[发明专利]大型风电叶片用主承力梁、混杂翼梁复合材料风电叶片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大型风电叶片用主承力梁，所述主承力梁为碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料圆杆型材的组合体，所述组合体由若干碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料圆杆型材通过玻璃纤维毡或纱聚束定型而成。本发明的大型风电叶片用主承力梁，采用碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料圆杆型材聚束形成组合体，充分利用碳纤维和玻璃纤维性能的互补，不仅能充分发挥碳纤维高弹轻质的优点，大大提高主承力梁的刚度和强度，增加主承力梁的临界长度，而且价格比采用纯碳纤维作为增强材料要大大降低，更有利于碳纤维在主承力梁及风电叶片领域的推广和应用。本发明还相应提供了一种混杂翼梁复合材料风电叶片及其制备方法。

技术领域

本发明属于风电叶片制备领域，尤其涉及一种大型风电叶片用主承力梁、混杂翼梁复合材料风电叶片及其制备方法。

背景技术

随着风力发电机叶片设计技术的提高，大型化和轻量化已成为复合材料风电叶片发展的重要趋势。目前大型复合材料风电叶片主要是以玻璃纤维作为增强材料，然而叶片大型化发展对叶片强度、刚度的要求越来越高，叶片长度和自重也越来越大，以至玻璃纤维复合材料难以承受。基于叶片大型化发展的要求，轻质高强、能有效增加叶片临界长度，保证叶片在极端风载下叶尖不碰触塔架，碳纤维及其复合材料是优选材料。碳纤维的刚度比玻璃纤维大，碳纤维的加入能够获得较高的刚度和较轻的重量。然而，由于碳纤维的价格要远比玻璃纤维昂贵，该缺点限制了碳纤维在大型复合材料风电叶片上的广泛使用。

为了降低成本，好钢用在刀刃上，将碳纤维用在叶片主承力翼梁、叶尖或翼缘加强部，相关的专利例如：WO00/14405号PCT申请国际公布文本中公开了一种风力涡轮机叶片的雷电保护装置，其中避雷器是由一条或多条扁长的碳素纤维增强塑料带制成，这些纤维带可构成风力涡轮机叶片的一部分；CN1697924A号中国专利文献公开了一种具有碳纤维尖部的风力涡轮机叶片，其叶片被分成内端部分和外端部分，内端部分包括叶片根部且基本上由玻璃纤维加强聚合物制成，外端部分包括叶片尖部且基本由碳纤维加强聚合物制成；CN101021202A号中国专利文献公开了一种碳纤维增强的风力涡轮机转子叶片，该叶片的纤维增强基体包括被包埋在同一基体材料中的玻璃纤维和碳纤维。

除了碳纤维自身价格昂贵之外，碳纤维用于大型风电叶片还存在一个技术难题——制备。目前制备叶片气动外壳、主承力翼梁和剪切腹板的主流方法为真空导入模塑工艺，优点是采用真空导入模塑工艺制备叶片构件时，纤维及其纤维织物等增强材料、泡沫和轻木等夹芯材料按照铺层设计铺放在成型模具中，密封抽真空、注入树脂浸润增强材料，可实现整体成型，制品质量稳定。但如果采用真空导入模塑工艺制备大厚度的碳纤维或碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料构件，比如翼梁，由于碳纤维的直径小和表面低能，树脂基体难以完全充分浸润碳纤维，制品内部极易形成缺陷，导致制备失败。而如果采用预浸料湿法成型工艺，不仅制备周期长、效率低，而且质量稳定性较差，此外需要预浸机等专用设备，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种集碳纤维和玻璃纤维性能于一身的风电叶片用主承力梁，质量轻巧、临界长度延长、力学性能优异的大型混杂翼梁复合材料风电叶片，还提供一种工艺简单、适应性强、成本低的该复合材料风电叶片的制备方法，以解决现有技术中风电叶片内部的碳纤维浸渍不完全或者直接浸渍失败的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种大型风电叶片用主承力梁，所述主承力梁为碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料圆杆型材的组合体，所述组合体由若干碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料圆杆型材通过玻璃纤维毡或纱聚束定型而成。