CN108623999A - 一种风力发电机叶片用复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机叶片用复合材料及其制备方法，所述复合材料由以下质量百分含量的原料组成：环氧树脂35‑60％、玻璃纤维10‑30％、碳纳米管2‑5％、加工助剂1.4‑5.0％、稀释剂4‑6％、偶联剂0.2‑0.5％，余量为固化剂。本发明风力发电机叶片用复合材料，可以改善现有技术的缺点，玻璃纤维可以增强热塑性树脂复合材料因为纤维在基体树脂中存在方式不仅是连续的，而且还以大致平行的方式排列，纤维在其长度方向上能充分发挥纤维的高强高模特性，因此能够保证风力发电机叶片的整体机械性能。另外，加入的碳纳米管可以增强复合材料的拉伸性能、疲劳性能和断裂韧性，同时增加复合材料抗老化能能力。

Description

一种风力发电机叶片用复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维增强热塑性树脂复合材料技术领域，具体涉及一种风力发电机叶片用复合材料及其制备方法。
背景技术
叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件。恶劣的环境和长期不停地运转，要求叶片具有比重轻，耐疲劳强度、耐腐蚀、耐紫外线照射和耐雷击等优异性能，且要求安装、维护费用低。因此能够生产出优质的叶片就需要有性能优越及适宜的原材料作保证。纤维增强复合材料因为具有比强度高、比模量大等优点，是作为风力发电机叶片生产的首选材料。
但目前风力发电机叶片用复合材料存在着机械强度不足、耐老化能力差等缺点，难以满足生产需要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高强度、高模量和耐老化的风力发电机叶片用复合材料。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种风力发电机叶片用复合材料，所述复合材料由以下质量百分含量的原料组成：
在其中一个实施例中，所述复合材料由以下质量百分含量的原料组成：
在其中一个实施例中，所述环氧树脂为重量比为1：(0.5-5)的双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂的混合物。
在其中一个实施例中，所述稀释剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚。
在其中一个实施例中，所述偶联剂为KH560。
在其中一个实施例中，所述固化剂为环氧树脂固化剂T31。
在其中一个实施例中，所述功能助剂包括润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂和相容剂。
在其中一个实施例中，所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为抗氧剂1076；所述光稳定剂为HALS受阻胺；所述紫外线吸收剂为二苯甲酮；所述相容剂为乙撑双硬脂酰胺。
在其中一个实施例中，所述润滑剂在所述复合材料中的质量含量为0.1-0.5％；所述抗氧剂在所述复合材料中的质量含量为0.5-1.5％；所述光稳定剂在所述复合材料中的质量含量为0.2-0.8％；所述紫外线吸收剂在所述复合材料中的质量含量为0.1-0.3％；所述相容剂在所述复合材料中的质量含量为0.3-1.2％。
本发明还提供了所述风力发电机叶片用复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在室温条件下，将玻璃纤维通过低温等离子处理箱，并且装箱备用；
(2)将碳纳米管放入高速搅拌机中，在高速搅拌的条件下，缓慢倒入偶联剂，并使偶联剂均匀的包覆在碳纳米管的表面；
(3)按配比将环氧树脂、加工助剂、稀释剂和固化剂搅拌混合均匀，得到混合基料；
(4)把步骤(1)处理后的玻璃纤维、步骤(2)处理后的碳纳米管与步骤(3)的混合基料加入双螺杆挤出，经双螺杆挤出机在260-280℃温度下熔融、混炼、挤出造粒即得风力发电机叶片用复合材料。
本发明与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明风力发电机叶片用复合材料，可以改善现有技术的缺点，玻璃纤维可以增强热塑性树脂复合材料因为纤维在基体树脂中存在方式不仅是连续的，而且还以大致平行的方式排列，纤维在其长度方向上能充分发挥纤维的高强高模特性，因此能够保证风力发电机叶片的整体机械性能。另外，加入的碳纳米管可以增强复合材料的拉伸性能、疲劳性能和断裂韧性，同时增加复合材料抗老化能能力。
(2)本发明合理选用各种原料并合理设置各种原料的加入量，并于其中中加入加工助剂，使制得的复合材料具有优异的机械性能、耐候性，可满足风力发电用叶片的要求。
(3)本发明的风力发电机叶片用复合材料的制备工艺简单，容易实现工业化生产。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施一种风力发电机叶片用复合材料，包含以下质量百分含量的原料组分见表1 所示：
表1实施例1的风力发电机叶片用复合材料的原料
