風力發電機葉片用半預浸料及其生產工藝的製作方法

2023-05-21 23:57:51

專利名稱：風力發電機葉片用半預浸料及其生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及高分子材料領域，具體地說是一種用增強纖維及片狀增強纖 緯單向布與熱固性樹脂浸漬成為半預浸料及其生產工藝，特別是涉及用作生 產風力發電葉片的材料。
背景技術：
風力發電葉片是風電機組的核心部件之一，能夠生產出優質的葉片就需要有性能優越及適宜的原材料作保證。纖維增強塑料複合材料(簡稱為FRP) 因為具有比強度高，比模量大等優點，是作為風力發電葉片生產的首選材料。 通常，生產葉片用的材料最普遍的是採用不飽和聚酯樹脂或常溫固化體系的 環氧樹脂作為基體樹脂與玻璃纖維結合固化。使用不飽和聚酯樹脂在生產過 程中有苯乙烯等揮發物，會對環境及操作人員產生不良影響。同樣用環氧樹 脂常溫固化體系作為基體材料也存在產品的樹脂含量不穩定，固化體系對人 體有害，操作環境差等缺點。 發明內容本發明所需要解決的技術問題是為了克服上述現有技術的不足，提供一 種風力發電機葉片用半預浸料及其生產工藝，用預浸料生產風力發電葉片則 可以改善上述缺點，風力發電葉片用預浸料一般為熱熔法生產，能夠保證預 浸料的樹脂含量及增強纖維質量的穩定性，因此能夠保證風力發電葉片的質 量均勻性，且整體葉片的樹脂含量會低於上述工藝生產的葉片，這樣固化後 的葉片整體機械性能會明顯優於同類產品；另外，用預浸料生產的可操作性 好，可直接將預浸料鋪覆在模具上即可成型固化，無需再注入樹脂；同時生 產環境能夠得到明顯改善。本發明解決上述技術問題採用的技術方案是 一種風力發電機葉片用半 預浸料，由單向增強纖維及增強纖維織成的片狀緯單向布和基體樹脂組成， 其特徵是所述單向增強纖維存在於上下兩層片狀緯單向布之間，基體樹脂存在於上下兩層片狀緯單向布之間且部分樹脂浸漬於上下兩層片狀緯單向布的 內側表面，且基體樹脂浸透率為大於等於10%，小於等於80%，上下兩層片 狀緯單向布的緯向纖維形成一定對稱角度。
本發明還可通過如下措施來實現基體樹脂為熱固性環氧樹脂組合物。
環氧樹脂組合物，在12(TC的凝膠時間為小於等於25分鐘。增強纖維是碳纖 維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種或幾種。單向增強纖維的線 密度為大於等於300Tex，小於等於2400Tex。片狀增強纖維緯單向布的單位 面積重量為大於等於100g/m2、小於等於1000g/m2。片狀增強纖維緯單向布 所用經紗的線密度為大於等於12Tex,小於等於216Tex;片狀增強纖維緯單 向布所用緯紗的線密度為大於等於600Tex，小於等於2400Tex。上下兩層片 狀增強纖維諱單向布形成的對稱角度，範圍為如上層片狀增強纖維的緯向纖 維角度在60。 85°之間，對應的下層片狀增強纖維的緯向纖維角度為與之 對稱的-60° -85°之間，反之亦然。片狀增強纖維為織物形態，幅寬為大 於等於200mm，小於等於1500mm。
一種生產前述風力發電機葉片用半預浸料的生產工藝，其特徵是在以離 型紙作為載體，塗覆基體樹脂形成一定質量的樹脂膜，將離型紙上的樹脂膜 粘貼在上下兩層片狀增強纖維的中間，同時在上下兩層片狀增強纖維的中間 加入0°單向增強纖維，在室溫 8(TC的條件下加壓，使樹脂與片狀增強纖 維有部分浸漬。
