[发明专利]一种风力发机叶片梁冒用碳纤维及制备方法

说明书

本发明公开一种风力发机叶片梁冒用碳纤维纤维及其制备方法，该碳纤维原丝采用干喷湿纺工艺制备，丝束规格24K及以上，纺丝速度400m/min以上，原丝单束生产效率60Kg/h以上；碳化速度11m/min以上。该碳纤维拉伸强度4500MPa以上，拉伸模量230GPa以上，断裂伸长率1.8％以上。采用不同上浆剂，适用于环氧、乙烯基等不同树脂基体。该产品具有生产效率高、拉伸强度高、工艺性能好的特点，适用于制造风力发机叶片梁冒。

技术领域

本发明所属技术领域是碳纤维领域，具体涉及一种风力发机叶片梁冒用碳纤维及制备方法。

背景技术

碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐烛、耐摩擦、导电、导热、热膨胀系数小等优良特性，在工业、农业、交通、军事、建筑、生物亲和性材料等各领域中得到广泛应用。

风力发电机是重要的复合材料应用领域，其叶片大量采用复合材料，以前以玻璃纤维复合材料为主。但随着叶片尺寸的加大，传统玻璃纤维复合材料难以满足叶片刚度需求，因此开始开发碳纤维复合材料叶片，主要用在主承力机构——梁冒上，但高昂的成本限制了碳纤维的大规模使用。维斯塔斯创新了风力发电机叶片梁冒碳纤维应用方式，采用碳纤维拉挤板材制备风机叶片梁冒，性能、效率得以大幅提升，引领碳纤维用量大幅提升，当前风机叶片梁冒用碳纤维主要以大丝束碳纤维为主。

发明内容

本发明目的在于提供一种风力发电机叶片梁冒用干喷湿纺碳纤维及其制备方法。

实现本发明目的提供技术方案如下：

一种风力发电机叶片梁冒用碳纤维，选用干喷湿纺工艺制备聚丙烯腈基原丝；经过预氧化、碳化、表面处理、上浆工序后，获得碳纤维拉伸强度4500MPa以上，拉伸模量230GPa以上，断裂伸长率1.8％以上的风力发电机叶片梁冒用碳纤维。

进一步的，所述的丝束规格24K及以上，原丝生产效率60Kg/h以上，纺丝速度400m/min以上，碳化速度11m/min以上。

进一步的，原丝纤度为1.0-1.2dtex，单丝直径10-13um；单丝强力在8.0cN/dtex以上；

进一步的，预氧化温度220℃～280℃，预氧化牵伸率0.90-1.10。

进一步的，低温碳化温度400℃～700℃，低温碳化牵伸1.0～1.1倍；高温碳化温度950～1300℃，高温碳化牵伸0.9～1.0倍。

进一步的，表面处理采用阳极氧化电化学处理，处理介质为NaHCO₃、NaOH和H₂SO₄其中的一种，上浆剂选用改性环氧型、乙烯基型上浆剂中的一种适用于环氧、乙烯基的不同树脂基体。

进一步的，风力发机叶片梁冒用碳纤维的拉挤工艺性能达到纤维耐磨性10mg以内，拉挤板材纤维体积含量可达70％，0°拉伸强度2100MPa以上，拉伸模量140GPa以上，0°压缩强度1000MPa以上，压缩模量130GPa以上。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点：

1、采用聚丙烯腈为原料的干喷湿纺工艺，其结构致密，纺速较高，经后处理可获得高性能纤维。丝束规格24K以上，干喷湿纺的速度400m/min以上，原丝单束生产效率60Kg/h。

本专利原丝单丝强力9cN/dtex，断裂伸长率11％以上，表面缺陷亚微米级。

2、预氧化是碳纤维制备的重要环节，在预氧化过程中，纤维由分子链结构转变为梯形结构，以便耐受300℃以上的碳化热处理