一种风力发电机叶片制造技术

本发明专利技术提供一种风力发电机叶片，所述风力发电机叶片由复合材料制成，所述复合材料包括多层纤维层和附着形成在所述多层纤维层上的基体材料；所述纤维层包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的体积比为1∶4～4∶1。本发明专利技术提供的风力发电机叶片中的纤维层包括碳纤维和玻璃纤维至少两种纤维，碳纤维具有强度高和重量轻的优点；玻璃纤维具有韧性好的优点，而且与树脂具有良好的界面浸润性。本发明专利技术将玻璃纤维和碳纤维制成纤维层再铺叠制成风力发电机叶片后，既能保证风力发电机叶片具有很好的拉伸强度，又能够提高其韧性，而且由于多层纤维层都含有玻璃纤维，因此可以使纤维层与树脂达到更好的浸润效果，从而提高风力发电机叶片的剪切强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电
，具体涉及一种风力发电机叶片。
技术介绍
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，其蕴量巨大。目前，利用风能进行发电是风能利用的一种重要途径。风力发电的基本原理是将风的动能转变为机械能，再把机械能转化为电能。风力发电所使用的装置称为风力发电机组，风力发电机组大体包括风轮、发电机和塔筒三部分。风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由至少两只螺旋桨形的风力发电机叶片组成，当风吹向风力发电机叶片时，叶片上产生气动力驱动风轮转动。研究表明，风力发电机组捕获风能的多少与风轮直径的平方成正比，与风速的3次方成正比。如图1所示，为风力发电机叶片示意图，包括蒙皮11、支撑蒙皮的主梁12和腹板13。制作风力发电机叶片的材料一般选用强度高和重量轻的材料，现有技术中一般采用纤维增强复合材料制作风力发电机叶片，常用的增强纤维是玻璃纤维。制作玻璃纤维增强复合材料时，一般采用真空灌注技术(SCVRIMP)技术，即先利用薄膜将增强纤维密封于单边模具上，完全借助于真空将低黏度树脂吸入，树脂沿着增强纤维的表面快速浸渍，并同时向增强纤维厚度方向进行浸润，树脂固化之后便得到纤维增强复合材料。然而，随着风力发电技术的不断发展，风力发电机叶片正逐步向着大型化的方向发展。当叶片长度不断增加时，对增强材料的刚度和强度提出了更高的要求，玻璃纤维应用到大型复合材料风力发电机叶片中时，由于强度有限，因此已经不能满足未来的需要；此夕卜，由于玻璃纤维的密度比较大，在大型风力发电机叶片的使用中也受到的一定的限制。与玻璃纤维相比，碳纤维具有重量轻和强度高的优点，也可以用于制作风力发电机叶片。但碳纤维的延伸率、抗冲击性能和断裂韧性较玻璃纤维差，在极端风载下，容易失效；此外，当碳纤维的铺层数目较多时，其复合材料的浸润效果较差，这也会影响风力发电机叶片的性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在于提供一种即具有良好强度又具有良好韧性的风力发电机叶片。为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种风力发电机叶片，所述风力发电机叶片由复合材料制成，所述复合材料包括多层纤维层和附着形成在所述多层纤维层上的基体材料；所述纤维层包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的体积比为1 4 4 1。优选的，所述多层纤维层中的一层纤维层中的碳纤维和玻璃纤维交替排列。优选的，所述多层纤维层中相邻的纤维层中的纤维所成的角度为0° 90°。优选的，所述纤维层还包括石墨纤维、芳族聚酰胺纤维、碳化硅纤维、硼纤维、碳化钨纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。优选的，所述复合材料由预浸料热压成型、真空灌注成型、手湖成型、注射成型、模压成型、拉挤成型或缠绕成型制成。优选的，所述风力发电机叶片包括蒙皮、支撑所述蒙皮的主梁和腹板，所述蒙皮中的碳纤维和玻璃纤维的体积比为4 1 2 1。优选的，所述主梁中的碳纤维和玻璃纤维的体积比为1 4 4 1。优选的，所述腹板中的碳纤维和玻璃纤维的体积比为1 3 2 3。优选的，所述基体材料为固化后的合成树脂。优选的，所述合成树脂为环氧树脂、酚醛树脂、乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂、双马来酰胺树脂、双马来酰胺三嗪树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂、丙烯酸系树脂。