CN112575427A - 一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，包括：0°经纱、第一纬纱、第二纬纱、第三纬纱和捆绑纱，所述第一纬纱沿预设角度+M°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述第二纬纱沿90°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述第三纬纱沿预设角度‑N°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述捆绑纱将所述0°经纱、所述第一纬纱、所述第二纬纱、所述第三纬纱编在一起。本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，采用高模量高强度玻璃纤维纱线的设计，可以有效提升玻璃钢0°拉伸强度与0°拉伸模量，达到叶片灌注速率快、机械力学性能好的效果。

Description

一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃纤维制品技术领域，尤其涉及一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物及其制备方法。
背景技术
随着海上风电的兴起，风电叶片大型化成为提高单机发电效率，降低综合成本的必然趋势，在保证叶片质量安全的前提下增加叶片的长度，提高风电机组单机功率是目前增加风能发电量较为直接的方式之一，这就对叶片制造用增强材料玻璃纤维缝编织物的性能提出了更高的要求。
主梁在叶片中的主要作用是提供叶片挥舞方向上的刚度，承载叶片的大部分弯矩载荷，可谓是叶片的核心。主梁设计的好坏，直接影响整机的净空安全性。陆上风电叶片，以3MW机组为例，行业内主要使用E-UD1200/M50、E-UD1250等织物，普通模量玻纤，通过计算，强度和模量已达不到海上风电的要求。同时，主梁生产过程中，也存在铺层数量多，铺层难度大，灌注时间长，灌注风险高，生产耗时长问题等。如何减少织物铺层，提高树脂流动效率，成为风电行业的一大难题。
因此，在织物设计阶段，如何提高叶片性能，提高叶片对抗严苛环境的能力，成为叶片设计厂家乃至整个行业所重点关注的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，采用高模量高强度玻璃纤维纱的设计，可以有效提升玻璃钢0°方向拉伸强度与0°方向拉伸模量，达到叶片灌注速率快、机械力学性能好的效果。
根据本发明的一个方面，提供一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，包括：0°经纱、第一纬纱、第二纬纱、第三纬纱和捆绑纱，第一纬纱沿预设角度+M°交叉铺纬在0°经纱上，第二纬纱沿90°交叉铺纬在0°经纱上，第三纬纱沿预设角度-N°交叉铺纬在0°经纱上，捆绑纱将0°经纱、第一纬纱、第二纬纱、第三纬纱编在一起。
可选择地，其中，0<M<90，0<N<90。
可选择地，高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的总单位面积质量为1477～1508g/m2。
可选择地，其中，M+N＝90。
可选择地，其中，30≤M≤60，30≤N≤60。
可选择地，其中，M＝N＝45。
可选择地，0°经纱为玻璃纤维，0°经纱的单位面积质量为1335～1350g/m2；第一纬纱为玻璃纤维，第一纬纱的单位面积质量为45～55g/m2；第二纬纱为玻璃纤维，第二纬纱的单位面积质量为14～24g/m2；第三纬纱为玻璃纤维，第三纬纱的单位面积质量为55～65g/m2。
可选择地，捆绑纱为涤纶丝，涤纶丝的密度为5～9ends/inch，涤纶丝的针脚长度为3.00～6.00mm，涤纶丝的单位面积质量为18～24g/m2。
可选择地，涤纶丝的弹性为180～220D低弹。
根据本发明的另一个方面，提供了一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)由经纱架和张力杆导入0°经纱，并由经纱架和张力杆控制0°经纱的张力，张力范围控制在120～200cN；
(2)由纬纱架导入第一纬纱、第二纬纱和第三纬纱，第一纬纱沿预设角度+M°交叉铺纬在0°经纱上，第二纬纱沿90°交叉铺纬在0°经纱上，第三纬纱沿预设角度-N°交叉铺纬在0°经纱上；
(3)由盘头导入捆绑纱，通过经平或变经平的编织方式将0°经纱、第一纬纱、第二纬纱、第三纬纱编在一起。
可选择地，编织设备中经纱导纱针的密度与捆绑纱的密度相同。
根据本发明的再一个方面，提供了一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物在制作风电叶片中的应用。
本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，采用高模量高强度玻璃纤维纱线的设计，可以有效提升玻璃钢0°拉伸强度与0°拉伸模量，达到叶片灌注速率快、机械力学性能好的特点。在提高树脂流动效率方面，对织物进行重构和优化：1)涤纶丝密度与经纱密度相同，这样可以使每根经纱均被涤纶丝单独缝编，不产生经纱刺破，经纱通道明显。2)多束纬纱沿不同的预设角度交叉铺设在0°经纱上形成“交叉类导流网”设计，优选的，第一纬纱与第三纬纱垂直铺设，可有效提高织物的层间孔隙，进一步增强导流效果。上述两项改进可有效提高树脂流动速率，达到叶片主梁生产灌注过程中消耗时间缩短、灌注后质量有显著提高的目的。