本發明的有益效果是採用纖維增強熱固性樹脂預浸料作為葉片成型主 要材料，使基體樹脂並未完全浸入到增強材料的纖維當中，而是被置於兩層 緯單向布之間，形成特有的夾心狀態，樹脂夾在兩層緯單向布之間，樹脂將 上下兩層緯單向布粘接在一起，又未完全將浸漬完全，同時又加入了 0°方 向的單向增強纖維，這樣在葉片生產時，能夠進一步保證材料的原始狀態使 材料不易變形；同樣，此種設計結構會更加有利於生產操作，各層與層之間 不會出現過度粘連使材料變形等，能夠保證在葉片生產時的可操作性及性能 穩定性。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是半預浸料的垂直於片狀增強纖維緯單向布的經向方向進行切割的 半預浸料的截面模式圖2是半預浸料的垂直於片狀增強纖維緯單向布的緯向方向的上層緯單
向布進行切割的截面模式圖3是半預浸料的垂直於片狀增強纖維緯單向布的緯向方向的下層緯單 向布進行切割的截面模式圖4是基體樹脂的粘度/溫度曲線圖的例子；
圖5是本發明的一個實施例的模式圖。
圖中 l.基體樹脂，2.上層緯單向布，3.下層緯單向布，4.單向增強 纖維，5.諱紗，6.經紗。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述
一種風力發電機葉片用半預浸料，由單向增強纖維4及增強纖維織成的 片狀緯單向布和基體樹脂1組成，其特徵是所述單向增強纖維4存在於片狀 上層緯單向布2與片狀下層緯單向布3之間，基體樹脂1存在於片狀上層諱 單向布2與片狀下層緯單向布3之間，且部分樹脂浸漬於片狀上層諱單向布 2與片狀下層緯單向布3的內側表面，且基體樹脂1浸透率為大於等於10%， 小於等於80%，片狀上層緯單向布2與片狀下層緯單向布3的緯向纖維形成 一定對稱角度。基體樹脂l為熱固性環氧樹脂組合物，熱固性環氧樹脂組合 物以環氧樹脂為主要成份，環氧樹脂組合物，在12(TC的凝膠時間為小於等 於25分鐘。增強纖維是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種 或幾種的混合，單向增強纖維4的線密度為大於等於300Tex，小於等於 2400Tex。片狀上層緯單向布2及片狀下層緯單向布3的單位面積重量為大於 等於100g/m2、小於等於1000g/m2。片狀上層緯單向布2與片狀下層緯單向 布3所用經紗6的線密度為大於等於12Tex，小於等於216Tex;片狀上層諱單向布2與片狀下層緯單向布3所用緯紗5的線密度為大於等於600Tex，小 於等於2400Tex。片狀上層緯單向布2與片狀下層緯單向布3的增強纖維緯 之間形成對稱角度，範圍為如上層緯單向布2的緯向纖維角度在60。 85° 之間，對應的下層緯單向布3的緯向纖維角度為與之對稱的-60° -85°之 間，反之亦然。片狀上層緯單向布2及片狀下層緯單向布3為織物形態，幅 寬為大於等於200mm，小於等於1500mm。
一種生產前述風力發電機葉片用半預浸料的生產工藝，其特徵是在以離 型紙作為載體，塗覆基體樹脂形成一定質量的樹脂膜，將離型紙上的樹脂膜 粘貼在上下兩層片狀增強纖維的中間，同時在上下兩層片狀增強纖維的中間 加入0°單向增強纖維，在室溫 8(TC的條件下加壓，使樹脂與片狀增強纖 維有部分浸漬。
本發明涉及的半預浸料，是由單向增強纖維及增強纖維織成的片狀增強 纖維緯單向布浸漬基體樹脂而形成的一種半預浸料，其中基體樹脂與增強材 料並未完全浸漬，浸漬率在10%~80%之間的狀態。基體樹脂存在於上下兩層 片狀緯單向布之間，上下兩層緯單向布在生產半預浸料過程中緯向纖維排布 方向發生變化，上下兩層的緯向纖維產生一定對稱角度，對稱角度範圍為， 如上層片狀增強纖維的緯向纖維角度在60° 85°之間，對應的下層片狀增 強纖維的緯向纖維角度為與之對稱的-60° -85°之間，反之亦然。例如上 層緯單向布的緯向纖維角度如為80° ，則下層緯單向布的緯向纖維角度對應 為-80° 。作為用於半預浸料的增強纖維及片狀增強纖維緯單向布所使用的纖 維材料，無特殊限制，可以使用碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維 等，但從實際情況及綜合因素考慮來看，可優選玻璃纖維。另外，用於半預 浸料的基體樹脂為熱固性環氧樹脂，特別優選使用中溫潛伏性環氧樹脂固化 體系。
