缠绕纱的纱头依次加进第一层轴向混纺粗纱，将第二层缠绕纱的纱头依次加进第二层轴向混纺粗纱；将第一层编织纱、第二层编织纱分别收成一束，再分别加进第一层轴向混纺粗纱和第二层轴向混纺粗纱中，依次开启第二编织缠绕机、第一编织缠绕机，同时打开淋胶机进行淋胶；

15、步骤六：淋过胶后的所有纤维(包括所有的混纺粗纱和缠绕纱、编织纱)进入预成型工装、模具，在预成型工装入口处的上下同时加入一层脱模布，并与纤维一同进入预成型工装。

16、为了大梁板表面具有一定的粗糙度，生产时上下需加一层脱模布，现场使用时将脱模布撕掉，表面就形成一层规矩平整的粗糙面，与叶片的整体粘接良好。

17、进一步的，步骤三和步骤四中经过浸胶的纤维进入预成型工装，预成型工装把所有纤维总体上分为四层，相邻两层之间的间隙中加入复合缝边毡，使得纤维形成纵横交错穿插的网状结构(能提高大梁板的耐疲劳性)；

18、通过预成型工装的所有纤维和复合缝边毡，进入一个形状尺寸与大梁板一样的收纱套，进而形成最终产品，最后通过切割机进行切割。

19、通过收纱套可以把纤维和复合缝边毡挤压在一起，把多余的胶挤压掉，并排除里面的气体，提高大梁板的绝缘性能。

20、本发明的有益效果：

21、本发明通过收纱套可以把纤维和复合缝边毡挤压在一起，把多余的胶挤压掉，并排除里面的气体，提高大梁板的绝缘性能；在编织层以及玻璃纤维与玄武岩纤维布或毡层加入进行淋胶，保证胶能够浸透；采用玻璃纤维与玄武岩纤维混纺粗纱，比单纯使用玻璃纤维粗砂制品有更高力学性能。利用本发明工艺和材料生产的大梁板，具有强度高、模量高、耐疲劳性好、耐腐蚀性强、绝缘性优异、环保轻质的优点。

技术特征：

1.一种风电叶片大梁板用复合材料，其特征在于，包括第一层轴向混纺粗纱(18)，在第一层轴向混纺粗纱(18)外围由内向外依次设有第一层缠绕纱(19)、第一层编织纱(20)；在第一层编织纱(20)外侧，由内向外依次设有第二层轴向混纺粗纱(21)、第二层缠绕纱(22)、第二层编织纱(23)；从最内侧的第一层轴向混纺粗纱(18)到最外侧的第二层编织纱(23)，相邻两层之间采用改性环氧树脂进行胶粘；所述第一层轴向混纺粗纱(18)和第二层轴向混纺粗纱(21)均采用型号为9600tex、由玻璃纤维与玄武岩纤维按照1:1组成的长纤维纱制成；第一层轴向混纺粗纱(18)设置2～5层，总厚度为8-10mm，第二层轴向混纺粗纱(21)总厚度为2-3mm；所述复合材料包含有以下重量份数的组分：玻璃纤维与玄武岩纤维混纺粗纱83-86，环氧树脂改性胶17-14；环氧树脂改性胶由96.4％-96.8％的环氧树脂、3％的脱模剂、0.1％-0.3％的浸润剂、0.1％-0.3％的消泡剂组成。

2.如权利要求1所述的一种风电叶片大梁板用复合材料，其特征在于，第一层缠绕纱(19)和第二层缠绕纱(22)均采用型号为4800tex、由玻璃纤维与玄武岩纤维按照1:1组成的混纺粗纱缠绕而成，该混纺粗纱缠绕角度与第一层轴向混纺粗纱(18)的延长方向呈80-90度角度，第一层缠绕纱(19)和第二层缠绕纱(22)的总厚度均为2-2.5mm。

3.如权利要求1所述的一种风电叶片大梁板用复合材料，其特征在于，第一层编织纱(20)和第二层编织纱(23)均采用型号为2400tex或1200tex、由玻璃纤维与玄武岩纤维按照1:1的混合粗纱编织而成，总厚度均为1mm-1.5mm；编织时，第一层编织纱(20)和第二层编织纱(23)均与第一层轴向混纺粗纱(18)的延长方向呈55-85度角度。

4.如权利要求1～4所述的任一一种风电叶片大梁板用复合材料，其特征在于，所述复合材料包含有以下重量份数的组分：玻璃纤维与玄武岩纤维混纺粗纱65-70，复合缝边毡5-10，环氧树脂20-30。

5.一种风电叶片大梁板用复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤三和步骤四中经过浸胶的纤维进入预成型工装(14)，预成型工装(14)把所有纤维总体上分为四层，相邻两层之间的间隙中加入复合缝边毡，使得纤维形成纵横交错穿插的网状结构；

技术总结
本发明公开了一种风电叶片大梁板用复合材料及其制备方法，复合材料包括第一层轴向混纺粗纱，在其外围由内向外依次设有第一层缠绕纱、第一层编织纱；在第一层编织纱外侧，依次设有第二层轴向混纺粗纱、第二层缠绕纱、第二层编织纱；相邻两层之间采用改性环氧树脂进行胶粘；第一、二层轴向混纺粗纱采用型号为9600TEX、由玻璃纤维与玄武岩纤维按照1:1组成的长纤维纱制成；第一层轴向混纺粗纱2～5层，总厚度为8‑10mm，第二层厚度为2‑3mm；复合材料包含玻璃纤维与玄武岩纤维混纺粗纱83‑86份，环氧树脂改性胶17‑14份。本发明利用该复合材料生产的大梁板强度和模量高、耐疲劳、耐腐蚀，绝缘性优异，环保轻质。

技术研发人员：吴亚民,张海潮,魏新利
受保护的技术使用者：西安永兴科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12