一種垂直軸風力發電機葉片及其製備方法
2023-10-06 03:02:34 2
專利名稱：一種垂直軸風力發電機葉片及其製備方法
技術領域：
本發明涉及垂直軸風力發電機的技術領域，尤其是指一種垂直軸風力發電機葉片及其製備方法。
背景技術：
目前垂直軸風力發電機葉片一般用碳纖維、玻璃纖維等高強纖維增強的樹脂基複合材料代替原來的金屬材料製備。與金屬材料相比，纖維增強樹脂基複合材料具有密度低、耐腐蝕性能優異、比強度、比模量高等優點，因此得到了廣泛的應用。但複合材料也存在著許多缺點，即由於複合材料的表面硬度較低，不耐劃傷，葉片在運轉過程中，不斷受到風沙、硬物的撞擊、摩擦，容易在葉片表面留下很深的凹痕，嚴重影響葉片的氣動性能。此外，垂直軸風力發電機葉片在運轉過程中，其迎風面與背風面處於不斷的交替變化中，因此需要葉片具有良好的剛度與阻尼性能。良好的剛度保證葉片不發生大的形變，提高發電效率；高的阻尼性能可以減低否則會有很大的噪聲，對周圍環境造成很大影響。因此需要設計一種垂直軸風力發電機葉片結構，在保留原複合材料優點的基礎上，提高複合材料車架管材的表面硬度、整體剛度與阻尼性能。
發明內容
為克服現有技術的不足，本發明提供了一種垂直軸風力發電機葉片及其製備方法，在保持複合材料輕質、高強等特點的基礎上，提高複合材料車架管材的表面硬度、整體剛度與阻尼性能。本發明的技術方案是通過以下手段實現的
一種垂直軸風力發電機葉片，其特徵是包括有三層結構，外層是一層金屬層，中間層是梯度複合材料層，內部為低密度泡沫夾芯材料。所述的金屬層為鋁合金、鈦合金、鋼或其他金屬材料；所述的低密度多孔泡沫夾芯材料包括但不限於聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、苯乙烯泡沫或聚氯乙烯泡沫；所述的梯度複合材料層包括增強纖維與基體樹脂，所述的增強纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維或其它纖維的一種或一種以上，所述的基體樹脂為熱固性樹脂與彈性體樹脂的共混體系，在靠近金屬層的一側，為纖維增強熱固性樹脂複合材料，在靠近夾芯材料的一側，為纖維增強彈性體樹脂複合材料，兩者之間為過渡部分，熱固性樹脂與彈性體樹脂的含量成梯度變化。所述的熱固性樹脂為不飽和樹脂、環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂或其它樹脂的一種或一種以上；所述的彈性體樹脂為聚氨酯彈性體、苯乙烯類彈性體、烯烴類彈性體或其他彈性體材料的一種或一種以上。所述的一種垂直軸風力發電機葉片的製備方法，其特徵是先在模具中成型梯度複合材料層，然後通過熔融噴塗、電鍍、電鑄或其它工藝在梯度複合材料層表面形成金屬層的方法製作或採用在模具表面先製作一層金屬層，然後再在該層的基礎上成型梯度複合材料層的方法製作；內部的泡沫夾芯材料在梯度複合材料層成型後通過直接在內部發泡獲得，或通過將泡沫材料加工成所需的形狀，用膠粘劑將泡沫夾芯材料與梯度複合材料層進行粘接；梯度複合材料層的製作步驟是按照不同配比，將熱固性樹脂與彈性體樹脂進行共混，製備成樹脂膠液，在纖維布表面塗敷所配製的樹脂膠液，每一層或幾層對應不同的配t匕，然後按照順序鋪敷在模具上，使樹脂膠液配比呈現梯度變化，然後採用熱壓、吹脹、拉擠等工藝進行成型；在成型過程中，樹脂膠液會發生在一定範圍內的相互流動，從而製得成份呈現連續梯度變化的複合材料。本發明的有益效果本發明的一種垂直軸風力發電機葉片，其最外層為金屬層，具有較高的硬度，可耐劃傷以及承受硬物的撞擊。