對於半預浸料狀態來看，樹脂夾於上下兩層片狀增強纖維緯單向布之間， 則樹脂浸漬纖維應在某個適當範圍，這樣既然可以保證生產時操作方便，又 能在固化成型時樹脂充分地浸漬纖維。因此現將樹脂浸漬率進行詳細說明。 圖1是半預浸料樹脂存在於上下兩層布之間的總體狀態模式圖。具體浸漬率情況的說明見圖2和圖3模式圖，在圖2中上層緯單向布的織物厚度為dl，從此織物下端到Al點距離為M;則上層緯單向布的浸漬率為上層浸漬率=M/ dl X 100% 在圖3中下層緯單向布的織物厚度為d2，從此織物上端到A2點距離為b2;則下層緯單向布的浸漬率為下層浸漬率=b2/ d2 X 100%樹脂對上下兩層片狀增強纖維緯單向布的浸漬率以下述公式表示 浸漬率=(上層浸漬率+下層浸漬率)/2對於半預浸料中樹脂浸漬率優選範圍在10%~80°/。之間，在半預浸料成型 時如浸漬率偏低，則成型時樹脂不易完全浸漬纖維，從而影響固物性能；如 浸漬率過高又會影響生產使用時的操作。因此特別優選樹脂浸漬率在 40%~50%之間為宜。生產半預浸料中的片狀增強纖維緯單向布的單位面積重量，為大於等於 100g/m2、小於等於1000 g/m2。由於片狀增強纖維緯單向布有一定厚度，這 樣能夠使樹脂保持在上下兩層片狀增強纖維緯單向布之間適於操作，同時成 型時樹脂容易將纖維完全浸漬。片狀增強纖維緯單向布為600g/n^則更為優 選。生產半預浸料中的加入部分的單向增強纖維作為增加抵抗經向拉伸變形， 其線密度優選範圍在300Tex 2400Tex之間，在生產使用時可特別優選 1200Tex，既可明顯增強抵抗經向變形，又對半預浸料的整體質量無太大影響。半預浸料的生產工藝可分為兩個工序，第一道工序是先將環氧樹脂加熱熔 化後，按要求的單位面積重量塗覆於離型紙上，收巻後待用。第二道工序是 將塗好樹脂膜的離型紙上樹脂先與片狀增強纖維緯單向布的其中一層相貼 合，同時按要求加入幾根單向增強纖維，將離型紙剝離後，再將另上層片狀 增強纖維緯單向布與另一樹脂面相貼合，在此生產過程中，上下兩層片狀增 強纖維緯單向布的緯向纖維形成對稱角度。所用熱固性環氧樹脂為中溫潛伏性環氧樹脂固化體系，主要以雙酚A型 環氧樹脂為主體，固化劑為雙氰胺，促進劑為脲類化合物。所用的增強材料中單向增強纖維和片狀增強纖維緯單向布所用纖維均為無鹼玻璃纖維。 樹脂粘度曲線以rC/min升溫速率，振動頻率為lHz，測得樹脂粘度/溫度曲線，所用 儀器為美國TA公司生產的AR2000流變儀測得，參見圖4。 具體生產實例在離型紙上塗550g/n^單位面積重量的樹脂膜，用600 g/n^玻璃纖維緯 單向布(編織方式為2/2斜紋)兩巻，幅寬為1285mm，分別放於生產設備 的上下兩放巻處，首先將樹脂與下層緯單向布貼合，同時平均每320mm為 一組在其中間100mm內間隔地加入等分的5根1200Tex單向玻璃纖維，揭 去離型紙後的樹脂面再與上層諱單向布相貼合，諱單向布的諱向纖維生產過 程中形成的對稱角度為±80° 。浸漬時溫度設定為50°C，生產速度設定為 3m/min。製得的半預浸料浸漬率為50%，確認為本發明的半預浸料，參見圖
權利要求