与现有技术相比，本专利技术提供的风力发电机叶片中的纤维层包括碳纤维和玻璃纤维至少两种纤维，碳纤维具有强度高和重量轻的优点；玻璃纤维具有韧性好的优点，而且与树脂具有良好的界面浸润性。将该两种纤维制成纤维层再铺叠制成风力发电机叶片后，既能保证风力发电机叶片具有很好的拉伸强度，又能够提高其韧性。此外，由于多层纤维层都含有玻璃纤维，因此可以使纤维层与树脂达到更好的浸润效果，从而提高风力发电机叶片的剪切强度。因此，本专利技术制备的风力发电机叶片可以满足更严格的使用要求。附图说明图1为风力发电机叶片的结构示意图；图2为本专利技术制备单取向预浸料的示意图。具体实施例方式为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术提供一种风力发电机叶片，所述风力发电机叶片由复合材料制成，所述复合材料包括多层纤维层和附着形成在所述多层纤维层上的基体材料，所述纤维层包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的体积比为1 4 4 1。按照本专利技术，所述纤维层中的碳纤维和玻璃纤维的体积比优选为1 3 3 1。 本专利技术中所述基体材料优选为固化后的合成树脂。按照本专利技术，对于所述风力发电机叶片中的纤维的含量，以重量百分比计优选为IOwt % 80wt%，更优选为30wt% 75wt%，更优选为40wt% 65wt%。本专利技术提供的风力发电机叶片中的纤维层包括碳纤维和玻璃纤维，纤维层中的碳纤维和玻璃纤维优选为交替排列的方式。碳纤维具有强度高、重量轻的优点，因此可以保证风力发电机叶片的强度；玻璃纤维具有韧性好的特点，因此可以保证叶片的韧性。此外，由于多层纤维层都含有玻璃纤维，而玻璃纤维与合成树脂具有更好的浸润效果，因此可以使纤维层与合成材料达到更好的浸润效果，从而提高风力发电机叶片的剪切强度。进一步地，当风力发电机叶片在极端风载下使用时，即使延伸率较低的部分碳纤维首先破坏，形成分层微裂纹，而高延伸率的玻璃纤维则能够起到抑制微裂纹延伸的作用， 因此可以提高风力发电机叶片的使用寿命。按照本专利技术，所述纤维层还可以包括石墨纤维、芳族聚酰胺纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳化钨纤维、玄武岩纤维中的一种或多种，优选为石墨纤维，可以适当提到复合材料的模量。制备蒙皮时，所述石墨纤维优选替代 5%的体积比的碳纤维； 制备主梁时，所述石墨纤维优选替代2% 8%体积比的碳纤维；制备腹板时，所述石墨纤维优选替代5 8%的体积比的碳纤维。对于纤维层中的碳纤维的强度，优选大于等于 3000MPa,更优选大于3500MPa，拉伸模量优选大于等于190GPa，更优选大于200GPa ；对于玻璃纤维的强度，优选大于2000MPa，更优选大于2100MPa，拉伸模量优选大于80GPa，更优选大于85GPa。对于作为基体材料的合成树脂，可以按照本领域技术人员熟知的公知常识根据材料设计要求进行选择，本专利技术并无特别限制。例如，所述合成树脂的例子可以为环氧树脂、 酚醛树脂、乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂、双马来酰胺树脂、双马来酰胺三嗪树脂、氰酸酯树月旨、苯并噁嗪树脂、丙烯酸系树脂，但不限于此。优选的，合成树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂、氰酸酯树脂，更优选为环氧树脂。按照本专利技术，制备所述风力发电机叶片时，可以采用本领域技术人员熟知的多层预浸料热压成型或者真空灌注成型。对于预浸料，可以为单向布、平纹布或斜纹布。采用单向布预浸料热压成型时，先将纤维单向排列，优选使玻璃纤维和碳纤维交替排列，然后与树脂复合制成单向预浸料。制成单向预浸料之后，将多层单向预浸料叠加在模具上，模具可以为蒙皮模具、主梁模具或腹板模具。相邻的单向布中的纤维所成的角度为0° 90°，更优选为45° 90°，更优选为60° 90°，更优选为大体垂直，即按照 0° /90°的方式排列。对于预浸料的叠加层数，本专利技术并无特别的限制，可以按照材料设计强度要求确定。铺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜志全，杨文涛，韩新月，刘兰，
申请(专利权)人：三一电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：