一种复合板以及包含此复合板的风力涡轮机叶片制造技术

本发明专利技术公开了一种复合板及包含此复合板的风力涡轮机叶片，该复合板包含上层和下层，上层包含环氧树脂固化物、碳纤维布、纳米颗粒，纳米颗粒占上层材料总体积的10‑70％，下层为聚苯乙烯发泡材料、聚氨酯发泡材料、聚丙烯发泡材料、聚对苯二甲酸乙二醇酯发泡材料、聚氯乙烯发泡材料、聚乙烯发泡材料中的一种或多种，纳米颗粒是金刚石、炭黑、氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁、二氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼、氮化铝中的一种或多种，上层中加入纳米颗粒，通过颗粒堆积，提高厚度方向上的热传导率，从而加快提高表面温度，减少加热时间，节约电能，下层使用热传导率小的隔热材料，使热不易传导到叶片内部，保护叶片主体结构，达到更好的除冰、防冰效果。

A composite plate and a wind turbine blade including the composite plate

Wind turbine blades, the invention discloses a composite plate and containing the composite plate, the composite plate includes upper and lower layers, the upper layer contains epoxy resin, carbon fiber, nano particles, nano particles accounted for 70% of total volume of 10 upper material, lower layer is polystyrene foaming material, polyurethane foam material, polypropylene foam materials, polyethylene terephthalate foaming material, PVC foaming material, polyethylene foam material in one or more of the nanoparticles is one or more diamond, carbon black, Magnesium Oxide, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, silicon dioxide, aluminum oxide, silicon carbide, boron nitride, aluminum nitride in the nano particles in the upper layer through the particle accumulation, improve heat conduction in the direction of thickness ratio, thus improve the surface temperature, the heating time is reduced, saving electricity In the lower layer, the heat insulation material with small thermal conductivity is used, so that the heat is not easy to transmit to the inside of the blade, and the main structure of the blade is protected, so as to achieve better deicing and anti icing effects.

【技术实现步骤摘要】
一种复合板以及包含此复合板的风力涡轮机叶片