本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物原材料不变的情况下，提升织物单位面积质量玻璃纤维织物的物理机械性能也可以得到提升，经纱与纬纱的单位面积分别与玻璃纤维织物的径向和纬向的力学性能成正相关影响。发明人发现，0°经纱的单位面积质量在1335～1350g/m2范围内，第一纬纱的单位面积质量在45～55g/m2范围内，第二纬纱的单位面积质量在14～24g/m2范围内，第三纬纱的单位面积质量在55～65g/m2范围内，本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物与树脂结合后形成的复合材料的物理机械性能得到提升。本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物与树脂结合后形成的复合材料比玻璃纤维织物与树脂结合后形成的复合材料相比在0°拉伸模量提升10～15％，0°拉伸强度提升15～20％。
本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物与树脂结合形成的复合材料的拉伸强度可达1400～1500Mpa，拉伸模量50～54GPa；压缩强度为850～950MPa，压缩模量为48～53GPa；剪切强度为48～53MPa，剪切模量为4～6MPa。与普通高模量玻璃纤维织物与树脂形成的复合材料相比，力学性能表现提高15％以上。
本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其灌注过程中树脂流动性能表现为：与30层织物树脂真空垂直灌注速率对比：高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，出现第一块树脂运动点(初始灌注)时间：16分10秒，完全灌注时间：24分30秒；树脂流动性能表现相比传统织物提高20％以上。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的生产流程图。
图2是本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物结构示意图。
其中：1为0°经纱；2为第一纬纱；3为第二纬纱；4为第三纬纱；5为捆绑纱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)由经纱架和张力杆导入0°经纱1，并由经纱架和张力杆控制0°经纱1的张力，张力范围控制在120～200cN，例如，在实际操作过程中，可以选择张力控制为120cN、130cN、140cN、150cN、160cN、170cN、180cN、190cN、200cN。优选的，张力控制为140～180cN。
(2)由纬纱架导入第一纬纱2、第二纬纱3和第三纬纱4，第一纬纱2沿预设角度+M°交叉铺纬在所述0°经纱1上，第二纬纱3沿90°交叉铺纬在所述0°经纱1上，第三纬纱4沿预设角度-N°交叉铺纬在所述0°经纱1上。其中，0<M<90，0<N<90。优选的，其中，M+N＝90。更优选的，其中，30≤M≤60，30≤N≤60。最优选的，其中，M＝N＝45。
(3)由盘头导入捆绑纱5，通过经平或变经平的编织方式将0°经纱1、第一纬纱2、第二纬纱3、第三纬纱4编在一起。
实施例1
由经纱架和张力杆导入0°经纱1，并由经纱架和张力杆控制0°经纱1的张力，张力范围控制在150cN。由纬纱架导入第一纬纱2、第二纬纱3和第三纬纱4，第一纬纱2沿预设角度+45°交叉铺纬在0°经纱1上；第二纬纱3沿90°交叉铺纬在0°经纱1上；第三纬纱4沿预设角度-45°交叉铺纬在0°经纱1上。0°经纱1为E7DR17-2400-390规格的玻璃纤维，0°经纱1的单位面积质量为1350g/m2；第一纬纱2为E6DR13-300-390规格的玻璃纤维，第一纬纱2的单位面积质量为55g/m2；第二纬纱3为E6DR13-300-390规格的玻璃纤维，第二纬纱3的单位面积质量为24g/m2；第三纬纱4为E6DR13-300-390规格的玻璃纤维，第三纬纱4的单位面积质量为55g/m2。由盘头导入捆绑纱5，通过经平或变经平的编织方式将0°经纱1、第一纬纱2、第二纬纱3、第三纬纱4编在一起。捆绑纱5为涤纶丝，涤纶丝的弹性为220D低弹，涤纶丝的密度为9ends/inch，涤纶丝的针脚长度为6.00mm，涤纶丝的单位面积质量为24g/m2。高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的总单位面积质量为1508g/m2。
表1高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的参数的具体实施例
Figure BDA0002816847130000051
Figure BDA0002816847130000061
对表1中的实施例1-6的性能进行了测试。同时针对现有技术中的玻璃纤维织物的性能数据进行了对比，具体如表2所示。
表2玻璃纤维织物的性能测试及对比结果
