树脂组合料、制备方法、叶片壳体及风力发电机组与流程

1.本技术涉及风电技术领域，尤其涉及一种树脂组合料、制备方法、叶片壳体及风力发电机组。


背景技术：

2.随着风力发电技术的不断发展，人们对风力发电机组的性能和成本提出了更高的要求。叶片作为风力发电机组的重要组成部分，其性能和成本直接影响了风力发电机组的性能和制造成本。
3.目前风力发电机组叶片的壳体主要由双组份环氧树脂体系灌注玻璃纤维织物通过真空加压固化而成。环氧树脂是一种分子上含两个以上的环氧基团的聚合物。叶片灌注用的环氧树脂体系是由主体环氧树脂和胺类固化剂组成。由于环氧树脂室温下粘度较大，导致大厚度部位的灌注时间较长，从而使整个叶片壳体的灌注时间增加，影响叶片的生产效率。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种树脂组合料、制备方法、叶片壳体及风力发电机组，旨在解决叶片壳体灌注时间长，导致叶片生产效率低的问题。
5.本技术第一方面的实施例提供了一种树脂组合料，树脂组合料包括聚双环戊二烯树脂和催化剂，且催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.001％～0.5％。
6.根据本技术第一方面的实施方式，催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.02％～0.1％。
7.根据本技术第一方面前述任一实施方式，催化剂包括格拉布催化剂、(1,3-双-(2,4,6-三甲基苯基)-2-咪唑烷亚基)二氯(邻异丙氧基苯亚甲基)合钌催化剂、钨、钼、钌、钛、铼、铝、镁、锡、锌、硅、钼酚类化合物和钨-三苯基膦系列配合物中的至少一者。
8.根据本技术第一方面前述任一实施方式，树脂组合料包括第一组份和第二组份，第一组份和第二组份均包括催化剂和聚双环戊二烯树脂，且催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.001％～0.5％，
9.其中，第一组份的催化剂包括钨、钼、钌、钛、铼中的至少一者，第二组份的催化剂包括铝、镁、锡、锌、硅中的至少一者。
10.根据本技术第一方面前述任一实施方式，催化剂包括钼酚类化合物，钼酚类化合物包括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中的至少一者。
11.根据本技术第一方面前述任一实施方式，还包括作为材料改性的弹性体材料。
12.根据本技术第一方面前述任一实施方式，弹性体材料为热塑性弹性体，热塑性弹性体包括苯乙烯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、聚氯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体、苯乙烯类加氢型热塑性
弹性体、聚苯乙烯类热塑性弹性体中的至少一者。
13.根据本技术第一方面前述任一实施方式，弹性体材料占聚双环戊二烯树脂的重量比为1％～70％。
14.本技术第二方面的实施例还提供了一种风力发电机组叶片壳体的制备方法，包括：
15.在壳体模具表面铺设铺层；
16.在铺层外铺设真空袋，真空袋具有入料口；
17.将树脂组合料通过入料口注入真空袋，树脂组合料为上述任一实施例的树脂组合料。
18.根据本技术第二方面一实施方式，将树脂组合料通过入料口注入真空袋的步骤之前还包括：
19.在脱泡系统内对树脂组合料进行脱泡处理，脱泡系统的出料口通过管道连接于真空袋的入料口；
20.将树脂组合料通过入料口注入真空袋的步骤中还包括：控制出料口的温度为16℃～30℃。
21.根据本技术第二方面前述任一实施方式，将树脂组合料通过入料口注入真空袋的步骤之后还包括：
22.浸润步骤，在30-45℃下保持1h～3h；
23.加热固化步骤，对所述树脂组合料浸润后的所述铺层进行加热固化处理，固化温度为80℃～90℃。
24.根据本技术第二方面前述任一实施方式，加热固化步骤包括：
25.对壳体模具进行第一次加热处理，加热温度为40℃～60℃，加热时间为1h～3h；
26.对壳体模具进行第二次加热处理，加热温度为80℃～90℃，加热时间为1h～6h。
27.本技术第三方面的实施例还提供一种风力发电机组的叶片壳体，由上述任一第一方面实施例的树脂组合料制备形成。
28.根据本技术第三方面的实施方式，铺层包括纤维织物和拉挤板中的至少一者。
29.本技术第四方面的实施例还提供一种风力发电机组，包括上述的叶片壳体。
30.在本技术实施例提供的树脂组合料包括催化剂和聚双环戊二烯树脂。在使用本技术实施例的树脂组合料制备风力发电机组的叶片时，由于聚双环戊二烯树脂在室温下粘度小，因此灌注速率非常快，可以有效缩短风力发电机组叶片的灌注时间，且聚双环戊二烯树脂无需后固化，固化时间短，能够进一步提高叶片的制备效率。此外，聚双环戊二烯树脂相对环氧树脂成本更低。因此本技术实施例提供的复合材料不仅能够有效提高风力发电机组叶片的生产效率，而且能够有效降低叶片的材料成本。
