一种风力发机叶片梁冒用碳纤维及制备方法技术

本发明专利技术公开一种风力发机叶片梁冒用碳纤维纤维及其制备方法，该碳纤维原丝采用干喷湿纺工艺制备，丝束规格24K及以上，纺丝速度400m/min以上，原丝单束生产效率60Kg/h以上；碳化速度11m/min以上。该碳纤维拉伸强度4500MPa以上，拉伸模量230GPa以上，断裂伸长率1.8％以上。采用不同上浆剂，适用于环氧、乙烯基等不同树脂基体。该产品具有生产效率高、拉伸强度高、工艺性能好的特点，适用于制造风力发机叶片梁冒。发机叶片梁冒。发机叶片梁冒。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发机叶片梁冒用碳纤维及制备方法


[0001]本专利技术所属
是碳纤维领域，具体涉及一种风力发机叶片梁冒用碳纤维及制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐烛、耐摩擦、导电、导热、热膨胀系数小等优良特性，在工业、农业、交通、军事、建筑、生物亲和性材料等各领域中得到广泛应用。
[0003]风力发电机是重要的复合材料应用领域，其叶片大量采用复合材料，以前以玻璃纤维复合材料为主。但随着叶片尺寸的加大，传统玻璃纤维复合材料难以满足叶片刚度需求，因此开始开发碳纤维复合材料叶片，主要用在主承力机构——梁冒上，但高昂的成本限制了碳纤维的大规模使用。维斯塔斯创新了风力发电机叶片梁冒碳纤维应用方式，采用碳纤维拉挤板材制备风机叶片梁冒，性能、效率得以大幅提升，引领碳纤维用量大幅提升，当前风机叶片梁冒用碳纤维主要以大丝束碳纤维为主。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种风力发电机叶片梁冒用干喷湿纺碳纤维及其制备方法。
[0005]实现本专利技术目的提供技术方案如下：
[0006]一种风力发电机叶片梁冒用碳纤维，选用干喷湿纺工艺制备聚丙烯腈基原丝；经过预氧化、碳化、表面处理、上浆工序后，获得碳纤维拉伸强度4500MPa以上，拉伸模量230GPa以上，断裂伸长率1.8％以上的风力发电机叶片梁冒用碳纤维。
[0007]进一步的，所述的丝束规格24K及以上，原丝生产效率60Kg/h以上，纺丝速度400m/min以上，碳化速度11m/min以上。
[0008]进一步的，原丝纤度为1.0-1.2dtex，单丝直径10-13um；单丝强力在8.0cN/dtex以上；
[0009]进一步的，预氧化温度220℃～280℃，预氧化牵伸率0.90-1.10。
[0010]进一步的，低温碳化温度400℃～700℃，低温碳化牵伸1.0～1.1倍；高温碳化温度950～1300℃，高温碳化牵伸0.9～1.0倍。
[0011]进一步的，表面处理采用阳极氧化电化学处理，处理介质为NaHCO3、NaOH和H2SO4其中的一种，上浆剂选用改性环氧型、乙烯基型上浆剂中的一种适用于环氧、乙烯基的不同树脂基体。
[0012]进一步的，风力发机叶片梁冒用碳纤维的拉挤工艺性能达到纤维耐磨性10mg以内，拉挤板材纤维体积含量可达70％，0
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拉伸强度2100MPa以上，拉伸模量140GPa以上，0
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压缩强度1000MPa以上，压缩模量130GPa以上。
[0013]本专利技术相对于现有技术相比具有显著优点：
[0014]1、采用聚丙烯腈为原料的干喷湿纺工艺，其结构致密，纺速较高，经后处理可获得高性能纤维。丝束规格24K以上，干喷湿纺的速度400m/min以上，原丝单束生产效率60Kg/h。
[0015]本专利原丝单丝强力9cN/dtex，断裂伸长率11％以上，表面缺陷亚微米级。
[0016]2、预氧化是碳纤维制备的重要环节，在预氧化过程中，纤维由分子链结构转变为梯形结构，以便耐受300℃以上的碳化热处理
[0017]3、碳化阶段是碳纤维工艺的关键环节。经过碳化阶段，非碳元素大量脱除，石墨结构形成，聚丙烯腈纤维碳含量达到90％以上，碳纤维拉伸强度和拉伸模量同步提升。本专利的碳化速度11m/min以上，碳纤维拉伸强度4500MPa以上，拉伸模量240GPa以上，断裂伸长率1.8％以上
[0018]4、表面处理工艺采用与碳纤维相同的表面处理方式(阳极氧化电化学处理)，该处理方式具有装备、操作简单，运行费用的的特点。通过电解质的配方浓度及电量的调整，可实现纤维ILSS的提升，干喷湿纺碳纤维层间剪切强度100MPa以上。
[0019]5、上浆工艺，通过不同上浆剂的开发，形成了环氧型及乙烯基型树脂，适用于拉挤、预浸料、真空灌注等不同成型工艺。
[0020]6、通过不同工艺所制备的风力发电叶片梁冒碳纤维拉挤板，具有良好的拉挤工艺性能，纤维耐磨性10mg以内，拉挤板材纤维体积含量可达70％，0
