一种风电叶片及导流层板的制作方法

1.本发明涉及风电叶片成型技术领域，特别是涉及一种风电叶片及导流层板。


背景技术：

2.随着风力发电机组功率的增加，叶轮直径迅速增长。市场上风电叶片的主流成型方式仍为真空辅助灌注工艺，叶片整体灌注成型或者部件分别灌注预制成型后粘接在一起。随叶片长度的不断增加，叶片各部件的厚度及长度均达到前所未有的尺寸，对于灌注成型提出了极大的挑战。
3.现有技术通常采用优化导流网布置实现快速导流，但无法解决厚度方向的浸润难题。例如叶根及主梁等位置的织物厚度达几十毫米，树脂渗透速率有限，很难实现良好的浸润。传统的解决方案是在干织物层间布置毡类材料提供额外的树脂通道，但一方面导流效果有限，另一方面毡类材料中吸收大量树脂，却不能提供结构力学性能，对叶片的成本及重量优化很不友好。
4.因此，如何改变现有技术中，叶片灌注成型过程中，树脂渗透难度大的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种风电叶片及导流层板，以解决上述现有技术存在的问题，改善叶片灌注成型过程中树脂渗透情况，提升风电叶片成型质量。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种导流层板，包括：
7.基材层，所述基材层包括经向纱束和纬向纱束，所述经向纱束与所述纬向纱束的数量均为多束，所述经向纱束与所述纬向纱束交错编织形成所述基材层，每相邻的两束所述经向纱束以及每相邻的两束所述纬向纱束之间均具有间隙并围成导流通道；
8.浸润层，浸润材料浸润所述经向纱束和所述纬向纱束，并与所述经向纱束和所述纬向纱束固化为一体结构，所述浸润材料固化后形成所述浸润层。
9.优选地，所述经向纱束与所述纬向纱束交错编织形成平纹、斜纹或缎纹织物。
10.优选地，所述导流通道的横截面积占所述基材层整体横截面积的比例为5％～80％。
11.优选地，所述基材层的面密度范围为200克/平方米～3000克/平方米。
12.优选地，所述经向纱束以及所述纬向纱束均由以下材质的一种或几种制成：
13.玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维。
14.优选地，所述基材层还包括编织线，所述编织线设置于所述经向纱束与所述纬向纱束的交错处并固定二者的相对位置。
15.优选地，所述浸润层的质量不超过所述导流层板质量的15％。
16.优选地，所述浸润材料为环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、双马树脂、苯并噁嗪树脂、氰酸酯树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或环氧树脂。
17.本发明还提供一种风电叶片，包括上述的导流层板，还包括铺设层，所述铺设层与所述导流层板层叠设置。
18.优选地，所述导流层板设置于所述铺设层的顶部、中部或底部。
19.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
20.本发明的导流层板，基材层由经向纱束和纬向纱束交错编织成网格状结构，并利用经向纱束和纬向纱束围成了多个导流通道，解决了现有技术中树脂渗透速率不佳的问题，为灌注成型提供了便利条件；同时，本发明中的经向纱束和纬向纱束交错编织，在经向纱束和纬向纱束的作用下，使得本发明的导流层板在经向和纬向均具有一定的面内刚度和强度，可作为结构层承受载荷，从而提高最终产品的结构层之间的界面结合强度，保证最终产品成型质量；除此之外，本发明还包括浸润层，浸润材料浸润经向纱束和纬向纱束并固化，有效避免了导流层板在灌注成型中吸收树脂，有利于进行成型产品的重量优化。
21.同时，本发明还提供一种风电叶片，包括上述的导流层板，还包括铺设层，铺设层与导流层板层叠设置，导流层板在提供导流作用的同时，还能够提供面内不同方向的刚度和强度，且具有优异的层间界面结合性能，本发明利用交错编织的经向纱束和纬向纱束，能够有效提升最终叶片结构层之间的界面结合强度，进而提高风电叶片的整体结构强度，从而保证风电叶片成型质量。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例所公开的导流层板的结构示意图；
24.图2为本发明实施例二中公开的风电叶片的结构示意图；
25.图3为本发明实施例三中公开的导流层板的结构示意图；
26.图4为本发明实施例三中公开的风电叶片的结构示意图。
27.其中，100为导流层板，1为经向纱束，2为纬向纱束，3为编织线，4为铺设层，5为导流通道。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
29.本发明的目的是提供一种风电叶片及导流层板，以解决上述现有技术存在的问题，改善叶片灌注成型过程中树脂渗透情况，提升风电叶片成型质量。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.本发明提供一种导流层板100，包括基材层和浸润层，其中，基材层包括经向纱束1
