CN105904746A - 风力叶片用的热固性碳纤维板制造方法及生产线 - Google Patents

Abstract

一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造方法及生产线，其特征是采用以下步骤：首先，将碳纤维从张力纱架（1）上引入密封浸胶盒（2）中进行浸渍，该密封浸胶盒有全自动配供料装置（3）根据检测到的密封浸胶盒内的压力、胶位自动注胶；其次，使浸渍后的碳纤维进入固化模（5）进行加热固化定型得到碳纤维板，同时在固化模（5）的出口端加装对中校正机构，使固化后的碳纤维板保持设定的直线度从固化模（5）中牵引而出；第三，将固化后碳纤维板引入一表面处理装置（6）进行表面抛光加工，使抛光后的碳纤维板的表面粗糙度保持在0.3‑1.0微米之间；第四，将经过表面抛光加工的碳纤维板在牵引机构（7）的牵引下送入收卷机构进行收卷。本发明方法简单，生产效率高，质量好。

Description

风力叶片用的热固性碳纤维板制造方法及生产线

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术，尤其是一种用于生产3兆瓦以上的风力叶片加固用的碳板技术，具体地说是一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造方法及生产线。

背景技术

众所周知，我国可开发利用的风能资源约为2.53亿千瓦，新疆、内蒙至东北和东南沿海两大主风带有效风力时间百分率在70%以上，因而我国开发风能已具备了良好的自然环境和资源条件。近几年来，随着电网覆盖程度的提高，我国在新疆、内蒙、广东等地区建立了20多座风力发电场，总装机容量达302MW，对缓解当地电力供应矛盾、提高供电质量起到了很好的作用。风力的开发加速了我国能源结构改革的进程。

我国风力发电起步较晚，但发展较快。自80年末引进大型风力发电机以来，经过十多年的不断引进、消化、吸收，积累了一定的经验。我国并网型风力发电技术在80年代中期开始进行试验、示范，经过二十多年的努力，为今后进行国产化风力发电机组的规模化生产打下了基础，同时也为推动国家风电产业化进程做出了努力。

碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%， 强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明， 一个旋转直径为120m的风机的叶片， 由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤／玻纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。VestaWind System 公司的V90型3.0 MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80 型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34 m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。

使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。

随着新材料广泛的应用，对热固性复合材料拉挤工艺及装备的技术要求日益提高，传统的热固性复合材料拉挤工艺及装备已不能够满足当前风力叶片用碳纤维板工艺及生产需求。其主要缺陷是工艺落后，生产环境有毒气体浓度超标，生产原材料浪费大，控制系统落后，自动化程度低，生产效率低，制品质量不稳定。

发明内容

本发明的目的是针对目前风电叶片因采用玻纤材料而存在重量大的问题，发明一种利用碳纤维制造叶片垫板、衬板或梁的方法及生产线。

本发明的技术方案之一是：

一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，将碳纤维从张力纱架1上引入密封浸胶盒2中进行浸渍，该密封浸胶盒有全自动配供料装置3根据检测到的密封浸胶盒内的压力、胶位自动注胶，保证碳纤维在设定的压力下充分浸渍；

其次，使浸渍后的碳纤维进入固化模5进行加热固化定型得到碳纤维板，同时在固化模5的出口端加装对中校正机构，使固化后的碳纤维板保持设定的直线度从固化模5中牵引而出；

第三，将固化后碳纤维板引入一表面处理装置6进行表面抛光加工，使抛光后的碳纤维板的表面粗糙度保持在0.3-1.0微米之间；

第四，将经过表面抛光加工的碳纤维板在牵引机构7的牵引下送入收卷机构进行收卷，同时在表面处理装置出口端与牵引之间加装直线度检测仪，该直线度检测仪将检测信号反馈到对中校正机构，以使碳纤维板的直线度在5000米长度范围内保持在4/10000之内。

所述的密封浸胶盒内的压力为0.01-3.0MPA。

所述的表面处理装置为带式循环抛光机。

所述的直线度检测仪为远红外光电直线仪。

本发明的技术方案之二是：

一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造生产线，其特征是它包括：

一张力纱架1，该张力纱架1用于为碳纤维板制造提供源源不断的原料；

一密封浸胶盒2，该密封浸胶盒2用于对从张力纱架1上引出的碳纤维进行浸胶，以便使碳纤维丝表面粘结上热固化胶，为下一步热固化成型奠定基础；通过控制密封浸胶盒2内的胶量使其内部压力控制在0.01-3.0MPA之间；

