CN107664094A - 一种喷砂高强型风电叶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷砂高强型风电叶片及其制备方法，包括上壳体、下壳体、连接端部、支撑骨架；所述的上壳体和下壳体的两端通过连接端部进行粘接；所述的支撑骨架呈梯形结构；所述的支撑骨架设置在上壳体和下壳体之间的中部，本发明制备工序依次为壳体制作、支撑骨架制作、连接端部制作、粘接，得到本发明的风电叶片，本发明的强度高，支撑骨架外部设有喷砂层，支撑强度达到一定的高度。

Description

一种喷砂高强型风电叶片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种喷砂高强型风电叶片及其制备方法。
背景技术
风力发电是指把风的动能转为电能，风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大，因此越来越多的国家更加重视风力发电。目前，风力发电一般是通过大型的风电叶片进行的，风电叶片的强度性能尤为关键，目前的风电叶片一般是通过环氧树脂灌注各个部件，然后粘接而成，通过在环氧树脂中加入增强纤维对风电叶片的强度进行提升，使用最多的增强纤维一般是玻璃纤维和碳纤维，但是这样的材料制备出来的风电叶片强度不是很可靠，没有丝毫的韧性。
发明内容
针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：提供一种强度可靠的喷砂高强型风电叶片及其制备方法。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：
一种喷砂高强型风电叶片，包括上壳体、下壳体、连接端部、支撑骨架；所述的上壳体和下壳体的两端通过连接端部进行粘接；所述的支撑骨架呈梯形结构；所述的支撑骨架设置在上壳体和下壳体之间的中部；所述的上壳体和下壳体包括外部的环氧树脂层和内部的增强层；所述的增强层由钛合金材料制成；所述的增强层上均匀设有多个穿接孔；所述的连接端部包括环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维；所述的支撑骨架包括环氧树脂、玻璃纤维、喷砂层；所述的环氧树脂设置在玻璃纤维的外侧；所述的喷砂层设置在环氧树脂的外侧；所述的喷砂层包括石墨烯和镍粉；所述的石墨烯和镍粉的质量比为3：1～3：3。
进一步，所述的上壳体内侧和下壳体的内侧均设有卡接槽；所述的支撑骨架的上端和下端分别安装在上壳体内侧和下壳体的内侧的卡接槽内。
进一步，所述的连接端部中的环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维的重量份分别为：100份、40～50份、30～40份、5～10份。
进一步，所述的支撑骨架中的环氧树脂和玻璃纤维的体积比为1:1～1:2。
一种喷砂高强型风电叶片的制备方法， 包括步骤如下：
S1、壳体制作：在壳体模具中预埋增强层，以增强层作为骨架真空灌注环氧树脂，固化脱膜后得到上壳体和下壳体；
S2、支撑骨架制作：在上壳体和下壳体的内侧分别切割卡接槽，根据上壳体和下壳体内侧的卡接槽的形状以及上壳体和下壳体粘接后卡接槽的间距制作支撑骨架灌注模具；在支撑骨架灌注模具中各个部位预埋玻璃纤维，然后按照比例将环氧树脂真空灌注到支撑骨架灌注模具中，固化脱膜后得到支撑骨架内芯体；按照比例将石墨烯和镍粉混合后投入到喷砂机中，通过喷砂机对支撑骨架内芯体外侧的环氧树脂进行喷射石墨烯和镍粉混合料，喷射完毕后得到支撑骨架；
S3、连接端部制作：将芳香族聚酰胺纤维投入到粉碎机中进行粉碎，得到粉状体的芳香族聚酰胺纤维，然后按照比例将环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、粉状体的芳香族聚酰胺纤维进行混合，得到混合灌注料，在连接端部的模具中真空灌注混合灌注料，固化脱膜后得到连接端部；
S4、粘接：将支撑骨架的上端和下端分别安装在上壳体、下壳体的卡接槽内，将上壳体、下壳体、连接端部进行粘接，得到风电叶片。
进一步，所述的步骤S2中喷射流量500～600Kg/h；喷射速度能达140～180m/s。
进一步，所述的步骤S3中的芳香族聚酰胺纤维的粉碎时间为20～30min，转速为600～800r/min。