1、一種風力發電機葉片用半預浸料，由單向增強纖維及增強纖維織成的片狀緯單向布和基體樹脂組成，其特徵是所述單向增強纖維存在於上下兩層片狀增強纖維之間，基體樹脂存在於上下兩層片狀緯單向布之間且部分樹脂浸漬於上下兩層片狀緯單向布的內側表面，且基體樹脂浸透率為大於等於10％，小於等於80％，上下兩層片狀緯單向布的緯向纖維形成一定對稱角度。
2、 根據權利要求1所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說 的基體樹脂為熱固性環氧樹脂組合物。
3、 根據權利要求2所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說 的環氧樹脂組合物，在12(TC的凝膠時間為小於等於25分鐘。
4、 根據權利要求1所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說 的增強纖維是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種或幾種。
5、 根據權利要求1所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說 的單向增強纖維的線密度為大於等於300Tex，小於等於2400Tex。
6、 根據權利要求1所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說 的片狀增強纖維緯單向布的單位面積重量為大於等於100g/m2、小於等於 1000 g/m2。
7、 根據權利要求1所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說 的片狀增強纖維緯單向布所用經紗的線密度為大於等於12Tex，小於等於 216Tex;片狀增強纖維緯單向布所用緯紗的線密度為大於等於600Tex，小於 等於2400Tex。
8、 根據權利要求1所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說 的上下兩層片狀增強纖維緯單向布形成的對稱角度，範圍為如上層片狀增強 纖維的緯向纖維角度在60° ~85°之間，對應的下層片狀增強纖維的緯向纖 維角度為與之對稱的-60° ~-85°之間，反之亦然。
9、 根據權利要求1所述風力發電機葉片用半預浸料，其特徵在於所說的片狀增強纖維為織物形態，幅寬為大於等於200mm，小於等於1500mm。 10、 一種生產前述風力發電機葉片用半預浸料的生產工藝，其特徵是在 以離型紙作為載體，塗覆基體樹脂形成一定質量的樹脂膜，將離型紙上的樹 脂膜粘貼在上下兩層片狀增強纖維的中間，同時在上下兩層片狀增強纖維的 中間加入0°單向增強纖維，在室溫 8(TC的條件下加壓，使樹脂與片狀增 強纖維有部分浸漬。
全文摘要
本發明涉及高分子材料領域領域，具體地說是風力發電機葉片用半預浸料及其生產工藝。單向增強纖維存在於上下兩層片狀增強纖維之間，基體樹脂存在於上下兩層片狀緯單向布之間且部分樹脂浸漬於上下兩層片狀緯單向布的內側表面，且基體樹脂浸透率為大於等於10％，小於等於80％，上下兩層片狀緯單向布的緯向纖維形成一定對稱角度。以離型紙作為載體，塗覆基體樹脂形成一定質量的樹脂膜，將離型紙上的樹脂膜粘貼在上下兩層片狀增強纖維的中間，同時在上下兩層片狀增強纖維的中間加入0°單向增強纖維，在室溫～80℃的條件下加壓，使樹脂與片狀增強纖維有部分浸漬。
文檔編號F03D1/06GK101302302SQ200810015599
公開日2008年11月12日 申請日期2008年4月21日 優先權日2008年4月21日
發明者夏向欣, 林鳳森, 梁日信, 段長兵 申請人:威海光威複合材料有限公司