和纬向纱束2，经向纱束1与纬向纱束2的数量均为多束，经向纱束1与纬向纱束2交错编织形成基材层，每相邻的两束经向纱束1以及每相邻的两束纬向纱束2之间均具有间隙并围成导流通道5；浸润材料浸润经向纱束1和纬向纱束2，并与经向纱束1和纬向纱束2固化为一体结构，浸润材料固化后形成浸润层。
32.本发明的导流层板100，基材层由经向纱束1和纬向纱束2交错编织成网格状结构，并利用经向纱束1和纬向纱束2围成了多个导流通道5，解决了现有技术中树脂渗透速率不佳的问题，为灌注成型提供了便利条件；同时，本发明中的经向纱束1和纬向纱束2交错编织，在经向纱束1和纬向纱束2的作用下，使得本发明的导流层板100在经向和纬向均具有一定的面内刚度和强度，可作为结构层承受载荷，从而提高最终产品的结构层之间的界面结合强度，保证最终产品成型质量；除此之外，本发明还包括浸润层，浸润材料浸润经向纱束1和纬向纱束2并固化，有效避免了导流层板100在灌注成型中吸收树脂，有利于进行成型产品的重量优化。
33.还需要说明的是，在利用经向纱束1和纬向纱束2编织基材层时，可选择将经向纱束1与纬向纱束2交错编织形成平纹、斜纹或缎纹织物，在将本发明的导流层板100用于风电叶片灌注成型时，可优选经向纱束1与纬向纱束2交错编织形成平纹织物，在实际应用中，还可以根据具体工况选择其他合适的纹路，以满足具体的生产需求。
34.为了保证导流层板100的导流性能，导流通道5的横截面积占基材层整体横截面积的比例为5％～80％，在实际应用中，可以根据具体工况进行调整。
35.基材层的面密度范围为200克/平方米～3000克/平方米，优选为400克/平方米～1200克/平方米，可根据具体工况选择。
36.具体地，经向纱束1以及纬向纱束2均由以下材质的一种或几种制成：
37.玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维。
38.更具体地，基材层还包括编织线3，编织线3设置于经向纱束1与纬向纱束2的交错处并固定二者的相对位置，设置编织线3可进一步增强基材层的结构强度，编织线3可采用缠绕在经向纱束1与纬向纱束2的交错处的固定方式，还可采用缠绕在经向纱束1或纬向纱束2上并绕过经向纱束1与纬向纱束2交错处的固定方式，可根据实际工况选择合适的编织线3材质以及编织线3固定方式。
39.另外，浸润层的质量不超过导流层板100质量的15％。
40.其中，浸润材料可以是热固性树脂包括环氧树脂，聚氨酯树脂，聚酯树脂，乙烯基树脂，酚醛树脂，双马树脂，苯并噁嗪树脂，氰酸酯树脂；也可以为热塑性树脂，包括聚乙烯，聚丙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，优选为环氧树脂。
41.进一步地，本发明还提供一种风电叶片，包括上述的导流层板100，还包括铺设层4，铺设层4与导流层板100层叠设置，导流层板100在提供导流作用的同时，还能够提供面内不同方向的刚度和强度，且具有优异的层间界面结合性能，有利于提升风电叶片成型质量。
42.更进一步地，导流层板100可设置于铺设层4的顶部、中部或底部，导流层板100的至少一个表面与铺设层4固化结合。
43.下面通过具体的实施例，对本发明的风电叶片的结构进行进一步地解释说明。
44.实施例一
45.本实施例的导流层板100如图1所示，基材层为600克/平方米面密度平纹织物，经
向纱束1为玻璃纤维，面密度为350克/平米；纬向纱束2也为玻璃纤维，面密度为250克/平方米。经向纱束1与纬向纱束2被双酚a型环氧树脂均匀浸润，导流层板100中树脂质量含量为13％，经过固化后导流层板100达到tg＝112℃。预制成型的导流层板100中相邻的经向纱束1与纬向纱束2间均存在间隙，相邻的经向纱束1间距约为2mm，相邻纬向纱束2之间的间距约为2.5mm。导流层板100经向模量为10.8gpa，纬向模量为8.9gpa。
46.风电叶片的叶片主梁，共由72层单向玻璃纤维织物铺设而成，铺层过程中在第24层与25层之间放置一层该复合材料的导流层板100；第48层和49层之间放置一层导流层板100；在第72层之上放置一层导流层板100，其与该复合材料之间无需其他材料隔离，灌注固化后，导流层板100将于主梁共固化结合，铺设层4与导流层板100之间无需其他材料隔离，一起共同承担载荷。试验证明，3层导流层板100的引入，主梁的灌注时间缩短30％。
47.实施例二
48.本实施例的导流层板100如图1所示，基材层为600克/平方米面密度平纹织物，其经向纱束1为玻璃纤维，面密度为350克/平米；纬向纱束2也为玻璃纤维，面密度为250克/平方米。经向纱束1与纬向纱束2被双酚a型环氧树脂均匀浸润，导流层板100中树脂质量含量为13％，经过固化后达到tg＝112℃。预制成型的结构层板中相邻经向纱束1与纬向纱束2间均存在间隙，相邻经向纱束1间距n1＝3mm
±
0.3mm，相邻纬向纱束2之间的间距n2＝3.5mm
±
0.35mm。导流层板100经向模量为10.8gpa，纬向模量为8.9gpa。
