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CN117345518A - 梁帽、梁帽的制造方法、风机叶片及风力发电机组 - Google Patents

梁帽、梁帽的制造方法、风机叶片及风力发电机组 Download PDF

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CN117345518A
CN117345518A CN202210758248.9A CN202210758248A CN117345518A CN 117345518 A CN117345518 A CN 117345518A CN 202210758248 A CN202210758248 A CN 202210758248A CN 117345518 A CN117345518 A CN 117345518A
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reinforcing
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sizing agent
polydicyclopentadiene
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刘宝锋
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Jiangsu Goldwind Science and Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种梁帽、梁帽的制造方法、风机叶片及风力发电机组。所述梁帽包括多个增强板，所述多个增强板中的至少一个增强板包括聚双环戊二烯树脂基体以及设置在所述聚双环戊二烯树脂基体中的增强层。根据本发明的梁帽的制造成本低、制造效率高且重量轻。

Description

梁帽、梁帽的制造方法、风机叶片及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种梁帽、梁帽的制造方法、风机叶片及风力发电机组。
背景技术
风力发电机组叶片的大梁主要由梁帽和腹板构成。梁帽是风机叶片中的主要承载部件。
目前，梁帽通常采用玻纤拉挤板制成，玻纤拉挤板的树脂基体一般采用环氧树脂体系(一般由环氧树脂主组份和酸酐固化剂组份构成)。由于环氧树脂拉挤体系的粘度比较大，因此不适合在高速下进行拉挤，否则拉挤板中会出现干纱等质量缺陷。这导致玻纤拉挤板的生产速率无法提高，严重影响了风机叶片的生产效率，按照目前玻纤拉挤板的生产速率，平均5-6条拉挤线才能满足一支叶片的供应，所以目前只能大量增加玻纤拉挤线数量，这也增加设备、能耗和人员的费用，导致玻纤拉挤板成本提高。
另外，近几年由于受到整个化工原材料行业供求关系的影响，基体环氧树脂的原材料环氧氯丙烷、双酚A等不断涨价，导致玻纤拉挤板用的环氧树脂体系的成本增加，直接影响玻纤拉挤板的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造成本低、制造效率高且重量轻的梁帽。
根据本发明的一方面，提供一种梁帽，所述梁帽包括多个增强板，所述多个增强板中的至少一个增强板包括聚双环戊二烯树脂基体以及设置在所述聚双环戊二烯树脂基体中的增强层。
可选地，所述增强层包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和亚麻纤维中的至少一种。
可选地，所述梁帽还包括铺设在相邻增强板之间的无机布以及将所述多个增强板彼此粘结的树脂。
根据本发明的另一方面，提供一种风机叶片的梁帽的制造方法，所述制造方法包括：利用聚双环戊二烯树脂体系制备上浆剂；将增强层浸渍到所述上浆剂中，制备增强板；铺设所述增强板；灌注树脂并使树脂固化。
可选地，所述聚双环戊二烯树脂体系包括双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，所述聚双环戊二烯树脂体系还包括催化剂，基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，所述催化剂的含量为0.01-5重量份。
可选地，所述双环戊二烯预聚体由双环戊二烯和弹性体形成，弹性体与双环戊二烯的重量比为0.01-0.7。
可选地，催化剂包括钌催化剂、经典双组分催化剂、钼酚类化合物或者钨-三苯基膦系列配合物，弹性体包括热塑性弹性体。
