[发明专利]一种复合风力发电机叶片材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种复合风力发电机叶片材料的制备方法，属于材料制备技术领域。本发明利用碳纤维长丝和玻璃纤维长丝的单丝近似于平行状态，纤维之间接触面积较大，有机纤维以螺旋式外包在纤维长丝上，对纤维长丝产生束缚从而增加纤维之间的摩擦，当纱线受到拉伸载荷时，有机纤维对纤维长丝产生径向压力使包缠纱强力大于单丝，再通过碳纤维包缠纱与玻璃纤维包缠纱纺织成纤维网骨架，并用聚氨酯硬泡填充固化，因为纤维在基体树脂中存在方式不仅是连续的，而且还以大致平行的方式排列，纤维在其长度方向上能充分发挥纤维的高强高模特性，因此能够保证风力发电机叶片的整体机械性能，且采用注塑、模压等工艺制造，使得生产环境无毒无害，也可循环使用。

技术领域

本发明涉及一种复合风力发电机叶片材料的制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

叶片是一个大型的复合材料结构，其重量的90%以上由复合材料组成，每台发电机一般有三支叶片，2MW的发电机组所需的复合材料达六吨之多。叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。从结构上讲，叶片可大致分为四个部分：蒙皮；腹板；主梁；叶根。

复合材料风机叶片作为风电系统的关键部件，直接影响到整个风电系统的性能、可靠性以及销售成本，因此它的设计和制造水平十分重要，是整个风电系统中的关键技术。传统复合材料风力发电机叶片一般采用手糊工艺制造。但是手糊成型工艺在风机叶片的生产过程中存在很多缺点，例如产品质量对工人操作的熟练程度以及对周围的环境条件依赖性较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高等。而且随着风力机叶片外形越来越大，传统的手糊成型工艺已很难实施。真空灌注成型工艺的出现很好地解决了这些难题，在风机叶片的制造中得以应用。风力机叶片成功成型的关键就是要熟悉该工艺的特点及其影响因素，然后根据不同的风机叶片的特点，合理应用真空灌注成型工艺，以获得低成本高质量的风机叶片。

复合材料在风力发电上的应用，实际上主要是在风力发电转子叶片上的应用。风力发电转子叶片占风力发电整个装置成本的15～20%，制造叶片的材料工艺对其成本有决定性的影响。因此材料的选择、制备工艺的优化对风电叶片十分重要。近些年来，迫于整机厂的成本压力，发电转子叶片生产商的出售价格下降了30%。同时，由于劳动力市场的成本也逐年递增，发电转子叶片生产商要想控制生产成本只有从改进工艺着手。所以，找到一个更经济有效的生产工艺对于发电转子叶片生产商的持续经营将起着至关重要的作用。特别是对固化工艺的改进，可以在不增加成本的前提下节省生产时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对长度较长的叶片在成型时尺寸过大导致的叶片机械性能下降，且难以实现连续化生产的问题，提供了一种复合风力发电机叶片材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将有机纤维与碳纤维长丝装入花式捻线机中，在退绕张力的影响下，有机纤维和碳纤维长丝向下运动，空心锭子旋转一圈，有机纤维绕碳纤维长丝包缠一圈，得碳纤维包缠纱；

（2）将有机纤维与玻璃纤维长丝装入花式捻线机中，在退绕张力的影响下，有机纤维和玻璃纤维长丝向下运动，空心锭子旋转一圈，有机纤维绕玻璃纤维长丝包缠一圈，得玻璃纤维包缠纱；

（3）取碳纤维包缠纱与玻璃纤维包缠纱，通过多层平铺混合进行铺层，铺层完毕后装入织机中加工成型，得纤维网骨架；

（4）取聚氨酯硬泡、聚酰胺固化剂、环氧树脂E-51，高速搅拌5～10s后注入装有纤维网骨架的模具中进行合模，在15～20MPa下发泡后拆卸模具，得复合风力发电机叶片材料。

所述有机纤维为尼龙纤维、聚酯纤维、聚苯硫醚纤维或芳纶纤维中的任意一种。

步骤（1）所述碳纤维包缠纱捻度为250～300捻/m。

步骤（2）所述玻璃纤维包缠纱捻度为200～250捻/m。