49.风电叶片的叶片尾缘梁铺层如图2，共由72层玻璃纤维单向织物铺设而成，铺层过程中在第24层与25层之间放置一层该复合材料的导流层板100；第48层和49层之间放置一层导流层板100；在第72层之上放置一层导流层板100，导流结构层与铺设层4之间无需其他材料隔离，灌注固化后，导流层板100将与主梁共固化结合，与其他铺层一起共同承担载荷。试验证明，3层导流结构层的引入，主梁的灌注时间缩短30％。
50.实施例三
51.本实施例的导流层板100如图3，基材层为碳玻混编平纹织物，织物总面密度为408克/平方米。经向纱束1为碳纤维，面密度197克/平方米；纬向纱束2为玻璃纤维，面密度为200克/平方米。织物还包含一定含量的聚酯纤维(8克/平方米)作为编织线3，将经向纱束1和纬向纱束2的相对位置固定起来。经向纱束1与纬向纱束2被双酚a型环氧树脂均匀浸润，导流层板100中树脂质量含量为15％，经过固化后导流层板100达到tg＝120℃。预制成型的导流层板100中相邻经向纱束1与纬向纱束2间均存在间隙，相邻经向纱束1间距n1＝3mm
±
0.3mm，相邻纬向纱束2之间的间距n2＝3mm
±
0.3mm。导流层板100经向模量为27.6gpa，纬向模量为8.5gpa。
52.风电叶片的叶片主梁帽铺层如图4，共由50层碳纤维单向织物铺设而成，铺层过程中在模具表层先放置一层导流层板100；第10层和11层之间，20层和21层之间，30层和31层之间，40层与41层之间分别放置一层导流层板100。试验证明，5层导流层的引入，主梁的灌注时间缩短50％。
53.本发明的导流层板100，为网格状织物增强树脂复合材料，间隔排列的经向纱束1和纬向纱束2之间形成均匀分布的间隙，为灌注树脂的渗透提供导流通道5，改善大尺寸复合材料的导流性能；同时，本发明的导流层板100在经向和纬向均具有一定的面内刚度和强度，可以作为结构层承受载荷，本发明利用交错编织的经向纱束1和纬向纱束2，能够有效提
升最终风电叶片结构层之间的界面结合强度，进而提高风电叶片的整体结构强度，从而保证风电叶片成型质量。
54.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种导流层板，其特征在于，包括：基材层，所述基材层包括经向纱束和纬向纱束，所述经向纱束与所述纬向纱束的数量均为多束，所述经向纱束与所述纬向纱束交错编织形成所述基材层，每相邻的两束所述经向纱束以及每相邻的两束所述纬向纱束之间均具有间隙并围成导流通道；浸润层，浸润材料浸润所述经向纱束和所述纬向纱束，并与所述经向纱束和所述纬向纱束固化为一体结构，所述浸润材料固化后形成所述浸润层。2.根据权利要求1所述的导流层板，其特征在于：所述经向纱束与所述纬向纱束交错编织形成平纹、斜纹或缎纹织物。3.根据权利要求1所述的导流层板，其特征在于：所述导流通道的横截面积占所述基材层整体横截面积的比例为5％～80％。4.根据权利要求1所述的导流层板，其特征在于：所述基材层的面密度范围为200克/平方米～3000克/平方米。5.根据权利要求1所述的导流层板，其特征在于：所述经向纱束以及所述纬向纱束均由以下材质的一种或几种制成：玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维。6.根据权利要求1-5任一项所述的导流层板，其特征在于：所述基材层还包括编织线，所述编织线设置于所述经向纱束与所述纬向纱束的交错处并固定二者的相对位置。7.根据权利要求1-5任一项所述的导流层板，其特征在于：所述浸润层的质量不超过所述导流层板质量的15％。8.根据权利要求1-5任一项所述的导流层板，其特征在于：所述浸润材料为环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、双马树脂、苯并噁嗪树脂、氰酸酯树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或环氧树脂。9.一种风电叶片，包括权利要求1-8任一项所述的导流层板，其特征在于：还包括铺设层，所述铺设层与所述导流层板层叠设置。10.根据权利要求9所述的风电叶片，其特征在于：所述导流层板设置于所述铺设层的顶部、中部或底部。

技术总结
本发明公开一种导流层板，包括基材层和浸润层，基材层由经向纱束和纬向纱束交错编织成网格状结构，并利用经向纱束和纬向纱束围成了多个导流通道，解决了现有技术中树脂渗透速率不佳的问题，为灌注成型提供了便利条件；同时，在经向纱束和纬向纱束的作用下，本发明的导流层板在经向和纬向均具有一定的面内刚度和强度，可作为结构层承受载荷；除此之外，本发明还包括浸润层，浸润材料浸润经向纱束和纬向纱束并固化，有效避免了导流层板在灌注成型中吸收树脂，有利于进行成型产品的重量优化。同时，本发明还提供一种风电叶片，包括上述的导流层板，导流层板在提供导流作用的同时，还能够提供面内不同方向的刚度和强度。供面内不同方向的刚度和强度。供面内不同方向的刚度和强度。


技术研发人员：吴翔
受保护的技术使用者：山东瀚敬新材料科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/9/20