一种风电叶片吸波芯材结构及风电叶片的制作方法

本发明涉及风电叶片，尤其是风电叶片的芯材结构，具体是一种风电叶片吸波芯材结构及风电叶片。

背景技术：

1、随着风电叶片的大型化，以及风电场逐渐布置在沿海地带和近海上，风机塔筒及叶片的巨大体积，对电磁波的反射面积较大，会对军事雷达、通讯装备的作战性能产生不良影响，其强反射会导致雷达通信装备接收机信号饱和甚至信号烧毁，影响军事设备的正常发挥。现阶段多采用涂覆吸波材料的方式，但海上风电叶片具有复杂的情况，随着使用时间的增加，贴片、涂料类吸波材料老化后，材料易损坏脱落，维修海上风电叶片受到天气、运输等多种客观因素影响，具有较高的维护成本。

2、除了涂覆吸波材料等吸波产品，根据风电叶片的材料特性，可以采用吸波复合材料夹芯结构。专利申请号20230700568.9公开了一种雷达隐身吸波泡沫夹芯复合材料结构，通过短切毡包裹住三明治结构，避免了三明治结构受强冲击力受损导致吸波性能及力学性能的下降。采用短切毡包裹三明治结构，确实会提高整体结构的稳定性，但给芯材包裹短切毡会降低芯材板的随形性，且这种方法很难加大范围使用。

3、现有的吸波复合材料为了达到较好的带宽及吸收效果，采用的是匹配层-吸收层-导体三重结构堆叠进行吸波，为了增加吸波效果，将匹配层和吸收层单层厚度减少，同时重复堆叠几次，最终形成的吸波复合材料夹芯结构力学性能较差，同时大量布层的增加，会大幅增加叶片重量，难以直接应用在现有风电叶片叶型，同时加工方式复杂，易出现难以察觉的加工问题，造成大量浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风电叶片吸波芯材结构及风电叶片，可以在现有壳体芯材开槽的基础上，将增强纤维编织布先与吸波剂结合后放入芯材的横槽和/或竖槽中，或者将吸波结构放入芯材的开槽中，随后将该芯材与上、下蒙皮及其他辅层材料铺设到叶片模具上，之后一体灌注成型。该方案提高了风电叶片夹层结构的吸波性能及力学性能，同时降低了风电叶片长时间运行过程中芯材与上、下蒙皮剥离导致叶片失效的问题。

2、本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种风电叶片吸波芯材结构，包括芯材基体，芯材基体上设有开槽，开槽深度小于芯材厚度，开槽中设置有增强纤维编织布或吸波结构，所述的增强纤维编织布上还结合有吸波剂，所述的吸波结构包括两层玻璃纤维编织布和设置在该两层玻璃纤维编织布之间的吸波材料。

3、较佳地，所述的增强纤维编织布选用玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、pbo纤维中的一种或两种以上组合而成，所述的吸波剂选用石墨烯水分散液或碳纳米管水分散液或纳米镍水分散液。

4、进一步地，所述的吸波剂是通过浸渍方式或喷涂方式与增强纤维编织布结合，增强纤维编织布在吸波剂中浸渍之后先自然晾干，然后在80℃干燥4h；吸波剂分散液喷涂到增强纤维编织布后，增强纤维编织布也是先自然晾干，然后在80℃干燥4h。两种方式增强纤维编织布在使用前仍需在80℃加热烘干，直至叶片铺层。

5、较佳地，吸波材料选用碳纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化铝、氮化硅中的至少一种，吸波材料占吸波结构的质量比为10-20％。

6、较佳地，吸波材料为梯形铺设在两层玻璃纤维编织布之间，梯形吸波材料的两条斜边为斜直边或为阶梯状。

7、较佳地，梯形吸波材料的两条斜直边可以根据在叶片铺设位置的不同而改变形状及倾斜的角度。

8、进一步地，芯材的开槽包括多条横槽和多条竖槽，多条横槽与多条竖槽相交，横槽和/或竖槽中设有增强纤维编织布或吸波结构，且增强纤维编织布上结合有吸波剂。

9、进一步地，芯材上还开设有波浪槽，波浪槽的深度小于芯材厚度，所述的波浪槽是沿相交的横槽和竖槽形成的矩形的对角线开设的斜槽，每个波浪槽中设有所述的吸波结构。

10、进一步地，芯材的开槽包括多条斜槽，斜槽之间相互交错或相互不交错，斜槽中设有所述的吸波结构，吸波结构插入斜槽之后，两层玻璃纤维编织布分别与斜槽两个侧面的芯材接触。