本专利技术涉及了一种板材，特别一种复合板及包含此复合板的风力涡轮机叶片。技术背景随着煤、石油、天然气等地下能源的逐步开采，世界上能源的紧缺引起了人们的对新能源开发的广泛关注。其中，作为可再生能源的风能的开发和利用成为世界关注的热点和必然的发展方向。为了提高风能的利用率，在我国，风力发电机的应用不仅在气候比较适宜的地区使用，在低温高湿结冰地区的使用也越来越多。但是，在低温高湿结冰环境下，风力发电机的叶片的空气动力学特性受到表面覆冰的影响，而且会增加叶片的质量使得叶片的负荷增大，进而改变翼面的升力，叶片的空气动力学性能明显下降，在很大程度上影响风力发电效率，在连续低温高湿条件下覆冰进一步发展，甚至会导致风力发电机的停机事故，造成巨大经济损失和资源浪费。研究和开发对大型风力发电机的叶片进行防冰和除冰的经济、适用和有效的方法具有重要意义。申请号为201210561169.5中提到用于风力涡轮机叶片的夹层板，在夹层板中添加导电纤维，来加热叶片，起到防冰、除冰的效果。申请号为201310082885.X的专利提供一种大型风力发电组合叶片防冰与除冰系统，是在大型风力发电组合叶片表面的组合叶片本体是在纤维母材制成的蒙皮外表面、中间层或者内表面上铺设有纤维加热材料层，在纤维加热材料层两端分别连接有一个导电电极，导电电极通过导线连接有纤维加热电源，通过加热纤维加热材料，来达到防冰和除冰的效果。申请号为201611040757.9提供了一种适用于风力发电机叶片防冰/融冰的复合碳纤维发热元件，包含由外向内依次设置的绝缘导热层和用于贴附在叶片上的碳纤维网格发热层，在发热层的两端连接有导电电极，通过通电加热元件来达到除冰、防冰效果。上述三个专利都是在叶片的表面或者内部添加纤维加热材料来加热叶片，但是纤维加入材料只有利于有助于提高面内方向上的热传导率，但是厚度方向上的热传导率较低，总传热效率比较低，而需要消耗很多的电能。
技术实现思路
为解决上述问题，提高叶片在厚度方向的传热效率，节约能源，本专利技术采取了如下技术方案：一种复合板包含上层和下层，上层包含环氧树脂固化物、碳纤维布、纳米颗粒，纳米颗粒占上层体积的10-70％，下层为聚苯乙烯发泡材料、聚氨酯发泡材料、聚丙烯发泡材料、聚对苯二甲酸乙二醇酯发泡材料、聚氯乙烯发泡材料、聚乙烯发泡材料中的一种或多种，下层优选聚氨酯发泡片。若纳米颗粒占上层的体积小于10％，复合板厚度方面的导热率太低，除冰、防冰效果不明显；纳米颗粒占上层的体积大于70％，复合板的碳纤维布和环氧树脂固化物含量太低，复合板难以加工成型。优选的，纳米颗粒占上层体积的30-65％；更优选，纳米颗粒占上层体积的50-60％。环氧树脂固化物是由环氧树脂低聚物与固化剂反应形成的三维网状的热固性塑料。其中，环氧树脂按化学结构分类，可以分为缩水甘油醚类，如双酚A型、双酚F型、双酚S型、氢化双酚A型、酚醛型等；缩水甘油酯类，如邻苯二甲酸二缩水甘油酯类等；缩水甘油胺类，如四缩水甘油二氨基二苯基甲烷；脂环族环氧树脂类、环氧化烯烃类等。其中，固化剂按化学结构分类，可以分为胺类，如乙二胺、二乙烯三胺、间苯二胺、双马来酰亚胺等；有机酸酐，如顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸二酐等；其它还有咪唑类固化剂、聚酰胺类固化剂、聚酯树脂类固化剂、聚硫醇类固化剂等。有时，为了加快、调节环氧树脂同固化剂的反应速度，还会加入促进剂。促进剂可以列举出叔胺及其盐、乙酰丙酮金属盐、三苯基膦、芳基异氰酸酯、有机羧酸盐等。需要根据环氧树脂固化物的加工工艺和性能，选择合理的环氧树脂、固化剂、促进剂及其配比。碳纤维布为由碳纤维材料编织成的二维或三维纤维布。具体如东丽株式会社产CO6151B、CO6644B、CK6261C。纳米颗粒是金刚石、炭黑、氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁、二氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼、氮化铝中的一种或多种，优选的，纳米颗粒是金刚石、炭黑、氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁、二氧化硅、氧化铝、碳化硅中的一种或多种；更优选，纳米颗粒是碳酸镁、碳化硅中的一种或两种。纳米颗粒的平均粒径0.2-20微米，其中，纳米颗粒的粒径小于0.2微米，在制作过程纳米粒子不易混合均匀，影响材料的结构的均一性；纳米颗粒的粒径大于20微米，相同体积下，纳米粒子数量少，不利于在厚度方向充分填充复合板，影响复合板的导热速率。较优选，纳米颗粒的平均粒径0.5-15微米；更优选，纳米颗粒的平均粒径1-10微米。进一步的，所述的纳米颗粒是碳化硅、碳酸镁的混合物。