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拉伸强度2100MPa以上，拉伸模量140GPa以上，0
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压缩强度1000MPa以上，压缩模量130GPa以上。
附图说明
[0021]图1为本专利技术产品与现有产品单向板0
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拉伸强度与纤维耐磨性对比图。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例，对本专利技术做进一步解释。
[0023]实施例1
[0024]采用干喷湿纺碳纤维工艺获得单丝直径12μm，单丝强力8.2cN/dtex的原丝，纺丝速度400m/min，丝束规格24K；经过11m/min的碳化处理，最高预氧化温度275℃，牵伸比0.96，低温碳化最高温度700℃，牵伸比1.05，高温碳化最高温度1300℃，牵伸比0.95；上浆剂为改性环氧型上浆剂，上浆剂含量1.2％，获得强度4520MPa，模量240GPa，断裂伸长率1.88％，层间剪切强度110MPa，。采用环氧树脂基体，拉挤方式制备的风力发电叶片梁冒碳纤维拉挤板，拉挤板材纤维体积含量可达71％，0
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拉伸强度2210MPa以上，拉伸模量141GPa以上，0
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压缩强度1025MPa以上，压缩模量138GPa以上。
[0025]实施例2
[0026]采用干喷湿纺碳纤维工艺获得单丝直径12μm，单丝强力8.2cN/dtex的原丝，纺丝速度400m/min，丝束规格24K；经过11m/min的碳化处理，最高预氧化温度275℃，牵伸比0.98，低温碳化最高温度680℃，牵伸比1.03，高温碳化最高温度1300℃，牵伸比0.95；上浆剂为改性环氧型上浆剂，上浆剂含量1.2％，获得强度4512MPa，模量241GPa，断裂伸长率1.87％，层间剪切强度112MPa，树脂纤维为环氧型及乙烯基型树脂。采用环氧树脂基体，预浸料方式制备的风力发电叶片梁冒碳纤维拉挤板，拉挤板材纤维体积含量可达71.2％，0
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拉伸强度2078MPa以上，拉伸模量142GPa以上，0
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压缩强度1145MPa以上，压缩模量139GPa以上。
[0027]实施例3
[0028]采用干喷湿纺碳纤维工艺获得单丝直径12μm，单丝强力8.2cN/dtex的原丝，纺丝速度450m/min，丝束规格24K；经过11m/min的碳化处理，最高预氧化温度275℃，牵伸比0.98，低温碳化最高温度680℃，牵伸比1.01，高温碳化最高温度1350℃，牵伸比0.98；上浆剂为改性环氧型上浆剂，上浆剂含量1.0％，获得强度4581MPa，模量240GPa，断裂伸长率1.89％，层间剪切强度115MPa，树脂纤维为环氧型及乙烯基型树脂。采用环氧树脂基体，真空灌注方式制备的风力发电叶片梁冒碳纤维拉挤板，拉挤板材纤维体积含量可达70.2％，0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机叶片梁冒用碳纤维的制备方法，其特征在于，选用干喷湿纺工艺制备聚丙烯腈基原丝；经过预氧化、碳化、表面处理、上浆工序后，获得碳纤维拉伸强度4500MPa以上，拉伸模量230GPa以上，断裂伸长率1.8％以上的风力发电机叶片梁冒用碳纤维。2.根据权利要求1所述的风力发机叶片梁冒用碳纤维制备方法，其特征在于，所述的丝束规格24K及以上，原丝生产效率60Kg/h以上，纺丝速度400m/min以上，碳化速度11m/min以上。3.根据权利要求1所述的风力发机叶片梁冒用碳纤维制备方法，其特征在于，原丝纤度为1.0-1.2dtex，单丝直径10-13um；单丝强力在8.0cN/dtex以上。4.根据权利要求1所述的风力发电机叶片梁冒用碳纤维制备方法，其特征在于，预氧化温度220℃～280℃，预氧化牵伸率0.90-1.10。5.根据权利要求1所述的风力发电机叶片梁冒用碳纤维制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏宗，刘府，杨平，刘高君，李韦，
申请(专利权)人：中复神鹰碳纤维有限责任公司，
类型：发明
国别省市：