11、进一步地，根据开槽形式，吸波材料放入两层玻璃纤维编织布之间之后进行预固化，将吸波结构整体放入相对应的芯材开槽中。

12、本发明还提供一种风电叶片，该风电叶片包括如前所述的吸波芯材结构。

13、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：

14、(1)现有风电叶片芯材在使用过程前进行开槽打孔，目的是让树脂填充芯材槽孔提高芯材性能。本发明可以在现有开槽的基础上，将增强纤维编织布先与吸波剂结合后放入芯材的开槽中，随后将该芯材与上、下蒙皮及其他辅层材料铺设到叶片模具上，之后一体灌注成型，提高了风电叶片的吸波性能以及力学性能。增强纤维编织布放入芯材的开槽之后，芯材与上、下蒙皮及其他辅层材料一起灌注制作风电叶片后，上、下蒙皮还与芯材开槽中的增强纤维编织布接触，从而使上、下蒙皮与芯材的剥离性能转变为织物间的层间性能，有效解决了芯材与蒙皮之间的剥离问题，大幅降低了芯材在叶片长时间运行过程中与上、下蒙皮剥离导致的叶片失效的问题。

15、(2)本发明还可以在芯材的开槽中放置吸波结构，吸波结构由两层玻璃纤维编织布和设置在该两层玻璃纤维编织布之间的吸波材料组成，并通过灌注环氧树脂固化成型。吸波结构插入每个开槽之后，将芯材与上、下蒙皮及其他辅层材料铺设到叶片模具上，之后一体灌注成型，提高了风电叶片的吸波性能以及力学性能，可以保证在使用过程中，吸波结构具有良好的稳定性。

16、(3)本发明还可以在芯材的横槽和/或竖槽中放置结合有吸波剂的增强纤维编织布，同时在芯材上开设波浪槽，在波浪槽中放置吸波结构，该方式将结合有吸波剂的增强纤维编织布与吸波结构联合起来，进一步增强了芯材的吸波性能和力学性能。

技术特征：

1.一种风电叶片吸波芯材结构，包括芯材基体，芯材基体上设有开槽，开槽深度小于芯材厚度，其特征在于开槽中设置有增强纤维编织布或吸波结构，所述的增强纤维编织布上还结合有吸波剂，所述的吸波结构包括两层玻璃纤维编织布和设置在该两层玻璃纤维编织布之间的吸波材料。

2.如权利要求1所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于所述的增强纤维编织布为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、pbo纤维中的一种或两种以上组合而成，所述的吸波剂选用石墨烯水分散液或碳纳米管水分散液或纳米镍水分散液。

3.如权利要求1所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于所述的吸波剂是通过浸渍方式或喷涂方式与增强纤维编织布结合，增强纤维编织布在吸波剂中浸渍之后先自然晾干，然后在80℃干燥4h；吸波剂分散液喷涂到增强纤维编织布后，增强纤维编织布也是先自然晾干，然后在80℃干燥4h。

4.如权利要求1所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于吸波材料选用碳纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化铝、氮化硅中的至少一种。

5.如权利要求1所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于吸波材料为梯形铺设在两层玻璃纤维编织布之间，梯形吸波材料的两条斜边为斜直边或为阶梯状。

6.如权利要求1-5任一所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于芯材的开槽包括多条横槽和多条竖槽，多条横槽与多条竖槽相交，横槽和/或竖槽中设有增强纤维编织布或吸波结构，且增强纤维编织布上结合有吸波剂。

7.如权利要求6所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于芯材上还开设有波浪槽，波浪槽的深度小于芯材厚度，所述的波浪槽是沿相交的横槽和竖槽形成的矩形的对角线开设的斜槽，每个波浪槽中设有所述的吸波结构。

8.如权利要求1或4或5所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于芯材的开槽包括多条斜槽，斜槽之间相互交错或相互不交错，斜槽中设有所述的吸波结构，吸波结构插入斜槽之后，两层玻璃纤维编织布分别与斜槽两个侧面的芯材接触。

9.如权利要求1所述的风电叶片吸波芯材结构，其特征在于根据开槽形式，吸波材料放入两层玻璃纤维编织布之间之后进行预固化，将吸波结构整体放入相对应的芯材开槽中。

10.一种风电叶片，其特征在于包括如权利要求1所述的吸波芯材结构。

技术总结本发明涉及一种风电叶片吸波芯材结构及风电叶片，吸波芯材结构包括芯材基体，芯材基体上设有开槽，开槽深度小于芯材厚度，开槽中设置有增强纤维编织布或吸波结构，所述的增强纤维编织布上还结合有吸波剂，所述的吸波结构包括两层玻璃纤维编织布和设置在该两层玻璃纤维编织布之间的吸波材料。本发明在现有芯材开槽的基础上，将结合有吸波剂的增强纤维编织布或吸波结构放入芯材开槽中，增强纤维编织布会延伸至芯材表面，随后将该芯材与上、下蒙皮及其他辅层材料铺设到叶片模具上，之后一体灌注成型，提高了风电叶片夹芯结构的吸波性能及力学性能，同时降低了风电叶片长时间运行过程中芯材与上、下蒙皮出现剥离导致叶片失效的问题。技术研发人员：刘剑桥,李博渊,张孟尧,李卫,金不凡,关洪涛受保护的技术使用者：洛阳双瑞风电叶片有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18