一全自动配供料装置3，该全自动配供料装置3用于向密封浸胶盒2中注入经过搅拌的热固化胶，并根据检测到的密封浸胶盒2中的压力实现热固化胶的自动供料；

一固化模5，该固化模用于将经过浸渍的碳纤维进行加热固化并在成型模具的约束下形成碳纤维板，在固化模5中安装有一到三个加热器4以实现单段或多段热固化；在固化模5的出口处安装有对中校正机构6以使调整碳纤维板的直线度，以使碳纤维板在后续的加工过程中保持在4/1000的直线度；

一表面处理装置8，该表面处理装置8安装在固化模5出口端一侧，用于对经过热固化成型的碳纤维板进行表面抛光处理，使得碳纤维板的表面粗糙度控制在0.3-1.0微米之间；

一直线度检测仪7，该直线度检测仪7安装在表面处理装置8与牵引机构9之间，用于检测经过抛光处理后的碳纤维板的直线度，并将检测信息反馈到固化模5出口中端的对中校正机构6中，驱动中校正机构6实时调整碳纤维板11拉出固化模5时的角度，从而使碳纤维板的直线度保持在设定值范围之内；

一收卷机构10，该收卷机构10用于将加工成型的碳纤维板收眷顾后便于储存的运输，卷状碳纤维板运输到加工现场展开后进行切割加工作为风力叶片梁板或垫板使用。

所述的表面处理装置8由拉挤模具801、电加热装置802、抛光带803和驱动机构804组成，电加热装置用于对进入拉挤模具801中的碳纤维板进行加热以便于抛光的进行，加热温度控制在100-200℃，抛光带803在驱动机构804的带动下旋转对经过拉挤模具801的碳纤维板11的双面进行抛光。

所述的全自动配供料装置3的供胶速度为0.01-20升/分钟。

本发明的有益效果：

①本发明采用纤维密封浸胶盒，提高了纤维与树脂的浸润效果，解决操作环境污染的问题。

②注胶与拉挤和制品收卷全程采用闭环控制，提高了生产效率和生产质量。制品开机一次连续生产5000米，制品的直线度达到4/10000mm。

③全自动储料机构优势：

有效隔绝树脂、固化剂与空气中水分的接触，保证树脂性能的稳定性。

④自动吸料系统优势：

直接从树脂桶内，利用大气压，将树脂直接转移到专用储料桶内。与传统工艺相比，有效地避免了树脂的二次污染。

⑤储料机构的加热搅拌机构优势：

长期保证树脂、固化剂在一个稳定的恒温状态，使树脂、固化剂的流动性时刻处于最佳状态。如果原材料内含有填料等其他多组分配方，长期搅拌可有效避免分层等现象发生。与传统工艺相比，避免树脂的冷热变化导致流行性差异引发浸润、固化等问题发生，避免树脂放置时配方分层。

⑥自动搅拌系统优势：

采用小量树脂多次搅拌的方式，使树脂充分搅拌均匀。与传统配料相比，搅拌速度快，根容易充分搅拌。

⑦混交设备整体优势：

树脂即用即配，树脂操作器无限延长，定量配比减少不必要的浪费，有效的提高树脂利用率。环境干净、树脂气味散发量少。

⑧制品在拉挤过程中易产生弯曲跑偏，本发明采用远红外光电直线仪在线检测制品的弯曲度，用信号反馈方法校核模具对中，从而使制品满足直线度要求。

本发明解决了传统的热固性塑料落后的拉挤工艺，使制品在生产时连续性满足5000m长度，直线度连续化程度达到4/10000mm，表面粗糙度为▽0.3~▽1.0。

本发明能降低生产成本，提到生产率，满足不同材料的复合技术拉挤工艺的生产需要。

附图说明

图1是本发明的生产线组成示意图。

图2是本发明的表面处理装置结构示意图。

图3是本发明的全自动配供料装置的工作原理图。

图4是安装有本发明碳纤维坟强板的风电叶片结构示意图。

图中12为叶片基体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1-4所示。

一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造方法，如图1所示，它包括以下步骤：

首先，将碳纤维从张力纱架1上引入密封浸胶盒2中进行浸渍，该密封浸胶盒有全自动配供料装置3根据检测到的密封浸胶盒内的压力、胶位自动注胶，保证碳纤维在设定的压力下充分浸渍；密封浸胶盒内的压力为0.01-3.0MPA。全自动配供料装置3工作原理如图3所示，环氧与聚氨酯及热塑性树脂混料比为100:20至100:200，供料范围为0.01L~20.0L；