进一步，所述的步骤S3中混合灌注料进行搅拌混合，搅拌混合时间为20～30min。
本发明的有益效果
1、本发明在上壳体和下壳体之间的中部设置了支撑骨架，支撑骨架呈梯形结构，起到辅助支撑上壳体和下壳体的作用，本发明支撑骨架包括环氧树脂、玻璃纤维、喷砂层，环氧树脂灌注封装在玻璃纤维的外侧，喷砂层设置在环氧树脂的外侧，喷砂层为石墨烯和镍粉的混合体，通过内部玻璃纤维的和外部喷砂层的协同作用，提高了支撑骨架的外部和内部强度，通过环氧树脂作为中间体进行聚合，整个结构稳定性和强度达到很高的水平，在环氧树脂的表面进行喷砂属于本领域的先例，增强了外部的强度。
2、本发明的上壳体和下壳体包括外部的环氧树脂层和内部的增强层，增强层由钛合金材料制成并且增强层上均匀分布多个穿接孔，通过环氧树脂作为外部的皮层，增强层作为内部的增强支撑骨架，增强了强度，同时穿接孔的设置可以使环氧树脂可以在增强层的两侧相互渗透粘接，进一步增强了环氧树脂层和增强层的粘接程度，强度更加可靠。
3、本发明的连接端部包括环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维，通过玻璃纤维、碳酸钙粉料的加入增强了连接端部的强度，芳香族聚酰胺纤维是一种柔性高分子材料，通过合理的比例设置，适当增加了连接端部的柔性，如此同时增强了连接端部的强度和柔性。
附图说明
图1为本发明上壳体、下壳体、连接端部的结构示意图。
图2为本发明支撑骨架的结构示意图。
图3为本发明上壳体、下壳体的剖视结构示意图。
图4为本发明上壳体和下壳体内部的增强层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明内容作进一步详细说明。
实施例1
如图1至4所示，一种喷砂高强型风电叶片，包括上壳体1、下壳体2、连接端部3、支撑骨架5。上壳体1和下壳体2的两端通过连接端部3进行粘接。如图2所示，支撑骨架5呈梯形结构，支撑骨架5包括上端51、下端52、两侧侧部53。支撑骨架5设置在上壳体1和下壳体2之间的中部，上壳体1内侧和下壳体2的内侧均设有卡接槽4。支撑骨架5的上端51和下端52分别安装在上壳体1内侧和下壳体2的内侧的卡接槽4内。如图3所示，上壳体1和下壳体2包括外部的环氧树脂层7和内部的增强层6。本发明的增强层6由钛合金材料制成。如图4所示，增强层6上均匀设有多个穿接孔61。连接端部3包括环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维。所述的支撑骨架包括环氧树脂、玻璃纤维、喷砂层；所述的环氧树脂设置在玻璃纤维的外侧；所述的喷砂层设置在环氧树脂的外侧；所述的喷砂层包括石墨烯和镍粉；所述的石墨烯和镍粉的质量比为3：1。连接端部3中的环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维的重量份分别为：100份、40份、30份、5份。支撑骨架中的环氧树脂和玻璃纤维的体积比为1:1。
一种喷砂高强型风电叶片的制备方法， 包括步骤如下：
S1、壳体制作：在壳体模具中预埋增强层，以增强层作为骨架真空灌注环氧树脂，固化脱膜后得到上壳体和下壳体。
S2、支撑骨架制作：在上壳体和下壳体的内侧分别切割卡接槽，根据上壳体和下壳体内侧的卡接槽的形状以及上壳体和下壳体粘接后卡接槽的间距制作支撑骨架灌注模具；在支撑骨架灌注模具中各个部位预埋玻璃纤维，然后按照比例将环氧树脂真空灌注到支撑骨架灌注模具中，固化脱膜后得到支撑骨架内芯体；按照比例将石墨烯和镍粉混合后投入到喷砂机中，通过喷砂机对支撑骨架内芯体外侧的环氧树脂进行喷射石墨烯和镍粉混合料，喷射完毕后得到支撑骨架；喷射流量500Kg/h；喷射速度能达140m/s。
S3、连接端部制作：将芳香族聚酰胺纤维投入到粉碎机中进行粉碎，芳香族聚酰胺纤维的粉碎时间为20min，转速为600r/min，得到粉状体的芳香族聚酰胺纤维；然后按照比例将环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、粉状体的芳香族聚酰胺纤维进行搅拌混合，搅拌混合时间为20min，得到混合灌注料，在连接端部的模具中真空灌注混合灌注料，固化脱膜后得到连接端部。
S4、粘接：将支撑骨架的上端和下端分别安装在上壳体、下壳体的卡接槽内，将上壳体、下壳体、连接端部进行粘接，得到风电叶片。
实施例2
