芯材的增强方法、夹层结构、风机叶片和风力发电机组与流程

本发明涉及风力发电，尤其涉及一种芯材的增强方法、夹层结构、风机叶片和风力发电机组。

背景技术：

1、芯材是风力发电机的叶片制造的关键材料之一。目前风电叶片制造采用的芯材主要包括轻木(balsa)和硬质泡沫(聚氯乙烯pvc、聚对苯二甲酸乙二醇酯pet)。

2、轻木纤维方向性能优异，但轻木是自然生长的天然高分子材料，受气候环境影响，本身性能波动大，且易受生物侵害产生不可避免的缺陷，供货的价格波动较大，且供货稳定性无法保障。

3、硬质泡沫可以控制原料和发泡工艺，性能稳定可控，但与轻木相比性能差距较大，限制了叶片设计取值。虽然可通过提高泡沫密度来提高性能，但增幅一般，且对叶片重量和材料成本负担较大。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种可大幅提高芯材的比强度和比模量且能有效解决风机叶片超重问题的芯材的增强方法、夹层结构、风机叶片和风力发电机组。

2、本发明的另一目的在于提供一种制备工艺简单、设备投入少、制备效率高的芯材的增强方法、夹层结构、风机叶片和风力发电机组。

3、根据本发明的一方面，提供一种芯材的增强方法，所述增强方法包括：堆叠多个芯材层，并将纤维织物层和树脂膜设置在相邻的芯材层之间，以制备堆叠体；使所述树脂膜热熔融，熔融的树脂浸润所述纤维织物层形成纤维增强层，并且将相邻的芯材层粘接到一起；使所述树脂固化以形成增强芯材主体。

4、可选地，所述树脂膜的熔点低于所述芯材层的熔点。

5、可选地，所述树脂膜为热塑性树脂膜。

6、可选地，所述芯材层、所述纤维织物层和所述树脂膜的厚度比例为25-150:0.8-1.5:1。

7、可选地，所述芯材层的厚度为20mm-60mm，所述纤维织物层的厚度为0.4mm-0.8mm，所述树脂膜的厚度为0.4mm-0.8mm。

8、可选地，所述增强方法还包括：垂直于所述纤维增强层将所述增强芯材主体切割成具有预定厚度的第一增强芯材单体。

9、可选地，所述增强方法还包括：在所述第一增强芯材单体上加工多个第一深槽和/或多个第一穿孔，所述多个第一深槽穿过所述增强芯材单体的一部分，所述多个第一穿孔贯穿所述第一增强芯材单体。

10、可选地，所述第一深槽的槽底距离第一增强芯材单体的底部1mm至1.5mm。

11、可选地，沿彼此正交的两个方向加工所述多个第一深槽，所述两个方向中的一个方向与所述纤维增强层平行，所述两个方向中的另一方向与所述纤维增强层垂直。

12、可选地，所述增强方法还包括：平行于所述纤维增强层将所述增强芯材主体切割成具有预定厚度的第二增强芯材单体。

13、可选地，所述增强方法还包括：在所述第二增强芯材单体上加工多个第二深槽和/或多个第二穿孔，所述多个第二深槽穿过所述第二增强芯材单体的一部分，所述多个第二穿孔贯穿所述第二增强芯材单体。

14、可选地，沿彼此正交的两个方向加工所述多个第二深槽，所述两个方向中的每个方向与所述纤维增强层垂直。

15、可选地，所述第二深槽的槽底距离第二增强芯材单体的底部1mm至1.5mm。

16、可选地，所述芯材层包括聚氯乙烯泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、高性能高氯化聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚酰胺泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚芳醚腈泡沫、天然纤维泡沫、轻木、泡桐木或它们中的至少两种泡沫的复合体。所述纤维织物层包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、天然纤维、超高分子聚乙烯纤维，或它们中的至少两种纤维的混编织物。所述树脂膜包括聚酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚醚、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚砜、聚酮、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸、或它们的共聚物、混合物或改性物。

17、根据本发明的另一方面，提供一种风机叶片的夹层结构，所述夹层结构包括：上蒙皮和下蒙皮；芯材增强体，设置在所述上蒙皮和所述下蒙皮之间，所述芯材增强体包括彼此粘接的多个芯材层和多个纤维增强层，所述多个纤维增强层设置在所述多个芯材层中的相邻芯材层之间，所述纤维增强层包括纤维织物层和浸润所述纤维织物层的第一树脂，所述芯材增强体上设置有多个深槽和/或多个穿孔，所述多个深槽穿过所述芯材增强体的一部分，所述多个穿孔贯穿所述芯材增强体；以及第二树脂，浸润所述上蒙皮和所述下蒙皮，并填充所述多个深槽和/或所述多个穿孔，其中，所述第一树脂为热塑性树脂，所述第一树脂的熔点低于所述芯材层的熔点并高于所述第二树脂的固化放热峰的峰值温度。