Figure BDA0002816847130000062
Figure BDA0002816847130000071
其中，对比例1为E-UD1250型号的玻璃纤维织物。
根据表2可以看出，本发明的织物拉伸强度可达1500MPa，拉伸模量54.0GPa，相比于普通玻璃纤维织物分别提高了52％～63％和21％～31％；压缩强度可达950MPa，压缩模量53.0GPa，相比于普通玻璃纤维织物分别提高了13％～27％和12％～24％；剪切强度可达53.0MPa，剪切模量6.0MPa，相比于普通玻璃纤维织物分别提高了0.4％～9.5％和2.4％～46.3％；相比于普通玻璃纤维织物本发明拉伸强度和压缩强度提高了13％以上，拉伸模量、压缩模量提高了12％以上，因此，本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的机械性能显著提高。本发明的织物初始灌注时间达到16分10秒，完全灌注时间24分30秒，相比于普通玻璃纤维织物分别缩短了16％～36％和13％～39％，因此，本发明的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物可以有效提高树脂流动效率，达到叶片生产灌注时间缩短、灌注后质量显著提高的目的。
综上所述，本发明提供的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，通过调整经纱、纬纱的原料，采用交叉铺纬的方式，通过控制纬纱在经纱上的铺纬角度，以及纬纱相互之间的角度，优选第一纬纱与第三纬纱互相垂直，使得单轴向玻璃纤维织物的机械性能更加优良，并且有效提高树脂流动速率，更适用于风电叶片。
需要说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，包括：0°经纱、第一纬纱、第二纬纱、第三纬纱和捆绑纱，所述第一纬纱沿预设角度+M°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述第二纬纱沿90°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述第三纬纱沿预设角度-N°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述捆绑纱将所述0°经纱、所述第一纬纱、所述第二纬纱、所述第三纬纱编在一起。
2.如权利要求1所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，其中，0<M<90，0<N<90。
3.如权利要求1所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，所述高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的总单位面积质量为1477～1508g/m2。
4.如权利要求2所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，其中，M+N＝90。
5.如权利要求4所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，其中，30≤M≤60，30≤N≤60。
6.如权利要求4所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，所述0°经纱为玻璃纤维，所述0°经纱的单位面积质量为1335～1350g/m2；所述第一纬纱为玻璃纤维，所述第一纬纱的单位面积质量为45～55g/m2；所述第二纬纱为玻璃纤维，所述第二纬纱的单位面积质量为14～24g/m2；所述第三纬纱为玻璃纤维，所述第三纬纱的单位面积质量为55～65g/m2。
7.如权利要求1所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物，其特征在于，所述捆绑纱为涤纶丝，所述涤纶丝的密度为5～9ends/inch，所述涤纶丝的针脚长度为3.00～6.00mm，所述涤纶丝的单位面积质量为18～24g/m2。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)由经纱架和张力杆导入0°经纱，并由经纱架和张力杆控制所述0°经纱的张力，张力范围控制在120～200cN；
(2)由纬纱架导入第一纬纱、第二纬纱和第三纬纱，所述第一纬纱沿预设角度+M°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述第二纬纱沿90°交叉铺纬在所述0°经纱上，所述第三纬纱沿预设角度-N°交叉铺纬在所述0°经纱上；
(3)由盘头导入捆绑纱，通过经平或变经平的编织方式将所述0°经纱、所述第一纬纱、所述第二纬纱、所述第三纬纱编在一起。
9.如权利要求8所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物的制备方法，其特征在于，所述经纱的密度与所述捆绑纱的密度相同。
10.如权利要求1-7中任一项所述的高模量快速导流单轴向玻璃纤维织物在制作风电叶片中的应用。
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