如图1至4所示，一种喷砂高强型风电叶片，包括上壳体1、下壳体2、连接端部3、支撑骨架5。上壳体1和下壳体2的两端通过连接端部3进行粘接。如图2所示，支撑骨架5呈梯形结构，支撑骨架5包括上端51、下端52、两侧侧部53。支撑骨架5设置在上壳体1和下壳体2之间的中部，上壳体1内侧和下壳体2的内侧均设有卡接槽4。支撑骨架5的上端51和下端52分别安装在上壳体1内侧和下壳体2的内侧的卡接槽4内。如图3所示，上壳体1和下壳体2包括外部的环氧树脂层7和内部的增强层6。本发明的增强层6由钛合金材料制成。如图4所示，增强层6上均匀设有多个穿接孔61。连接端部3包括环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维。所述的支撑骨架包括环氧树脂、玻璃纤维、喷砂层；所述的环氧树脂设置在玻璃纤维的外侧；所述的喷砂层设置在环氧树脂的外侧；所述的喷砂层包括石墨烯和镍粉；所述的石墨烯和镍粉的质量比为3：2。连接端部3中的环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维的重量份分别为：100份、45份、35份、7份。支撑骨架中的环氧树脂和玻璃纤维的体积比为1:1.5。
一种喷砂高强型风电叶片的制备方法， 包括步骤如下：
S1、壳体制作：在壳体模具中预埋增强层，以增强层作为骨架真空灌注环氧树脂，固化脱膜后得到上壳体和下壳体。
S2、支撑骨架制作：在上壳体和下壳体的内侧分别切割卡接槽，根据上壳体和下壳体内侧的卡接槽的形状以及上壳体和下壳体粘接后卡接槽的间距制作支撑骨架灌注模具；在支撑骨架灌注模具中各个部位预埋玻璃纤维，然后按照比例将环氧树脂真空灌注到支撑骨架灌注模具中，固化脱膜后得到支撑骨架内芯体；按照比例将石墨烯和镍粉混合后投入到喷砂机中，通过喷砂机对支撑骨架内芯体外侧的环氧树脂进行喷射石墨烯和镍粉混合料，喷射完毕后得到支撑骨架。喷射流量550Kg/h；喷射速度能达160m/s。
S3、连接端部制作：将芳香族聚酰胺纤维投入到粉碎机中进行粉碎，芳香族聚酰胺纤维的粉碎时间为25min，转速为700r/min，得到粉状体的芳香族聚酰胺纤维；然后按照比例将环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、粉状体的芳香族聚酰胺纤维进行搅拌混合，搅拌混合时间为25min，得到混合灌注料，在连接端部的模具中真空灌注混合灌注料，固化脱膜后得到连接端部。
S4、粘接：将支撑骨架的上端和下端分别安装在上壳体、下壳体的卡接槽内，将上壳体、下壳体、连接端部进行粘接，得到风电叶片。
实施例3
如图1至4所示，一种喷砂高强型风电叶片，包括上壳体1、下壳体2、连接端部3、支撑骨架5。上壳体1和下壳体2的两端通过连接端部3进行粘接。如图2所示，支撑骨架5呈梯形结构，支撑骨架5包括上端51、下端52、两侧侧部53。支撑骨架5设置在上壳体1和下壳体2之间的中部，上壳体1内侧和下壳体2的内侧均设有卡接槽4。支撑骨架5的上端51和下端52分别安装在上壳体1内侧和下壳体2的内侧的卡接槽4内。如图3所示，上壳体1和下壳体2包括外部的环氧树脂层7和内部的增强层6。本发明的增强层6由钛合金材料制成。如图4所示，增强层6上均匀设有多个穿接孔61。连接端部3包括环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维。所述的支撑骨架包括环氧树脂、玻璃纤维、喷砂层；所述的环氧树脂设置在玻璃纤维的外侧；所述的喷砂层设置在环氧树脂的外侧；所述的喷砂层包括石墨烯和镍粉；所述的石墨烯和镍粉的质量比为3：3。连接端部3中的环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维的重量份分别为：100份、50份、40份、10份。支撑骨架中的环氧树脂和玻璃纤维的体积比为1:2。。
一种喷砂高强型风电叶片的制备方法， 包括步骤如下：
S1、壳体制作：在壳体模具中预埋增强层，以增强层作为骨架真空灌注环氧树脂，固化脱膜后得到上壳体和下壳体。
S2、支撑骨架制作：在上壳体和下壳体的内侧分别切割卡接槽，根据上壳体和下壳体内侧的卡接槽的形状以及上壳体和下壳体粘接后卡接槽的间距制作支撑骨架灌注模具；在支撑骨架灌注模具中各个部位预埋玻璃纤维，然后按照比例将环氧树脂真空灌注到支撑骨架灌注模具中，固化脱膜后得到支撑骨架内芯体；按照比例将石墨烯和镍粉混合后投入到喷砂机中，通过喷砂机对支撑骨架内芯体外侧的环氧树脂进行喷射石墨烯和镍粉混合料，喷射完毕后得到支撑骨架。喷射流量600Kg/h；喷射速度能达180m/s。