可选地，所述聚双环戊二烯树脂体系还包括脱模剂和填料中的至少一种，基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，所述脱模剂的含量为1-3重量份，所述填料的含量为3-15重量份。
可选地，所述增强层包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和亚麻纤维中的至少一种。
可选地，所述制备增强板的步骤还包括：在将增强层浸渍到上浆剂中之后，对浸渍有上浆剂的增强层进行预成型，预成型温度为60℃-200℃。
可选地，所述制备增强板的步骤还包括：在对浸渍有上浆剂的增强层进行预成型之后，对浸渍有上浆剂的增强层进行成型固化，成型温度为130℃-280℃。
可选地，在至少三个温区中执行成型固化的步骤，所述至少三个温区中的前温区和后温区的成型温度低于所述至少三个温区中的中间温区的成型温度。
可选地，浸渍有上浆剂的增强层在成型固化的步骤中经拉挤成型为所述增强板，其中，拉挤速率为0.5-2m/min。
可选地，铺设所述增强板的步骤包括：沿所述梁帽的厚度方向错层铺设多个所述增强板，并且在相邻的所述增强板之间铺设无机布。
根据本发明的另一方面，提供一种风机叶片，所述风机叶片包括如上所述的梁帽。
根据本发明的另一方面，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。
根据本发明，采用聚双环戊二烯树脂体系制备叶片梁帽的增强板，生产速率与环氧树脂相比可以提高数倍。
根据本发明，聚双环戊二烯树脂体系的成本比环氧树脂体系降低至少30％，因此用该树脂体系制造增强板，降本效果明显。
根据本发明，聚双环戊二烯树脂体系的密度小于环氧树脂体系的密度，因此增强板的密度较小，可以实现叶片的轻量化。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明的实施例的叶片的一部分的分解示意图；
图2是示意性示出图1中的叶片的梁帽中增强板的铺放形式的示意图；
图3是根据本发明的实施例的梁帽的制造方法的流程图。
在附图中：100为叶片，100a为叶根，100b为叶尖，100c为前缘，100d为后缘，101为第一壳体，102为第二壳体，10为梁帽，11为增强板，20为腹板。
具体实施方式
以下，将参照图1至图3描述根据本发明的实施例的梁帽、梁帽的制造方法、风机叶片及风力发电机组。
如图1所示，根据本发明的实施例的风力发电机组可包括叶片100。叶片100可包括第一壳体101和第二壳体102。在安装好的叶片100中，第一壳体101和第二壳体102可彼此结合以形成完整的壳体，提供气流通过的几何翼型。
根据本发明的实施例，叶片100还可包括梁帽10。梁帽10可设置在第一壳体101和第二壳体102中以作为承力部件。叶片100可包括分别设置在第一壳体101和第二壳体102中的两个梁帽10。
叶片100还可包括腹板20。腹板20可支撑在第一壳体101和第二壳体102之间，用于承受剪力和弯曲力矩。可选地，叶片100可包括两个腹板20，两个腹板20彼此分开。然而，腹板20的数量不受具体限制。
图2是示意性示出图1中的叶片的梁帽中增强板的铺放形式的示意图。根据本发明的实施例，梁帽10可包括多个增强板11。沿叶片的前缘100c到后缘100d的弦向，可并行布置多个增强板11，并行布置的多个增强板11之间可能有部分层叠或者完全不层叠，本发明对此不做具体限制。另外，沿叶片的厚度方向，可错层布置多层增强板11。错层布置是指多层增强板11在从叶片的叶根100a至叶尖100b的方向上彼此间隔开预定距离。除此之外，根据增强板11的长度，从叶片的叶根100a至叶尖100b的方向上也可顺序铺放多个增强板11，本发明对此不做具体限制。
根据本发明的实施例，多个增强板11中的至少一个增强板11包括聚双环戊二烯树脂基体以及设置在聚双环戊二烯树脂基体中的增强层。优选地，多个增强板11中的每个包括聚双环戊二烯树脂基体以及设置在聚双环戊二烯树脂基体中的增强层。
根据本发明，通过使用聚双环戊二烯树脂基体，可实现以下技术效果中的至少一项技术效果：1、本发明采用聚双环戊二烯树脂体系制备叶片梁帽，由于聚双环戊二烯树脂体系室温下粘度较小，约10～150cps，反应快，可快速固化，因此用该树脂体系制造增强板(例如，拉挤板)的生产速率与环氧树脂增强板相比可以提高数倍；2、聚双环戊二烯树脂体系的成本比环氧树脂体系降低至少30％，因此用该树脂体系制造增强板，降本效果明显；聚双环戊二烯树脂体系的密度小于环氧树脂体系的密度，因此增强板的密度较小，可以实现叶片的轻量化。
根据本发明的实施例，聚双环戊二烯树脂基体可利用聚双环戊二烯树脂体系(组合料)制成。聚双环戊二烯(PDCPD)树脂体系是由催化剂、双环戊二烯(DCPD)或双环戊二烯预聚体共聚而成的高分子IPN合金材料，具有密度小、韧性好、易灌注、固化速度快等特点。
