[发明专利]一种风电叶片导电梁帽制备方法

说明书

本发明公开了一种风电叶片导电梁帽制备方法，包括以下步骤：1)将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；2)将导电拉挤树脂注入拉挤设备中，在拉挤作用下使用增强纤维浸渍导电拉挤树脂后，对导电拉挤树脂进行固化冷却成型，得到导电拉挤板；3)将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺灌注导电灌注树脂，再进行固化成型，得到风电叶片导电梁帽；本发明提出的导电树脂涉及叶片梁帽拉挤树脂及灌注树脂，通过在传统树脂中添加预设比例的导电填料，将绝缘树脂转化为导电树脂，实现导电通路降低叶片雷击损伤的风险，同时增加了拉挤板及梁帽的强度及模量，使叶片梁帽能够承受更大的极限载荷。

技术领域

本发明涉及风电叶片及导电树脂材料制造领域，尤其是指一种风电叶片导电梁帽制备方法。

背景技术

风机叶片大梁作为叶片部件的主要承载结构，承受着来自外界风力80％以上的载荷，在叶片抵抗外力不受破坏、保证叶片安全运转等方面发挥着重要作用，一般工字型大梁由上下梁帽和中间的腹板构成。早期叶片梁帽制备工艺主要采用真空灌注成型，该工艺下梁帽强度及刚度较低，近年来，随着风机单机功率不断增大，叶片长度也不断增加，对叶片梁帽机械性能及重量也提出了更高的要求，为此，性价比高的拉挤板成型工艺应运而生。拉挤成型是一种连续生产固定截面纤维增强复合材料的成型方法，相对织物灌注工艺制备的梁帽，拉挤成型的玻纤拉挤板模量可提升25％以上，在同样结构刚度设计下可实现叶片减重5％以上，有利于大叶片的设计优化，同时采用拉挤板材可以在壳体模具上进行直接铺层，无需进行预制，可大大提高叶片壳体生产效率，并无需梁帽模具的投入，减少梁帽的辅材用量。拉挤板材新型材料的应用可以使叶片做得更长，进一步提高风力发电机组的发电效率。

目前海上大型叶片的梁帽主要采用碳纤维拉挤板或碳玻混杂拉挤板，以满足大型叶片的较高强度及模量的要求。由于梁帽使用的碳纤维也属于导电物质，但是导电性能却不是很好，接近于半导体材料，因此当叶片遭受到雷击时，电流经过梁帽时，在较大电阻的影响下很容易产生局部过高热量而对梁帽机械和疲劳性能造成损伤，严重情况下还可能发生电流击穿梁帽的严重后果。

在大型叶片的防雷设计中，叶片防雷结构示意图如图1所示，普遍采用了防雷金属网的方式，并将防雷金属网01与梁帽03在部分点位通过连接导体02连接起来，以形成等电位，当叶片遭受雷击时，一部分电流通过防雷金属网进行导通，另外一部分电流通过梁帽将电流从叶尖接闪器04向叶根方向05传递，同时通过连接点位传递至防雷金属网01，以实现电流导通。防雷金属网01的应用，可大大减少电流对于梁帽03的损伤。

然而，碳纤维电阻较高，体积电阻率约10^-3Ω·cm，雷击的部分电流在穿过梁帽结构时，产生较高的电阻热，并对梁帽力学强度及疲劳性能造成不可逆的损伤，在电流过大时甚至会直接出现梁帽被雷电击穿的后果。目前海上大型叶片梁帽采用碳纤维拉挤板材或碳玻混杂拉挤板材，由于玻纤不导电，碳纤维导电性能差，因此叶片梁帽整体会导电，也就是会发生雷电引流的作用，但是较高的电阻使得叶片主梁帽无法有效传导电流，即使有防雷金属网的防护，也在一定程度上增加了叶片梁帽在雷电天气下遭受雷击的风险。这就希望叶片梁帽具有较好的导电性能，甚至达到金属网的相同电阻，使得梁帽与防雷金属网保持接近的电位电势，当雷击大电流来临时，可顺利将电流进行传导，且不会因为电阻过大产生较多热量，从而避免了电流对梁帽材料性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种风电叶片导电梁帽制备方法，通过在传统树脂中添加导电填料，将绝缘树脂转化为导电树脂，实现导电通路，降低叶片雷击损伤的风险；同时增强了纤维增强复合材料的强度及模量，进而使叶片梁帽能够承受更大的极限载荷。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：一种风电叶片导电梁帽制备方法，包括以下步骤：

1)将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；