18、可选地，所述多个深槽沿彼此正交的两个方向设置，所述两个方向中的一个方向与所述纤维增强层平行，所述两个方向中的另一方向与所述纤维增强层垂直。

19、可选地，所述多个深槽沿彼此正交的两个方向设置，所述两个方向中的每个方向与所述纤维增强层垂直。

20、根据本发明的另一方面，还提供一种风机叶片，所述风机叶片包括如上所述的风机叶片的夹层结构。

21、可选地，所述夹层结构构成所述风机叶片的腹板和叶片壳体中的至少一个的至少一部分。

22、根据本发明的另一方面，还提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的风机叶片。

23、根据本发明，通过在芯材层之间引入纤维增强层，可大幅提高芯材的比强度和比模量，解决现有芯材性能低的瓶颈，同时纤维增强层密度低，整体增重不高，能有效解决风机叶片超重问题。

24、根据本发明，采用树脂膜热熔融实现对层间纤维织物层浸润和芯材层的结合，实现芯材层与纤维增强层一体化设计，与利用浸渍树脂的纤维层将芯材层彼此粘接相比，制备工艺简单，设备投入少，制备效率高，对现有技术中的芯材生产工艺变动小，综合成本优异。

25、根据本发明，与利用浸渍树脂的纤维层将芯材层彼此粘接相比，可灵活设计纤维织物层、树脂膜和芯材层的厚度，可实现芯材比强度和比模量的灵活设计。

技术特征：

1.一种芯材的增强方法，其特征在于，所述增强方法包括：

2.根据权利要求1所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述树脂膜(30)的熔点低于所述芯材层(10)的熔点。

3.根据权利要求1所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述树脂膜(30)为热塑性树脂膜。

4.根据权利要求1所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述芯材层(10)、所述纤维织物层(20)和所述树脂膜(30)的厚度比例为25-150:0.8-1.5:1。

5.根据权利要求4所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述芯材层(10)的厚度为20mm-60mm，所述纤维织物层(20)的厚度为0.4mm-0.8mm，所述树脂膜(30)的厚度为0.4mm-0.8mm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述增强方法还包括：垂直于所述纤维增强层(20a)将所述增强芯材主体切割成具有预定厚度的第一增强芯材单体(200)。

7.根据权利要求6所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述增强方法还包括：在所述第一增强芯材单体(200)上加工多个第一深槽(41)和/或多个第一穿孔(42)，所述多个第一深槽(41)穿过所述增强芯材单体(200)的一部分，所述多个第一穿孔(42)贯穿所述第一增强芯材单体(200)。

8.根据权利要求7所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述第一深槽(41)的槽底距离第一增强芯材单体(200)的底部1mm至1.5mm。

9.根据权利要求7所述的芯材的增强方法，其特征在于，沿彼此正交的两个方向加工所述多个第一深槽(41)，所述两个方向中的一个方向与所述纤维增强层(20a)平行，所述两个方向中的另一方向与所述纤维增强层(20a)垂直。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述增强方法还包括：平行于所述纤维增强层(20a)将所述增强芯材主体切割成具有预定厚度的第二增强芯材单体(300)。

11.根据权利要求10所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述增强方法还包括：在所述第二增强芯材单体(300)上加工多个第二深槽(51)和/或多个第二穿孔(52)，所述多个第二深槽(51)穿过所述第二增强芯材单体(300)的一部分，所述多个第二穿孔(52)贯穿所述第二增强芯材单体(300)。

12.根据权利要求11所述的芯材的增强方法，其特征在于，沿彼此正交的两个方向加工所述多个第二深槽(51)，所述两个方向中的每个方向与所述纤维增强层(20a)垂直。

13.根据权利要求11所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述第二深槽(51)的槽底距离第二增强芯材单体(300)的底部1mm至1.5mm。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的芯材的增强方法，其特征在于，所述芯材层(10)包括聚氯乙烯泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、高性能高氯化聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚酰胺泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚芳醚腈泡沫、天然纤维泡沫、轻木、泡桐木或它们中的至少两种泡沫的复合体，和/或

15.一种风机叶片的夹层结构，其特征在于，所述夹层结构包括：

16.根据权利要求15所述的风机叶片的夹层结构，其特征在于，所述多个深槽沿彼此正交的两个方向设置，所述两个方向中的一个方向与所述纤维增强层平行，所述两个方向中的另一方向与所述纤维增强层垂直。

17.根据权利要求15所述的风机叶片的夹层结构，其特征在于，所述多个深槽沿彼此正交的两个方向设置，所述两个方向中的每个方向与所述纤维增强层垂直。

18.一种风机叶片，其特征在于，所述风机叶片包括根据权利要求15至17中任一项所述的风机叶片的夹层结构。

19.根据权利要求18所述的风机叶片，其特征在于，所述夹层结构构成所述风机叶片的腹板和叶片壳体中的至少一个的至少一部分。

20.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求18或19所述的风机叶片。

技术总结本发明提供一种芯材的增强方法、夹层结构、风机叶片和风力发电机组。所述增强方法包括：堆叠多个芯材层，并将纤维织物层和树脂膜设置在相邻的芯材层之间，以制备堆叠体；使所述树脂膜热熔融，熔融的树脂浸润所述纤维织物层形成纤维增强层，并且将相邻的芯材层粘接到一起；使所述树脂固化以形成增强芯材主体。根据本发明，通过在芯材层之间引入纤维增强层，可大幅提高芯材的比强度和比模量，解决现有芯材性能低的瓶颈，同时纤维增强层密度低，整体增重不高，能有效解决风机叶片超重问题。技术研发人员：刘芳,陈昭玲,郝壮受保护的技术使用者：江苏金风科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4