根据本发明的实施例，聚双环戊二烯树脂体系可包括双环戊二烯或双环戊二烯。通过利用弹性体对双环戊二烯进行改性，形成双环戊二烯预聚体。通过对双环戊二烯进行改性，可提高分子量，改善性能。
根据本发明的实施例，弹性体与双环戊二烯的重量比为0.01-0.7。当弹性体与双环戊二烯的重量比小于0.01时，弹性体的添加量过小，对双环戊二烯进行改性的作用不明显。当弹性体与双环戊二烯的重量比达到0.7时，对双环戊二烯进行改性的作用已经很显著，而当弹性体与双环戊二烯的重量比超过0.7时，对双环戊二烯进行改性的作用不再明显提高，相反还会影响双环戊二烯的量，因此影响作为主剂的双环戊二烯的性能。
根据本发明的实施例，弹性体可以为热塑性弹性体(TPE或TPR)。可选地，弹性体可以为SBS(苯乙烯系热塑性弹性体)、SEBS(饱和型SBS)、PS(聚苯乙烯)、TPS(苯乙烯类热塑弹性体)、TPV(热塑性三元乙丙动态硫化弹性体)、TPEE(热塑性聚酯弹性体)和TPU(主热塑性聚氨酯弹性体橡胶)中的任意一种。
根据本发明的实施例，聚双环戊二烯树脂体系还可包括催化剂。基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，催化剂的含量为0.01-5重量份。根据本发明，通过在双环戊二烯预聚体中加入催化剂，可在双环戊二烯预聚体的聚合反应中起到催化聚合的作用。
当基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，催化剂的添加量小于0.01重量份时，催化剂的添加量过小，无法充分发挥对双环戊二烯或双环戊二烯预聚体的催化聚合的作用。当基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，催化剂的添加量大于5重量份时，对双环戊二烯或双环戊二烯预聚体的催化聚合的作用不再明显提高，相反还会影响双环戊二烯或双环戊二烯预聚体的量，因此影响作为主剂的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体的性能。
根据本发明的实施例，催化剂可包括钌催化剂、经典双组分催化剂、钼酚类化合物或者钨-三苯基膦系列配合物等。钌催化剂可以是Grubbs一代或Grubbs二代。经典双组分催化剂中的第一组份(主催化剂)为W、Mo、Ru、Ti、Re等的配合物，第二组份为Al、Mg、Sn、Zn、Si等的金属有机化合物。钼酚类化合物可以为例如三对甲基苯氧基二氯化钼、三(2，4-二叔丁基-6-甲基酚氧基)二氯化钼、三壬基苯氧基二氧化钼等。
根据本发明的实施例，聚双环戊二烯树脂体系还可包括脱模剂和填料中的至少一种。
根据本发明，通过向聚双环戊二烯树脂基体中加入脱模剂，在制造脱模板时可使增强板顺利脱模。作为示例，脱模剂可以为硬脂酸锌。
根据本发明的实施例，基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，脱模剂的含量为1-3重量份。当脱模剂的含量小于1重量份时，改善脱模的效果较弱，当脱模剂的含量大于3重量份时，会影响双环戊二烯或双环戊二烯预聚体的量，因此影响作为主剂的性能。
根据本发明，通过向聚双环戊二烯树脂体系中加入填料，可增加聚双环戊二烯树脂基体的黏度并降低其透明度。作为示例，填料可以为碳酸钙。作为示例，碳酸钙的粒径可以为150目-300目。
根据本发明的实施例，基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，填料的含量可以为3-15重量份。当填料的含量小于3重量份时，填料的作用不明显，当填料的含量超过15重量份时，会影响双环戊二烯或双环戊二烯预聚体的量，因此影响作为主剂的性能。
根据本发明的实施例，增强板11还可包括设置在聚双环戊二烯树脂基体中的增强层，以提高梁帽10的强度和刚度。根据本发明的实施例，增强层可包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和亚麻纤维中的至少一种。
根据本发明的实施例，增强板11的厚度可以为0.1mm-10mm，宽度可以为5mm-250mm。然而，本发明不限于此。
根据本发明的实施例，为了将多个增强板11彼此结合，梁帽10还可包括铺设在相邻增强板11之间的无机布以及将多个增强板11彼此粘结的树脂。在形成梁帽10时，树脂可浸润无机布并将多个增强板11粘结在一起。
作为示例，无机布可以为网格布和/或双轴向玻纤布，然而本发明不限于此。作为示例，树脂可以是环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、双环戊二烯树脂和酚醛树脂等中的一种。然而，本发明不限于此。
