專利名稱：一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)，尤其涉及一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其適用于所有水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的生產(chǎn)和制造。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片行業(yè)普遍采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括增強(qiáng)纖維和基體樹脂兩部分。其中，增強(qiáng)纖維主要采用玻璃纖維及碳纖維，且以玻璃纖維為主。而基體樹脂體系主要有三類環(huán)氧體系、不飽和聚酯樹脂體系和乙烯基樹脂體系，但主要以環(huán)氧樹脂體系為主。圖1為現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，對葉片來說，其根部圓柱形部分稱為葉根1，另一端稱為葉尖2 ；葉片有兩個(gè)側(cè)邊，外輪廓圓滑的一邊稱作前緣3、較尖銳的一邊稱為后緣4，葉片整體由上殼體5及下殼體6組成，以分模線7來界定上、下殼體。如圖2和圖3所示，構(gòu)成葉片的結(jié)構(gòu)的材料有單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料梁8，其包裹在外蒙皮11及內(nèi)蒙皮12內(nèi)部，另外在內(nèi)外蒙皮的內(nèi)部還具有夾心材料9。現(xiàn)有葉片普遍采用內(nèi)、外蒙皮的夾心結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外蒙皮采用多軸向玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；芯材多用發(fā)泡材料，也有使用輕木材料的。其主受力構(gòu)件采用單向玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料梁。主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片均采用環(huán)氧體系的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，缺點(diǎn)是制造出的葉片重量大，給風(fēng)力發(fā)電機(jī)載荷帶來不利影響，如，限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。而且，葉片制造中大量使用玻璃纖維和其他從石油產(chǎn)品得到的原料，都是不可再生的。當(dāng)葉片廢棄后，產(chǎn)生的工業(yè)垃圾既難以處理，又不易回收，如若回收也成本較高，不符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。隨著發(fā)電機(jī)容量不斷擴(kuò)大，玻璃纖維已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)、載荷的要求，目前可替代的材料只有碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其適用范圍有限，且由于其價(jià)格昂貴，難以在業(yè)內(nèi)推廣。而現(xiàn)有采用重組竹材及層級竹材應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的技術(shù)，雖然能大幅降低葉片的重量，但目前還存在著制作工藝復(fù)雜、材料利用率低，難以批量生產(chǎn)等的技術(shù)缺陷。 例如在重組竹材的粗略的加工過程中，將小徑竹材直接碾壓，不能有效去除竹材當(dāng)中的竹青、竹黃部分，而該成分會對竹制材料的膠合性及力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，降低了竹材中的竹纖維的含量，從而導(dǎo)致材料強(qiáng)度的不足，導(dǎo)致采用該重組竹材或?qū)蛹壷癫牡娘L(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的強(qiáng)度降低，很難在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中進(jìn)行應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并通過改進(jìn)的制造方法，以風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中鋪設(shè)竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部分或全部取代傳統(tǒng)的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，能夠進(jìn)一步降低葉片的重量，以使其適用于大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并可提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，該葉片主要由上半殼、下半殼合模而成，所述上、下半殼之間設(shè)有起支撐作用的腹板；該葉片的根部圓柱形部分為葉根、另一端為葉尖；葉片有兩個(gè)側(cè)邊，外輪廓圓滑的一邊為前緣，另一邊為后緣；該葉片的上半殼或下半殼，或上、下半殼中鋪設(shè)有竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材。其中，所述竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材為橫截面/斷面呈矩形的長條狀。所述竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材，其兩端或其中一端呈楔形或劈形，作為鋪設(shè)時(shí)的搭接處。所述竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材在鋪設(shè)時(shí)的搭接處的位置相互錯(cuò)開。所述的上、下半殼之間起支撐作用的腹板數(shù)量為1至3個(gè)。本實(shí)用新型所提供的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，具有以下優(yōu)點(diǎn)將竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上，其性能及穩(wěn)定性除可滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片用材料的要求外，其機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性均優(yōu)于其他的含竹材的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。由于該竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材的原材料豐富，因此，不受其他條件限制，因而適合批量生產(chǎn)。應(yīng)用該竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，與傳統(tǒng)的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制作的葉片以及其他含竹材的葉片相比，具有重量輕、強(qiáng)度高等的特點(diǎn)。