中間為 梯度複合材料層，熱固性複合材料提供良好的剛度與強度，彈性體複合材料提供了優異的阻尼性能，而連續梯度變化的組分可以避免熱固性與彈性體複合材料的界面應力。內部的低密度多孔泡沫夾芯與複合材料層一起形成夾芯結構，在受到外部載荷作用時，兩者會發生剪切作用，進一步提高了剛度。此外，泡沫材料的多孔結構可以吸收因突然受到衝擊、震動作用而施加到葉片上的載荷，保障葉片運行的安全可靠性。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。圖I為本發明一種垂直軸風力發電機葉片的截面示意 圖中1外層金屬層，2梯度複合材料層，3低密度泡沫夾芯材料。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
，對本發明做進一步說明。附圖為本發明的一種具體實施例。該實施例為一種垂直軸風力發電機葉片，其特徵是包括有三層結構，外層是一層金屬層1，中間層是梯度複合材料層2，內部為低密度泡沫夾芯材料3。所述的金屬層I為鋁合金、鈦合金、鋼或其他金屬材料；所述的低密度多孔泡沫夾芯材料3包括但不限於聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、苯乙烯泡沫或聚氯乙烯泡沫；所述的梯度複合材料層2包括增強纖維與基體樹脂，所述的增強纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維或其它纖維的一種或一種以上，所述的基體樹脂為熱固性樹脂與彈性體樹脂的共混體系，在靠近金屬層的一側，為纖維增強熱固性樹脂複合材料，在靠近夾芯材料的一側，為纖維增強彈性體樹脂複合材料，兩者之間為過渡部分，熱固性樹脂與彈性體樹脂的含量成梯度變化。所述的熱固性樹脂為不飽和樹脂、環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂或其它樹脂的一種或一種以上；所述的彈性體樹脂為聚氨酯彈性體、苯乙烯類彈性體、烯烴類彈性體或其他彈性體材料的一種或一種以上。所述的一種垂直軸風力發電機葉片的製備方法，其特徵是先在模具中成型梯度複合材料層2，然後通過熔融噴塗、電鍍、電鑄或其它工藝在梯度複合材料層表面形成金屬層I的方法製作或採用在模具表面先製作一層金屬層1，然後再在該層的基礎上成型梯度複合材料層2的方法製作；內部的泡沫夾芯材料3在梯度複合材料層2成型後通過直接在內部發泡獲得，或通過將泡沫材料加工成所需的形狀，用膠粘劑將泡沫夾芯材料3與梯度複合材料層2進行粘接；梯度複合材料層2的製作步驟是按照不同配比，將熱固性樹脂 與彈性體樹脂進行共混，製備成樹脂膠液，在纖維布表面塗敷所配製的樹脂膠液，每一層或幾層對應不同的配比，然後按照順序鋪敷在模具上，使樹脂膠液配比呈現梯度變化，然後採用熱壓、吹脹、拉擠等工藝進行成型；在成型過程 中，樹脂膠液會發生在一定範圍內的相互流動，從而製得成份呈現連續梯度變化的複合材料。下述實施例僅用於說明本發明垂直軸風力發電機葉片的製備工藝，不用於限制本發明的範圍。實施例I :
通過拉擠、吹脹、熱壓等成型工藝製作梯度複合材料層，並通過熔融噴塗、電鍍、電鑄或其它工藝在梯度複合材料層表面形成一層金屬層。將適量的泡沫發泡所需原材料填充入梯度複合材料層中，並進行發泡，使泡沫填滿葉片空腔。實施例2:
在成型模具表面噴塗一層金屬層，在該金屬層上鋪設纖維織物並塗刷樹脂膠液，或直接鋪設預浸料，鋪設完畢後，模具合模加壓，待樹脂固化後脫模。將適量的泡沫發泡所需原材料填充入梯度複合材料層中，並進行發泡，使泡沫填滿葉片空腔。實施例3:
