[发明专利]采用超高强聚乙烯纤维复合材料制造风力发电机叶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机叶片制造领域，特别针对千瓦级中小型并采用超高强聚乙烯(UHMWPE)纤维的复合材料风力发电机叶片制造方法。 

背景技术

传统风力发电机叶片采用纤维增强热固性树脂的复合材料来制造，其中玻璃纤维增强的复合材料(玻璃钢)应用最为广泛，涵盖了千瓦级到兆瓦级风机叶片。而模量更高的碳纤维复合材料目前仅仅应用在大型风机叶片(3兆瓦以上)的制造领域，并且多数以与玻璃纤维混杂使用，这是因为碳纤维较高的价格限制了其在风力发电领域的使用量。 

目前国内外还没有公开的采用超高强聚乙烯纤维制作的风机叶片。超高强聚乙烯纤维相比较于玻璃纤维的最大优点是其较高的比模量和比强度。聚乙烯纤维的密度是0.98g/cm³，约是玻璃纤维的三分之一。而聚乙烯纤维的拉伸强度为2.4—3.8GPa，拉伸模量为88—166GPa，与高强(S)玻璃纤维相当甚至超过其力学性能(拉伸强度为3.5GPa，拉伸模量为90GPa)。采用超高强聚乙烯纤维制造的风机叶片比传统玻璃纤维叶片重量更轻，力学性能更高。因而使用该叶片的风机可以在较低风速下开始发电，并且在较高风速下仍旧能够保持系统结构的安全性以提高失速风速(风速适应范围宽广)。同时超高强聚乙烯纤维的耐冲击性使叶片防鸟类撞击性能大幅提升。而且该纤维的耐疲劳性耐腐蚀性耐紫外线性能都对风机叶片在户外长期使用性能有很大改善。但是超高强聚乙烯纤维的蠕变性能差以及较高的价格限制了其在大型风机叶片上的使用。同时纤维与树脂基体的界面粘合性差也阻碍其在复合材料领域中的广泛应用。不过界面问题可以通过纤维的表面改性来解决，目前国内宁波大成公司已经能够生产商用化的经过大气等离子表面处理过的超高强聚乙烯纤维。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对中小型千瓦级风力发电机玻璃钢叶片仍旧存在的重量偏重，强度偏低的，抗冲击性能差等不足，提供一种采用超高强聚乙烯纤维复合材料制造风力发电机叶片的方法，结合轻质叶片的内部构造并保证其具备足够结构刚度和结构强度，并且产品质量稳定，生产方便。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种采用超高强聚乙烯纤维复合材料制造风力发电机叶片的方法，其特征在于包括有叶片前缘、叶片主梁、叶片上壳体、叶片下壳体、夹层结构芯材、叶片后缘粘合筋，其中叶片前缘、叶片主梁皮层、叶片上壳体、叶片下壳体按照选定叶片形状、采用超高强聚乙烯纤维织物和基体树脂、通过各个部件模具做成，叶片前缘、叶片上壳体、叶片下壳体在成型过程中在其里侧复合固定上夹层结构芯材，而叶片主梁皮层与蜂窝芯材采用环氧树脂粘接在一起做成叶片主梁，粘合筋采用发泡材料通过模具做成，叶片前缘和叶片主梁采用环氧树脂进行粘接，进而形成叶片前半部件，叶片上、下壳体与粘合筋采用环氧树脂进行粘接，进而形成叶片后半部件，最后叶片前、后部件的采用环氧树脂进行粘接，进而形成完整叶片，叶片表面处理后喷漆。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：比传统采用玻璃纤维制造的复合材料叶片(玻璃钢叶片)重量更轻，强度更高。因而采用本发明叶片的风力发电机能够在较低风速下开始发电，并且在较高风速下仍旧能够保持风机的安全性以提高失速风速(风速适应范围宽广)。本发明产品质量稳定，性能优良，设备简单，生产方便。 

附图说明

图1为本发明的超高强聚乙烯纤维复合材料叶片横截面结构示意图； 

图2为夹层结构主梁横截面示意图； 

图3为叶片前缘横截面示意图； 

图4为上下壳体夹层结构与后缘粘合筋横截面示意图； 

图5为复合材料制造工艺示意图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 

千瓦级超高强聚乙烯复合材料风力发电机叶片横截面主要结构如图1所示，具有夹层结构的叶片前缘1、具有夹层结构的叶片主梁2、具有夹层结构的叶片上壳体3、具有夹层结构的叶片下壳体5和叶片后缘壳体粘合筋4。