图3是根据本发明的实施例的梁帽的制造方法的流程图。以下，将参照图3描述根据本发明的实施例的风机叶片的梁帽的制造方法。为了避免冗余，将省略与以上描述重复的描述。
如图3所示，根据本发明的实施例的梁帽的制造方法包括：利用聚双环戊二烯树脂体系制备上浆剂(S1)；将增强层浸渍到上浆剂中，制备增强板(S2)；铺设增强板(S3)；灌注树脂并使树脂固化(S4)。
根据本发明的实施例，可使用拉挤板生产设备来制备增强板。作为示例，拉挤板生产设备可包括纱架、集纱板、分层纱板、浸渍槽、挤胶辊、滤胶板、预成型模具、成型模具、后固化设备、牵引机和收卷装置。
在步骤S1中，利用聚双环戊二烯树脂体系制备上浆剂。可将上浆剂放置在浸渍槽中。
根据本发明的实施例，聚双环戊二烯树脂体系可包括双环戊二烯或双环戊二烯预聚体。此外，聚双环戊二烯树脂体系还可包括催化剂。在描述梁帽时已经对双环戊二烯预聚体和催化剂等进行了描述，在此将省略其详细描述。
此外，根据本发明的实施例的聚双环戊二烯树脂体系还包括脱模剂和填料中的至少一种。以上已经对脱模剂和填料的种类和含量进行了描述，在此将省略其详细描述。
在步骤S2中，将增强层浸渍到上浆剂中，制备增强板。增强层可包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和亚麻纤维中的至少一种。
首先，可根据拉挤板的要求计算出所需纤维的用量，然后，将所需的纤维置于纱架上。在牵引机的牵引作用下，纤维依次穿过集纱板和分层纱板。经过分层纱板的分纱后，纤维进入装有聚双环戊二烯树脂体系浸渍料的浸渍槽，以进行浸胶处理。
经过浸胶处理后的纤维，再经挤胶辊的挤压和滤胶板的滤胶，去除多余的聚双环戊二烯树脂体系浸渍料。然后，纤维进入预成型模具，对浸渍有上浆剂的增强层进行预成型。预成型是将预浸好的增强层以连续的方式运转并确定相对位置的过程，经过预成型装置初步定型并挤出多余的树脂，然后再进入模具进行加热固化。作为示例，预成型温度为60℃-200℃。作为示例，预成型模具的长度为150-800mm。
在对浸渍有上浆剂的增强层进行预成型之后，对浸渍有上浆剂的增强层进行成型固化。成型固化是使预成型的增强层进入模具中加热固化成型的过程。模具的固化温度根据固化工艺设计，主要考虑树脂再固化过程中的放热曲线。作为示例，成型温度为130℃-280℃。作为示例，在至少三个温区中执行成型固化，至少三个温区中的前温区和后温区的成型温度低于至少三个温区中的中间温区的成型温度。
作为示例，成型模具的长度为900mm-3000mm。作为示例，可在经过预成型模具的纤维的上方铺设上脱模布并在其下方铺设下脱模布，然后进入成型模具进行成型，从而有利于拉挤板的脱模。
根据本发明的实施例，浸渍有上浆剂的增强层在成型固化的步骤中经拉挤成型为增强板，其中，拉挤速率为0.5-2m/min。作为示例，拉挤速率可以为0.8-2m/min，或者可以为1-2m/min。由于本发明使用聚双环戊二烯树脂体系作为上浆剂，聚双环戊二烯树脂体系室温下粘度较小，约10-150cps，反应快，可快速固化，因此拉挤速率可提高。从而，用聚双环戊二烯树脂体系制造拉挤板的生产速率与环氧树脂拉挤板相比可以提高数倍。
经过成型模具后的拉挤板在经过后固化设备固化后，通过牵引装置将拉挤板从成型模具中拉出后经过收卷装置进行拉挤板的收集，确定一定的长度后切割，进行下一批次的收卷。
在步骤S3中，可铺设增强板。作为示例，可在增强板之间设置无机布以用于浸润树脂将增强板彼此粘结。作为示例，在铺设增强板时，可沿梁帽的厚度方向错层铺设多个增强板。此外，沿梁帽的弦向，可并排铺设多个增强板。可根据梁帽的结构设计和增强板的尺寸来设计铺层方式，本发明对此不做具体限定。
根据本发明的实施例，当需要形成叶片梁帽的预制件时，可在叶片梁帽的模具中铺设增强板。作为示例，可在铺设增强板之后，真空灌注树脂。作为示例，树脂可以是环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、双环戊二烯树脂和酚醛树脂等中的一种。可选地，真空灌注温度在20℃-80℃，灌注及固化时间在2h-6h。
然而，本发明也可不形成梁帽的预制件，而是在叶片壳体成型模具上堆叠增强板。然后，与叶片壳体的铺层蒙皮一起灌注树脂，一体共固化成型。可选地，真空灌注温度在20℃-80℃，灌注及固化时间在5h-7h。
根据本发明的以上描述的梁帽，可实现以下描述的至少一个有益效果。
根据本发明，采用聚双环戊二烯树脂体系制备叶片梁帽，由于聚双环戊二烯树脂体系室温下粘度较小，约10～150cps，反应快，可快速固化，因此用该树脂体系制造增强板的生产速率与环氧树脂增强板相比可以提高数倍。