通過拉擠、吹脹、熱壓等成型工藝製作梯度複合材料層，並通過熔融噴塗、電鍍、電鑄或其它工藝在表面形成一層金屬層。選擇合適的泡沫材料加工至略小於複合材料層內部尺寸，表面塗敷膠粘劑並插入複合材料層內部，加熱固化。實施例4:
在成型模具表面噴塗一層金屬層，在該金屬層上鋪設纖維織物並塗刷樹脂膠液，或直接鋪設預浸料，鋪設完畢後，模具合模加壓，待樹脂固化後脫模。選擇合適的泡沫材料加工至略小於複合材料層內部尺寸，表面塗敷膠粘劑並插入複合材料層內部，加熱固化。
權利要求
1.一種垂直軸風力發電機葉片，其特徵是包括有三層結構，外層是一層金屬層，中間層是梯度複合材料層，內部為低密度泡沫夾芯材料。
2.根據權利要求I所述的一種垂直軸風力發電機葉片，其特徵是所述的金屬層為鋁合金、鈦合金或鋼；所述的低密度多孔泡沫夾芯材料包括聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫；所述的梯度複合材料層包括增強纖維與基體樹脂，所述的增強纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維的一種或一種以上，所述的基體樹脂為熱固性樹脂與彈性體樹脂的共混體系，在靠近金屬層的一側，為纖維增強熱固性樹脂複合材料，在靠近夾芯材料的一側，為纖維增強彈性體樹脂複合材料，兩者之間為過渡部分，熱固性樹脂與彈性體樹脂的含量成梯度變化。
3.根據權利要求2所述的一種垂直軸風力發電機葉片，其特徵是所述的熱固性樹脂為不飽和樹脂、環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂的一種或一種以上；所述的彈性體樹脂為聚氨酯彈性體、苯乙烯類彈性體或烯烴類彈性體的一種或一種以上。
4.根據權利要求I 3所述的一種垂直軸風力發電機葉片的製備方法，其特徵是先在模具中成型梯度複合材料層，然後在梯度複合材料層表面形成金屬層的方法製作或在模具表面先製作一層金屬層，然後再在該層的基礎上成型梯度複合材料層的方法製作；內部的泡沫夾芯材料在梯度複合材料層成型後通過直接在內部發泡獲得，或通過將泡沫材料加工成所需的形狀，用膠粘劑將泡沫夾芯材料與梯度複合材料層進行粘接；梯度複合材料層的製作步驟是按照不同配比，將熱固性樹脂與彈性體樹脂進行共混，製備成樹脂膠液，在纖維布表面塗敷所配製的樹脂膠液，每一層或幾層對應不同的配比，然後按照順序鋪敷在模具上，使樹脂膠液配比呈現梯度變化，進行成型；在成型過程中，樹脂膠液會發生在一定範圍內的相互流動，從而製得成份呈現連續梯度變化的複合材料。
全文摘要
本發明公開了一種垂直軸風力發電機葉片，其包括有三層結構，外層是一層金屬層，中間層是梯度複合材料層，內部為低密度泡沫夾芯材料。金屬層具有較高的硬度，可耐劃傷以及承受硬物的撞擊，中間為梯度複合材料層，可同時提供良好的剛度與強度以及優異的阻尼特性，內部的低密度多孔泡沫夾芯與梯度複合材料層一起形成夾芯結構，在受到外部載荷作用時，兩者會發生剪切作用，進一步提高了剛度。此外，泡沫材料的多孔結構可以吸收因突然受到衝擊、震動作用而施加到葉片上的載荷，保障葉片運行的安全可靠性。
文檔編號B32B1/00GK102767471SQ201210263350
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者卞志勇, 李秀平, 楊小兵, 龍國榮 申請人:山東泰山瑞豹複合材料有限公司, 泰山體育產業集團有限公司