[發(fā)明專利]大型風(fēng)電葉片用主承力梁、混雜翼梁復(fù)合材料風(fēng)電葉片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711215401.9
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108005846B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊金水;曾竟成;彭超義;尹昌平;肖加余;刑素麗;楊孚標(biāo)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;B29C70/34;B29L31/08
• 代理公司: 長沙朕揚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發(fā)明公開了一種大型風(fēng)電葉片用主承力梁，所述主承力梁為碳纖維/玻璃纖維混雜復(fù)合材料圓桿型材的組合體，所述組合體由若干碳纖維/玻璃纖維混雜復(fù)合材料圓桿型材通過玻璃纖維氈或紗聚束定型而成。本發(fā)明的大型風(fēng)電葉片用主承力梁，采用碳纖維/玻璃纖維混雜復(fù)合材料圓桿型材聚束形成組合體，充分利用碳纖維和玻璃纖維性能的互補，不僅能充分發(fā)揮碳纖維高彈輕質(zhì)的優(yōu)點，大大提高主承力梁的剛度和強度，增加主承力梁的臨界長度，而且價格比采用純碳纖維作為增強材料要大大降低，更有利于碳纖維在主承力梁及風(fēng)電葉片領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。本發(fā)明還相應(yīng)提供了一種混雜翼梁復(fù)合材料風(fēng)電葉片及其制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)電葉片制備領(lǐng)域，尤其涉及一種大型風(fēng)電葉片用主承力梁、混雜翼梁復(fù)合材料風(fēng)電葉片及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計技術(shù)的提高，大型化和輕量化已成為復(fù)合材料風(fēng)電葉片發(fā)展的重要趨勢。目前大型復(fù)合材料風(fēng)電葉片主要是以玻璃纖維作為增強材料，然而葉片大型化發(fā)展對葉片強度、剛度的要求越來越高，葉片長度和自重也越來越大，以至玻璃纖維復(fù)合材料難以承受。基于葉片大型化發(fā)展的要求，輕質(zhì)高強、能有效增加葉片臨界長度，保證葉片在極端風(fēng)載下葉尖不碰觸塔架，碳纖維及其復(fù)合材料是優(yōu)選材料。碳纖維的剛度比玻璃纖維大，碳纖維的加入能夠獲得較高的剛度和較輕的重量。然而，由于碳纖維的價格要遠(yuǎn)比玻璃纖維昂貴，該缺點限制了碳纖維在大型復(fù)合材料風(fēng)電葉片上的廣泛使用。

為了降低成本，好鋼用在刀刃上，將碳纖維用在葉片主承力翼梁、葉尖或翼緣加強部，相關(guān)的專利例如：WO00/14405號PCT申請國際公布文本中公開了一種風(fēng)力渦輪機葉片的雷電保護(hù)裝置，其中避雷器是由一條或多條扁長的碳素纖維增強塑料帶制成，這些纖維帶可構(gòu)成風(fēng)力渦輪機葉片的一部分；CN1697924A號中國專利文獻(xiàn)公開了一種具有碳纖維尖部的風(fēng)力渦輪機葉片，其葉片被分成內(nèi)端部分和外端部分，內(nèi)端部分包括葉片根部且基本上由玻璃纖維加強聚合物制成，外端部分包括葉片尖部且基本由碳纖維加強聚合物制成；CN101021202A號中國專利文獻(xiàn)公開了一種碳纖維增強的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，該葉片的纖維增強基體包括被包埋在同一基體材料中的玻璃纖維和碳纖維。

除了碳纖維自身價格昂貴之外，碳纖維用于大型風(fēng)電葉片還存在一個技術(shù)難題——制備。目前制備葉片氣動外殼、主承力翼梁和剪切腹板的主流方法為真空導(dǎo)入模塑工藝，優(yōu)點是采用真空導(dǎo)入模塑工藝制備葉片構(gòu)件時，纖維及其纖維織物等增強材料、泡沫和輕木等夾芯材料按照鋪層設(shè)計鋪放在成型模具中，密封抽真空、注入樹脂浸潤增強材料，可實現(xiàn)整體成型，制品質(zhì)量穩(wěn)定。但如果采用真空導(dǎo)入模塑工藝制備大厚度的碳纖維或碳纖維/玻璃纖維混雜復(fù)合材料構(gòu)件，比如翼梁，由于碳纖維的直徑小和表面低能，樹脂基體難以完全充分浸潤碳纖維，制品內(nèi)部極易形成缺陷，導(dǎo)致制備失敗。而如果采用預(yù)浸料濕法成型工藝，不僅制備周期長、效率低，而且質(zhì)量穩(wěn)定性較差，此外需要預(yù)浸機等專用設(shè)備，成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種集碳纖維和玻璃纖維性能于一身的風(fēng)電葉片用主承力梁，質(zhì)量輕巧、臨界長度延長、力學(xué)性能優(yōu)異的大型混雜翼梁復(fù)合材料風(fēng)電葉片，還提供一種工藝簡單、適應(yīng)性強、成本低的該復(fù)合材料風(fēng)電葉片的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)電葉片內(nèi)部的碳纖維浸漬不完全或者直接浸漬失敗的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為提供一種大型風(fēng)電葉片用主承力梁，所述主承力梁為碳纖維/玻璃纖維混雜復(fù)合材料圓桿型材的組合體，所述組合體由若干碳纖維/玻璃纖維混雜復(fù)合材料圓桿型材通過玻璃纖維氈或紗聚束定型而成。