其次，使浸渍后的碳纤维进入固化模5进行三段加热固化定型得到碳纤维板，同时在固化模5的出口端加装对中校正机构（可采用现有技术自行设计或直接从市场采购），使固化后的碳纤维板保持设定的直线度从固化模5中牵引而出；

第三，将固化后碳纤维板引入一表面处理装置6进行表面抛光加工，使抛光后的碳纤维板的表面粗糙度保持在0.3-1.0微米之间；所述的表面处理装置可采用图2所示的带式循环抛光机；

第四，将经过表面抛光加工的碳纤维板在牵引机构7的牵引下送入收卷机构进行收卷，同时在表面处理装置出口端与牵引之间加装直线度检测仪（可采用远红外光电直线仪加以实现），该直线度检测仪将检测信号反馈到对中校正机构，以使碳纤维板的直线度在5000米长度范围内保持在4/10000之内。收卷机构10将加工成型的碳纤维板收眷顾后便于储存的运输，卷状碳纤维板运输到加工现场展开后进行切割加工作为风力叶片梁板或垫板使用，如图4所示。

实施例二。

如图1-4所示。

一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造生产线，如图1所示，它包括：

一张力纱架1，该张力纱架1用于为碳纤维板制造提供源源不断的原料；

一密封浸胶盒2，该密封浸胶盒2用于对从张力纱架1上引出的碳纤维进行浸胶，以便使碳纤维丝表面粘结上热固化胶，为下一步热固化成型奠定基础；通过控制密封浸胶盒2内的胶量使其内部压力控制在0.01-3.0MPA之间；

一全自动配供料装置3（可根据图3的要求自行设计制造），该全自动配供料装置3用于向密封浸胶盒2中注入经过搅拌的热固化胶，并根据检测到的密封浸胶盒2中的压力实现热固化胶的自动供料；所述的全自动配供料装置3的供胶速度为0.01-20升/分钟，其工作原理如图3所示。

一固化模5，该固化模用于将经过浸渍的碳纤维进行加热固化并在成型模具的约束下形成碳纤维板，在固化模5中安装有一到三个加热器4以实现单段或多段热固化；在固化模5的出口处安装有对中校正机构6以使调整碳纤维板的直线度，以使碳纤维板在后续的加工过程中保持在4/1000的直线度；

一表面处理装置8，该表面处理装置8安装在固化模5出口端一侧，用于对经过热固化成型的碳纤维板进行表面抛光处理，使得碳纤维板的表面粗糙度控制在0.3-1.0微米之间；所述的表面处理装置8由拉挤模具801、电加热装置802、抛光带803和驱动机构804组成，如图2所示，电加热装置用于对进入拉挤模具801中的碳纤维板进行加热以便于抛光的进行，加热温度控制在100-200℃，抛光带803在驱动机构804的带动下旋转对经过拉挤模具801的碳纤维板11的双面进行抛光。

一直线度检测仪7（可采用远红外光电直线仪加以实现），该直线度检测仪7安装在表面处理装置8与牵引机构9之间，用于检测经过抛光处理后的碳纤维板的直线度，并将检测信息反馈到固化模5出口中端的对中校正机构6中，驱动中校正机构6实时调整碳纤维板11拉出固化模5时的角度，从而使碳纤维板的直线度保持在设定值范围之内；

一收卷机构10，该收卷机构10用于将加工成型的碳纤维板收眷顾后便于储存的运输，卷状碳纤维板运输到加工现场展开后进行切割加工作为风力叶片梁板或垫板使用。

本发明的生产线可获得：

(1)制品表面粗糙度为▽0.1~▽1.0微米，循环机构可在线连续性使用。

(2)采用密封压力浸胶盒，提高了纤维与树脂的界面强度。

(3)注胶与拉挤和制品收卷全程采用闭环控制，提高了制品的开机一次连续生产5000米，制品的直线度控制在。

(4)自动全密闭储料机构优势：

有效隔绝树脂、固化剂与空气中水分的接触，保证树脂性能的稳定性。

自动吸料系统优势：

直接从树脂桶内，利用大气压，将树脂直接转移到专用储料桶内。与传统工艺相比，有效地避免了树脂的二次污染。

储料机构的加热搅拌机构优势：

长期保证树脂、固化剂在一个稳定的恒温状态，使树脂、固化剂的流动性时刻处于最佳状态。如果原材料内含有填料等其他多组分配方，长期搅拌可有效避免分层等现象发生。与传统工艺相比，避免树脂的冷热变化导致流行性差异引发浸润、固化等问题发生，避免树脂放置时配方分层。

