[发明专利]一种提高风电叶片阻尼性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料成型技术领域，尤其属于非金属复合材料成型技术领域，主要涉及一种提高风电叶片阻尼性能的方法。

背景技术

风电叶片一般由玻璃钢复合材料制成，在低温环境时由于复合材料结构阻尼下降，容易造成叶片瞬间抖动现象，而影响机组使用寿命。国内外为了解决此问题，有些采用在叶片内部的径向和弦向处外加约束阻尼层的方法，如专利CN 2737980Y中，将阻尼材料与叶片通过胶粘剂粘接成一体，形成结构阻尼器，增加叶片的变形约束，吸收振动能量，以达到减少或消除叶片振动的目的。此方法虽在一定程度上解决了叶片瞬间抖动的问题，但其结构阻尼器通过胶粘剂粘接至叶片表面，有脱落风险，粘接质量的好坏会直接影响结构阻尼器性能的发挥。

为解决上述阻尼器粘接不稳的问题，可采用两种方法，一种是在复合材料成型过程中，直接将阻尼材料作为特定的铺层嵌入到复合材料结构当中，参与复合材料的固化过程；另一种是直接采用经过改性后各方面性能良好的树脂基体作为复合材料的原料。但是，前者方法虽能大幅度提高复合材料的阻尼性能，其是以牺牲复合材料强度为代价的，后者方法的缺点则是改性后的树脂粘度难以控制，无法将其用于真空辅助成型。

发明内容

本发明提出的目的就在于提出一种提高风电叶片阻尼性能的方法，即通过一种表面涂敷改性树脂的特殊夹芯结构，与风电叶片复合材料进行共固化，在不降低风电叶片力学强度的同时增加风电叶片的阻尼性能，以延长风电叶片的使用寿命。

本发明结合上述两种方法的优点，将性能良好的改性树脂均匀涂敷在夹芯材料表面，其固化后与夹芯材料一起形成一种特殊夹芯结构，将这种特殊夹芯结构嵌入叶片复合材料结构当中，参与复合材料的固化过程。

本发明根据材料性能的实际要求，用合适的材料如刚度、弹性模量均较好的纳米材料等，对风电叶片所选用的树脂基体进行改性，使树脂的阻尼性能提高的同时不降低力学强度，再将该树脂加入固化剂均匀涂敷在夹芯材料，如PVC泡沫、巴杉木等表面，厚度按照复合材料实际性能要求进行控制，其固化后与夹芯材料形成一种特殊夹芯结构，然后将这种特殊夹芯结构嵌入叶片复合材料结构当中，两者进行共固化成型。所获得叶片的结构组成为：风电叶片复合材料层/特殊夹芯结构/风电叶片复合材料层。

风电叶片的复合材料层：

风电叶片的基体树脂一般使用固化后力学性能较好的树脂，如环氧树脂，乙烯基酯树脂，不饱和聚酯树脂；叶片的增强纤维一般要求具有高强度、高模量并兼顾一定的成本，一般为玻璃纤维和少量的碳纤维。

改性树脂：

此树脂基体选用与实际风电叶片所用的树脂一致，改性后的树脂基体要求阻尼性能增强的同时不降低力学性能，可选用强度高、弹性模量好的材料如碳纳米管等对其进行改性，也可对树脂链段进行设计，优化引进柔性链段与刚性链段，使树脂的粘弹性与刚性协调达到最优点。

特殊夹芯结构：

普通夹芯材料一般使用质量轻、强度高的材料，如PVC泡沫、巴杉木等，而特殊夹芯结构是在普通夹芯材料的表面均匀涂敷一层加入固化剂的性能优异的改性树脂，厚度按照复合材料实际性能要求进行控制。

本发明方法简单，可设计性强。通过改性风电叶片的树脂基体并与夹芯材料形成特殊夹芯结构，参与叶片复合材料共固化，以增强叶片的阻尼性能，并且不牺牲力学强度，该方法减少或消除叶片的振动问题，满足工程应用需要。与传统的方法相比，具有以下三点优势：

①采用共固化的方法，增强复合材料的阻尼性能，解决外粘接结构阻尼器容易脱落的问题；

②通过设计对复合材料树脂基体进行改性，保证复合材料阻尼性能增强的同时，力学性能不会下降；

③通过改性树脂涂敷在夹芯材料上形成特殊夹芯结构，再与风电叶片复合材料进行共固化以增强复合材料的阻尼性能，克服了改性后树脂粘度不易控制而无法直接用作真空辅助成型原材料的缺点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的示意图。

图中，1、改性树脂，2、夹芯材料，3、特殊夹芯体，4、叶片上复合材料层，5、叶片上复合材料层。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明加以具体说明，但不构成对本发明的任何限制：

如附图所示，将性能良好的改性树脂1均匀涂敷在夹芯材料2的表面，其固化后与夹芯材料一起形成一种特殊夹芯结构3，将这种特殊夹芯结构嵌入叶片复合材料结构当中，参与复合材料的固化过程。

本发明根据材料性能的实际要求，用合适的材料如刚度、弹性模量均较好的纳米材料等，对风电叶片所选用的树脂基体进行改性，使树脂的阻尼性能提高的同时不降低力学强度，再将该树脂加入固化剂均匀涂敷在夹芯材料2表面，所述夹芯材料2可为PVC泡沫、巴杉木等，厚度按照复合材料实际性能要求进行控制，其固化后与夹芯材料2形成一种特殊夹芯结构3，然后将这种特殊夹芯结构嵌入叶片复合材料结构当中，两者进行共固化成型。所获得叶片的结构组成为：风电叶片上4复合材料层/特殊夹芯结构3/风电叶片下复合材料层5。风电叶片的复合材料层：风电叶片的基体树脂一般使用固化后力学性能较好的树脂，如环氧树脂，乙烯基酯树脂，不饱和聚酯树脂；叶片的增强纤维一般要求具有高强度、高模量并兼顾一定的成本，一般为玻璃纤维和少量的碳纤维。改性树脂：此树脂基体选用与实际风电叶片所用的树脂一致，改性后的树脂基体要求阻尼性能增强的同时不降低力学性能，可选用强度高、弹性模量好的材料如碳纳米管等对其进行改性，也可对树脂链段进行设计，优化引进柔性链段与刚性链段，使树脂的粘弹性与刚性协调达到最优点。特殊夹芯结构：普通夹芯材料一般使用质量轻、强度高的材料，如PVC泡沫、巴杉木等，而特殊夹芯结构是在普通夹芯材料的表面均匀涂敷一层加入固化剂的性能优异的改性树脂，厚度按照复合材料实际性能要求进行控制。