S3、连接端部制作：将芳香族聚酰胺纤维投入到粉碎机中进行粉碎，芳香族聚酰胺纤维的粉碎时间为30min，转速为800r/min，得到粉状体的芳香族聚酰胺纤维；然后按照比例将环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、粉状体的芳香族聚酰胺纤维进行搅拌混合，搅拌混合时间为30min，得到混合灌注料，在连接端部的模具中真空灌注混合灌注料，固化脱膜后得到连接端部。
S4、粘接：将支撑骨架的上端和下端分别安装在上壳体、下壳体的卡接槽内，将上壳体、下壳体、连接端部进行粘接，得到风电叶片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种喷砂高强型风电叶片，其特征在于，包括上壳体、下壳体、连接端部、支撑骨架；所述的上壳体和下壳体的两端通过连接端部进行粘接；所述的支撑骨架呈梯形结构；所述的支撑骨架设置在上壳体和下壳体之间的中部；所述的上壳体和下壳体包括外部的环氧树脂层和内部的增强层；所述的增强层由钛合金材料制成；所述的增强层上均匀设有多个穿接孔；所述的连接端部包括环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维；所述的支撑骨架包括环氧树脂、玻璃纤维、喷砂层；所述的环氧树脂设置在玻璃纤维的外侧；所述的喷砂层设置在环氧树脂的外侧；所述的喷砂层包括石墨烯和镍粉；所述的石墨烯和镍粉的质量比为3：1～3：3。
2.根据权利要求1所述的喷砂高强型风电叶片，其特征在于，所述的上壳体内侧和下壳体的内侧均设有卡接槽；所述的支撑骨架的上端和下端分别安装在上壳体内侧和下壳体的内侧的卡接槽内。
3.根据权利要求1所述的喷砂高强型风电叶片，其特征在于，所述的连接端部中的环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、芳香族聚酰胺纤维的重量份分别为：100份、40～50份、30～40份、5～10份。
4.根据权利要求1所述的喷砂高强型风电叶片，其特征在于，所述的支撑骨架中的环氧树脂和玻璃纤维的体积比为1:1～1:2。
5.一种喷砂高强型风电叶片的制备方法，其特征在于， 包括步骤如下：
S1、壳体制作：在壳体模具中预埋增强层，以增强层作为骨架真空灌注环氧树脂，固化脱膜后得到上壳体和下壳体；
S2、支撑骨架制作：在上壳体和下壳体的内侧分别切割卡接槽，根据上壳体和下壳体内侧的卡接槽的形状以及上壳体和下壳体粘接后卡接槽的间距制作支撑骨架灌注模具；在支撑骨架灌注模具中各个部位预埋玻璃纤维，然后按照比例将环氧树脂真空灌注到支撑骨架灌注模具中，固化脱膜后得到支撑骨架内芯体；按照比例将石墨烯和镍粉混合后投入到喷砂机中，通过喷砂机对支撑骨架内芯体外侧的环氧树脂进行喷射石墨烯和镍粉混合料，喷射完毕后得到支撑骨架；
S3、连接端部制作：将芳香族聚酰胺纤维投入到粉碎机中进行粉碎，得到粉状体的芳香族聚酰胺纤维，然后按照比例将环氧树脂、玻璃纤维、碳酸钙粉料、粉状体的芳香族聚酰胺纤维进行混合，得到混合灌注料，在连接端部的模具中真空灌注混合灌注料，固化脱膜后得到连接端部；
S4、粘接：将支撑骨架的上端和下端分别安装在上壳体、下壳体的卡接槽内，将上壳体、下壳体、连接端部进行粘接，得到风电叶片。
6.根据权利要求5所述的喷砂高强型风电叶片的制备方法，其特征在于，所述的步骤S2中喷射流量500～600Kg/h；喷射速度能达140～180m/s。
7.根据权利要求5所述的喷砂高强型风电叶片的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3中的芳香族聚酰胺纤维的粉碎时间为20～30min，转速为600～800r/min。
8.根据权利要求5所述的喷砂高强型风电叶片的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3中混合灌注料进行搅拌混合，搅拌混合时间为20～30min。
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