自动搅拌系统优势：

采用小量树脂多次搅拌的方式，使树脂充分搅拌均匀。与传统配料相比，搅拌速度快，根容易充分搅拌。

混交设备整体优势：

树脂即用即配，树脂操作期无限延长，定量配比减少不必要的浪费，有效的提高树脂利用率。环境干净、树脂气味散发量少。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，将碳纤维从张力纱架（1）上引入密封浸胶盒（2）中进行浸渍，该密封浸胶盒有全自动配供料装置（3）根据检测到的密封浸胶盒内的压力、胶位自动注胶，保证碳纤维在设定的压力下充分浸渍；

其次，使浸渍后的碳纤维进入固化模（5）进行加热固化定型得到碳纤维板，同时在固化模（5）的出口端加装对中校正机构，使固化后的碳纤维板保持设定的直线度从固化模（5）中牵引而出；

第三，将固化后碳纤维板引入一表面处理装置（6）进行表面抛光加工，使抛光后的碳纤维板的表面粗糙度保持在0.3-1.0微米之间；

第四，将经过表面抛光加工的碳纤维板在牵引机构（7）的牵引下送入收卷机构进行收卷，同时在表面处理装置出口端与牵引之间加装直线度检测仪，该直线度检测仪将检测信号反馈到对中校正机构，以使碳纤维板的直线度在5000米长度范围内保持在4/10000之内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的密封浸胶盒内的压力为0.01-3.0MPA。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的表面处理装置为带式循环抛光机。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的直线度检测仪为远红外光电直线仪。

5.一种风力叶片用的热固性碳纤维板制造生产线，其特征是它包括：

一张力纱架（1），该张力纱架（1）用于为碳纤维板制造提供源源不断的原料；

一密封浸胶盒（2），该密封浸胶盒（2）用于对从张力纱架（1）上引出的碳纤维进行浸胶，以便使碳纤维丝表面粘结上热固化胶，为下一步热固化成型奠定基础；通过控制密封浸胶盒（2）内的胶量使其内部压力控制在0.01-3.0MPA之间；

一全自动配供料装置（3），该全自动配供料装置（3）用于向密封浸胶盒（2）中注入经过搅拌的热固化胶，并根据检测到的密封浸胶盒（2）中的压力实现热固化胶的自动供料；

一固化模（5），该固化模用于将经过浸渍的碳纤维进行加热固化并在成型模具的约束下形成碳纤维板，在固化模（5）中安装有一到三个加热器（4）以实现单段或多段热固化；在固化模（5）的出口处安装有对中校正机构（6）以使调整碳纤维板的直线度，以使碳纤维板在后续的加工过程中保持在4/1000的直线度；

一表面处理装置（8），该表面处理装置（8）安装在固化模（5）出口端一侧，用于对经过热固化成型的碳纤维板进行表面抛光处理，使得碳纤维板的表面粗糙度控制在0.3-1.0微米之间；

一直线度检测仪（7），该直线度检测仪（7）安装在表面处理装置（8）与牵引机构（9）之间，用于检测经过抛光处理后的碳纤维板的直线度，并将检测信息反馈到固化模（5）出口中端的对中校正机构（6）中，驱动中校正机构（6）实时调整碳纤维板（11）拉出固化模（5）时的角度，从而使碳纤维板的直线度保持在设定值范围之内；

一收卷机构（10），该收卷机构（10）用于将加工成型的碳纤维板收眷顾后便于储存的运输。

6.根据权利要求5所述的生产线，其特征是所述的表面处理装置（8）由拉挤模具（801）、电加热装置（802）、抛光带（803）和驱动机构（804）组成，电加热装置用于对进入拉挤模具（801）中的碳纤维板进行加热以便于抛光的进行，加热温度控制在100-200℃，抛光带（803）在驱动机构（804）的带动下旋转对经过拉挤模具（801）的碳纤维板11）的双面进行抛光。

7.根据权利要求5所述的生产线，其特征是所述的全自动配供料装置（3）的供胶速度为0.01-20升/分钟。