根据本发明，聚双环戊二烯树脂体系的成本比环氧树脂体系降低至少30％，因此用该树脂体系制造增强板，降本效果明显。
根据本发明，聚双环戊二烯树脂体系的密度小于环氧树脂体系的密度，因此增强板的密度较小，可以实现叶片的轻量化。
尽管已经参照其示例性实施例具体描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (16)

1.一种梁帽，其特征在于，所述梁帽(10)包括多个增强板(11)，所述多个增强板(11)中的至少一个增强板包括聚双环戊二烯树脂基体以及设置在所述聚双环戊二烯树脂基体中的增强层。
2.根据权利要求1所述的梁帽，其特征在于，所述增强层包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和亚麻纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的梁帽，其特征在于，所述梁帽(10)还包括铺设在相邻增强板(11)之间的无机布以及将所述多个增强板(11)彼此粘结的树脂。
4.一种风机叶片的梁帽的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
利用聚双环戊二烯树脂体系制备上浆剂；
将增强层浸渍到所述上浆剂中，制备增强板；
铺设所述增强板；
灌注树脂并使树脂固化。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述聚双环戊二烯树脂体系包括双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，所述聚双环戊二烯树脂体系还包括催化剂，基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，所述催化剂的含量为0.01-5重量份。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述双环戊二烯预聚体由双环戊二烯和弹性体形成，弹性体与双环戊二烯的重量比为0.01-0.7。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，催化剂包括钌催化剂、经典双组分催化剂、钼酚类化合物或者钨-三苯基膦系列配合物，弹性体包括热塑性弹性体。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述聚双环戊二烯树脂体系还包括脱模剂和填料中的至少一种，基于100重量份的双环戊二烯或双环戊二烯预聚体，所述脱模剂的含量为1-3重量份，所述填料的含量为3-15重量份。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述增强层包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和亚麻纤维中的至少一种。
10.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述制备增强板的步骤还包括：在将增强层浸渍到上浆剂中之后，对浸渍有上浆剂的增强层进行预成型，预成型温度为60℃-200℃。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述制备增强板的步骤还包括：在对浸渍有上浆剂的增强层进行预成型之后，对浸渍有上浆剂的增强层进行成型固化，成型温度为130℃-280℃。
12.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在至少三个温区中执行成型固化的步骤，所述至少三个温区中的前温区和后温区的成型温度低于所述至少三个温区中的中间温区的成型温度。
13.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，浸渍有上浆剂的增强层在成型固化的步骤中经拉挤成型为所述增强板，其中，拉挤速率为0.5-2m/min。
14.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，铺设所述增强板的步骤包括：沿所述梁帽的厚度方向错层铺设多个所述增强板，并且在相邻的所述增强板之间铺设无机布。
15.一种风机叶片，其特征在于，所述风机叶片(100)包括根据权利要求1-3中任一项所述的梁帽(10)。
16.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求15所述的风机叶片。
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