进一步的，所述的碳化硅的平均粒径是0.2-4微米，优选的，碳化硅的平均粒径是0.5-3微米；更优选，碳化硅的平均粒径是1-2微米。进一步的，所述的碳酸镁的平均粒径是4-20微米；优选的，碳酸镁的平均粒径是6-15微米；更优选，碳酸镁的平均粒径是6-10微米。其中，纳米颗粒为碳化硅、碳酸镁的混合物，并且小粒径的碳化硅和大粒径的碳酸镁混合使用，可以进一步提高复合板在厚度方向的导热率。进一步的，碳化硅、碳酸镁的混合物中，优选碳化硅与碳酸镁的质量比为1:4～4:1，进一步优选碳化硅与碳酸镁的质量比为2:3～3:2，两种材料的质量比越接近，上层材料的导热性能越好。进一步的，纳米颗粒的比表面积大于5m2/g，纳米颗粒的比表面积太小，纳米颗粒相互之间以及和碳纤维和环氧树脂固化物的接触面积不足，复合板的厚度方向的导热率提高不大，使用效果不好；优选的，纳米颗粒的比表面积大于10m2/g。复合板上层厚度为0.1-2mm,在厚度方向上的导热率大于0.5W/m·K，在面内方向上的导热率大于0.6W/m·K，上层导热率的提高有助于快速融冰，降低用电量。厚度小于0.1mm，上层强度不够，在使用过程中容易被破坏；厚度大于2mm，会增加材料使用量，增加重量以及用电量。优选的上层厚度为0.3-1.5mm，在厚度方向上的导热率大于0.8W/m·K，在面内方向上的导热率大于1W/m·K，；更优选，上层厚度为0.5-1mm,在厚度方向上的导热率大于1.2W/m·K，在面内方向上的导热率大于1.5W/m·K，。复合板下层材料厚度为0.1-1mm，在厚度方向上导热系数小于0.04W/m·K；如果厚度小于0.1mm，下层材料导热系数大于0.04，导致下层材料外表面的温度过高，影响复合板制作的叶片内部主体结构；下层材料厚度太大，材料的用量增加、质量增加，降低复合板的风力发电叶片的旋转速率，降低发电效率。优选的，下层材料厚度为0.3-0.8mm，在厚度方向上导热系数小于0.03W/m·K；更优选，下层材料厚度为0.4-0.6mm，在厚度方向上导热系数小于0.02W/m·K。本专利技术的技术方案还提供了一种包含此复合板的风力涡轮机叶片。本专利技术的防冰与除冰过程如下：通过电源给叶片中的碳纤维供电产生热量，再通过叶片中的纳米颗粒将碳纤维产生的热量传递到叶片的外表面，加快叶片外表面的温度提升，使叶片外表面的覆冰融化，并防止再次结冰，起到除冰防冰的效果。本专利技术的效果：1、上层中加入纳米颗粒，通过颗粒堆积，提高厚度方向上的热传导率，从而加快提高表面温度，减少加热时间，节约电能。2、下层使用热传导率小的隔热材料，使热不易传导到叶片内部，保护叶片主体结构。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合板，包含上层和下层，其特征在于所述上层包含环氧树脂固化物、碳纤维布、纳米颗粒，纳米颗粒占上层材料总体积的10‑70％，下层为聚苯乙烯发泡材料、聚氨酯发泡材料、聚丙烯发泡材料、聚对苯二甲酸乙二醇酯发泡材料、聚氯乙烯发泡材料、聚乙烯发泡材料中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种复合板，包含上层和下层，其特征在于所述上层包含环氧树脂固化物、碳纤维布、纳米颗粒，纳米颗粒占上层材料总体积的10-70％，下层为聚苯乙烯发泡材料、聚氨酯发泡材料、聚丙烯发泡材料、聚对苯二甲酸乙二醇酯发泡材料、聚氯乙烯发泡材料、聚乙烯发泡材料中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的复合板，其特征在于所述的纳米颗粒是金刚石、炭黑、氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁、二氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼、氮化铝中的一种或多种，纳米颗粒的平均粒径0.2-20微米。3.根据权利要求1或2所述的复合板，其特征在于所述的纳米颗粒的比表面积大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：严兵，许文前，张可可，施刘生，赵清新，施展，刘成，张林强，祝颖丹，
申请(专利权)人：江苏澳盛复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32