圖1為現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片外形示意圖；圖2為現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的整體示意圖；圖3為圖1和圖2所示葉片的A-A向剖面示意圖；圖4為本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中采用的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材局部放大效果圖；圖5為本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材搭接結(jié)構(gòu)16示意圖；圖6為本實(shí)用新型圖3所示含有竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片縱向剖面示意圖(局部)；圖7為本實(shí)用新型竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制造方法流程圖。主要部件/組件符號說明1 葉根2:葉尖3 前緣4 后緣5 上半殼6 下半殼7 分模線8 單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料梁9 夾心材料10 腹板11 外蒙皮12:內(nèi)蒙皮[0036]13竹纖維氈[0037]14裂縫[0038]15竹纖維[0039]16搭接處[0040]17樹脂[0041]18竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及本實(shí)用新型的實(shí)施例對本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上，采用竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來代替葉片上部分玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和夾心材料等。這里，所述的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要是由單向竹纖維氈13和膠粘劑(圖中未示出)構(gòu)成，如圖4所示，單向竹纖維氈13的上、下表面及其竹壁上分別設(shè)有間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫14，該裂紋內(nèi)設(shè)有膠粘劑層，并且在定向纖維氈的上、下表面及其周圍表面均設(shè)有一薄層膠粘劑層。這里，所述的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要采用毛竹、巨龍竹、綠竹、慈竹、麻竹、雷竹和剛竹等竹材，將竹材鋸截成1. 5m到20m長度的一段竹筒，沿其直徑縱向剖成兩個(gè)半圓竹筒，并除去內(nèi)節(jié)，再通過疏散半圓竹筒內(nèi)弧表面，最后經(jīng)過干燥、浸膠、組坯和熱壓等工藝處理后制成。所述通過疏散半圓竹筒內(nèi)弧表面，具體為用滾碾設(shè)備進(jìn)行疏解，疏散過程中，對半圓竹筒內(nèi)表面不同位置進(jìn)行局部縱向切割和徑向基雅，使半圓竹筒內(nèi)弧表面疏散出間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫14，而青面保持較為完整的片狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)，對半圓竹筒內(nèi)弧表面竹黃層進(jìn)行切割、劈裂和擠壓，同時(shí)對外弧表面竹青層進(jìn)行摩擦，使竹青和竹黃層部分脫落、裂紋、碎片或碎粒狀態(tài)，調(diào)轉(zhuǎn)180度，反向疏散。如此進(jìn)行若干次反復(fù)疏散，有效疏散竹材，并去除竹材表面的竹青、竹黃部分，從而增強(qiáng)竹材的膠合性，提高竹材性能。所述干燥、浸膠、組坯和熱壓的過程具體為經(jīng)過干燥(將上述疏散過的定向竹纖維氈13在烘干箱內(nèi)干燥或晾曬干，達(dá)到含水率為8% 15%)、浸膠(將干燥后的竹纖維氈浸膠)、組坯(將上述施膠后的定向竹纖維氈均勻地鋪裝在模具中)、熱壓(采用冷進(jìn)冷出的熱壓工藝或冷壓烘干固化成型工藝)處理，最終得到竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的坯板。該坯板可以根據(jù)不同的需要切割成成材使用，如，可將上述坯板切割成實(shí)際需要竹材形狀。在本實(shí)用新型中，可將該坯板切割成縱切面呈矩形的長條狀。圖7為本實(shí)用新型竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制造方法流程圖，如圖7所示，該方法包括步驟701、模具準(zhǔn)備的步驟包括調(diào)整模具的地角水平、根部圓直徑、合模間隙、錯(cuò)模等；必要時(shí)須進(jìn)行模具清理，即將模具表面清理干凈，打脫模劑；根據(jù)需要還可設(shè)置定位鋪層標(biāo)識。步驟702、鋪設(shè)的過程，包括依次鋪設(shè)脫模布、鋪設(shè)外蒙皮層、玻纖布加強(qiáng)層、竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、然后再鋪設(shè)玻纖布加強(qiáng)層和內(nèi)蒙皮層。[0052]其中，鋪設(shè)竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)還包括鋪設(shè)芯材，該竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最佳規(guī)格為橫截面/斷面呈矩形的長條狀板材，當(dāng)然還可以加工成其他形狀，(如三棱形)，其兩端或其中一端可處理成呈楔形或劈形等形狀，以便于在鋪設(shè)時(shí)能相互嚙合，增強(qiáng)葉片的機(jī)械性能。