本实施例的的风力发电机叶片用复合材料具体制备步骤如下：
(1)在室温条件下，将玻璃纤维以2m/s的速度通过低温等离子处理箱，并且装箱备用；
(2)将碳纳米管放入高速搅拌机中，在高速搅拌的条件下，缓慢倒入偶联剂，并使偶联剂均匀的包覆在碳纳米管的表面；
(3)按配比将环氧树脂、加工助剂、稀释剂和固化剂搅拌混合均匀，得到混合基料；
(4)把步骤(1)处理后的玻璃纤维、步骤(2)处理后的碳纳米管与步骤(3)的混合基料加入双螺杆挤出，经双螺杆挤出机在260-280℃温度下熔融、混炼、挤出造粒即得风力发电机叶片用复合材料；在挤出过程中，挤出机的螺杆转速为300rpm，切料速度为450rpm，玻璃纤维喂料转数为40转/min，碳纳米管喂料转数为20转/min，切料速度为450rpm。
实施例2
本实施一种风力发电机叶片用复合材料，包含以下质量百分含量的原料组分见表2 所示：
表2实施例2的风力发电机叶片用复合材料的原料
本实施例的风力发电机叶片用复合材料具体制备方法同实施例1。
实施例3
本实施一种风力发电机叶片用复合材料，包含以下质量百分含量的原料组分见表3 所示：
表3实施例3的风力发电机叶片用复合材料的原料
本实施例的风力发电机叶片用复合材料具体制备方法同实施例1。
实施例4
本实施一种风力发电机叶片用复合材料，包含以下质量百分含量的原料组分见表4 所示：
表4实施例4的风力发电机叶片用复合材料的原料
本实施例的风力发电机叶片用复合材料具体制备方法同实施例1。
实施例5
本实施一种风力发电机叶片用复合材料，包含以下质量百分含量的原料组分见表5 所示：
表5实施例5的风力发电机叶片用复合材料的原料
本实施例的风力发电机叶片用复合材料具体制备方法同实施例1。
本发明风力发电机叶片用复合材料，可以改善现有技术的缺点，玻璃纤维可以增强热塑性树脂复合材料因为纤维在基体树脂中存在方式不仅是连续的，而且还以大致平行的方式排列，纤维在其长度方向上能充分发挥纤维的高强高模特性，因此能够保证风力发电机叶片的整体机械性能。另外，加入的碳纳米管可以增强复合材料的拉伸性能、疲劳性能和断裂韧性，同时增加复合材料抗老化能能力。
上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下质量百分含量的原料组成：
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下质量百分含量的原料组成：
3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为重量比为1：(0.5-5)的双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂的混合物。
4.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述稀释剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚。
5.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述偶联剂为KH560。
6.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述固化剂为环氧树脂固化剂T31。
7.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述功能助剂包括润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、紫外线吸收剂和相容剂。
8.根据权利要求7所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙；所述抗氧剂为抗氧剂1076；所述光稳定剂为HALS受阻胺；所述紫外线吸收剂为二苯甲酮；所述相容剂为乙撑双硬脂酰胺。
9.根据权利要求8所述的风力发电机叶片用复合材料，其特征在于，所述润滑剂在所述复合材料中的质量含量为0.1-0.5％；所述抗氧剂在所述复合材料中的质量含量为0.5-1.5％；所述光稳定剂在所述复合材料中的质量含量为0.2-0.8％；所述紫外线吸收剂在所述复合材料中的质量含量为0.1-0.3％；所述相容剂在所述复合材料中的质量含量为0.3-1.2％。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的风力发电机叶片用复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在室温条件下，将玻璃纤维通过低温等离子处理箱，并且装箱备用；
(2)将碳纳米管放入高速搅拌机中，在高速搅拌的条件下，缓慢倒入偶联剂，并使偶联剂均匀的包覆在碳纳米管的表面；
(3)按配比将环氧树脂、加工助剂、稀释剂和固化剂搅拌混合均匀，得到混合基料；
(4)把步骤(1)处理后的玻璃纤维、步骤(2)处理后的碳纳米管与步骤(3)的混合基料加入双螺杆挤出，经双螺杆挤出机在260-280℃温度下熔融、混炼、挤出造粒即得风力发电机叶片用复合材料。
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