另外，鋪設(shè)長條狀板材時(shí)，還須注意將每條竹材搭接的位置，即搭接處16相互錯(cuò)開鋪設(shè)，以避免因搭接方式的不同人為降低制成后的葉片的力學(xué)性能。例如如果搭接處16 未能明顯相互錯(cuò)開或呈一字排列，將導(dǎo)致制成后的葉片的力學(xué)性能降低，如圖5所示。該葉片的上半殼、或下半殼，或上、下半殼均可以按照上述方法進(jìn)行鋪設(shè)來制造。步驟703、灌注及預(yù)固化的過程包括在鋪層表面鋪設(shè)有孔隔離膜、導(dǎo)流網(wǎng)、布置抽氣管、灌注管，安放進(jìn)膠座，法蘭邊粘貼密封膠條，打真空袋膜，形成密閉的真空系統(tǒng)；抽真空保壓，要求真空度達(dá)到-0. IMPa, 10分鐘保壓，真空系統(tǒng)的負(fù)壓值在-0. 98MPa -0. IMPa 之間為合格；再打第二層真空袋膜，插進(jìn)膠管，保壓至-0. IMPa，檢查合格后，準(zhǔn)備實(shí)施真空導(dǎo)注；要求環(huán)境溫度、玻纖溫度、模具溫度、樹脂溫度在28V 32°C之間時(shí)，實(shí)施真空導(dǎo)注， 待導(dǎo)注完成后，進(jìn)行預(yù)估化；最后，預(yù)固化完成時(shí)，再檢測葉片的固化度(Tg)值，要求Tg值大于^°C，然后進(jìn)行葉片撕膜。步驟704、合模后固化的過程具體包括根部打磨、手糊粘接角、安放配重盒、安放接閃器、吊入腹板、試合模并測合模間隙，完成后，準(zhǔn)備合模；將所有粘接面的脫模布撕掉， 在粘接面區(qū)域刮涂結(jié)構(gòu)膠，將腹板粘到吸力面(即SS面、負(fù)壓面)并在腹板壓力面(即PS 粘接面)上刮涂結(jié)構(gòu)膠，將壓力面和負(fù)壓面粘合在一起，手糊內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)和腹板加強(qiáng)；葉片進(jìn)行后固化，要求合模后固化的溫度為75°c，然后固化7小時(shí)左右，待后固化完成后，檢測葉片的Tg值，若Tg值大于75°C，葉片起模，即可形成一個(gè)完整的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。這里，所述腹板加強(qiáng)，是指在葉片的上、下半殼體的中間放置支撐腹板10 ；腹板的數(shù)量可以為1到3個(gè)。這樣，通過上述制造過程得到的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的橫截面如圖3、圖6所示，作為典型的實(shí)施例，該葉片中的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料18切割成的板材，其長、寬、高的規(guī)格分別為長度范圍在0. 5米 40米之間，寬度可以為5毫米 50毫米，高度可以在5毫米 50 毫米之間。各所述板材間的縫隙中填充有樹脂18。另外，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中應(yīng)用該竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替單向玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料梁，但不限于此，例如，將竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的板材應(yīng)用于葉片的夾心材料等。將該竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的生產(chǎn)中，制成的產(chǎn)品通過力學(xué)測試，完全可以滿足大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的載荷要求。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，該葉片主要由上半殼、下半殼合模而成，所述上、下半殼之間設(shè)有起支撐作用的腹板；該葉片的根部圓柱形部分為葉根、另一端為葉尖；葉片有兩個(gè)側(cè)邊，外輪廓圓滑的一邊為前緣，另一邊為后緣；其特征在于，該葉片的上半殼或下半殼，或上、下半殼中鋪設(shè)有竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于，所述竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材為橫截面/斷面呈矩形的長條狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于，所述竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材，其兩端或其中一端呈楔形或劈形，作為鋪設(shè)時(shí)的搭接處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于，所述竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材在鋪設(shè)時(shí)的搭接處的位置呈錯(cuò)開排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于，所述的上、下半殼之間起支撐作用的腹板數(shù)量為1至3個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，該葉片主要由上半殼、下半殼合模而成，所述上、下半殼之間設(shè)有起支撐作用的腹板；該葉片的根部圓柱形部分為葉根、另一端為葉尖；葉片有兩個(gè)側(cè)邊，外輪廓圓滑的一邊為前緣，另一邊為后緣；該葉片的上半殼或下半殼，或上、下半殼中鋪設(shè)有竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材。將該竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/板材鋪設(shè)于該葉片的上、下半殼中，具有提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，將該竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片能夠部分或全部取代傳統(tǒng)的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，能夠進(jìn)一步降低葉片的重量，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。
文檔編號F03D1/06GK202140242SQ20112017049
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者劉海東, 朱玉亮, 王文啟 申請人:北京世紀(jì)威能科技有限公司