附图说明
31.通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
32.图1是本技术实施例提供的一种风力发电机组叶片的制备方法流程示意图；
33.图2是本技术实施例提供的一种风力发电机组叶片的制备方法过程结构图。
34.附图标记说明：
35.10、壳体模具；20、真空袋；21、出料口；22、传感器；30、真空装置；40、第一管道；41、第一阀门；50、脱泡腔室；60、第二管道；61、第二阀门。
具体实施方式
36.下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过本技术的示例来提供对本技术的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本技术造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
37.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本技术的实施例的具体结构进行限定。在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.目前风力发电机组叶片的壳体主要由双组份环氧树脂体系灌注玻璃纤维织物通过真空加压固化而成。环氧树脂是一种分子上含两个以上的环氧基团的聚合物。叶片灌注用的环氧树脂体系是由主体环氧树脂和胺类固化剂组成。由于环氧树脂室温下粘度较大，导致大厚度部位(如叶根和梁帽)的灌注时间较长，从而使整个叶片壳体的灌注时间增加，影响整个叶片的生产效率。
40.另外，环氧树脂灌注体系受化工原料涨价的影响，价格不断走高，导致采用环氧灌注树脂体系制备的风机叶片成本不断增加，因此研究和开发适合叶片制造的新型的可降低成本的灌注树脂体系十分迫切。
41.为了更好地理解本技术，下面结合图1至图2对本技术实施例的树脂组合料、制备方法、叶片壳体及风力发电机组进行详细描述。
42.本技术第一方面的实施例提供了一种树脂组合料，树脂组合料包括聚双环戊二烯树脂和催化剂，且催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.001％～0.5％。
43.在本技术实施例提供的树脂组合料包括催化剂和聚双环戊二烯树脂。在使用本技术实施例的树脂组合料制备风力发电机组的叶片时，由于聚双环戊二烯树脂在室温下粘度小，因此灌注速度非常快，可以有效缩短风力发电机组叶片的制备时间。且聚双环戊二烯树脂无需后固化，固化时间短，能够进一步提高叶片的制备效率。此外，聚双环戊二烯树脂相对环氧树脂成本较低。因此本技术实施例提供的复合材料不仅能够有效提高风力发电机组
叶片的制备效率，而且能够有效降低叶片的制造成本。
44.在本技术实施例提供的树脂组合料，催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.001％～0.5％时，催化剂能够很好地引发聚双环戊二烯树脂反应，加速聚双环戊二烯树脂的固化。
45.在室温条件下，聚双环戊二烯树脂的粘度较低，聚双环戊二烯树脂体系在室温环境下的粘度一般为10cps～50cps。因此在使用树脂组合料进行灌注形成风力发电机组的叶片时，低粘度的复合材料有利于提高灌注速度，能够有效缩短灌注时间。实验表面，同等条件下，聚双环戊二烯树脂的灌注时间较环氧树脂的灌注时间可以缩短1h～3h。
46.此外，包含聚双环戊二烯树脂的树脂组合料密度为1.04g/cm3。当催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.001％～0.5％时，使得树脂组合料固化后的密度为1.07g/cm3。而包含环氧树脂的组合料固化后的密度为1.20g/cm3。因此本技术实施例的树脂组合料的密度更小，重量更轻，能够实现叶片的轻量化。
47.催化剂占聚双环戊二烯树脂的比例设置方式有多种，可选的，催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.02％～0.1％。当催化剂和聚双环戊二烯树脂的重量比在上述范围之内时，既能够避免催化剂较多使得组合料的固化引发过快，导致操作时间缩短，影响整个叶片工艺；也能够避免催化剂过少导致树脂固化速度太慢而影响叶片壳体的生产效率。
48.催化剂的种类选择有多种，可选的，催化剂包括格拉布催化剂或(1,3-双-(2,4,6-三甲基苯基)-2-咪唑烷亚基)二氯(邻异丙氧基苯亚甲基)合钌催化剂中的至少一者。
49.在另一些可选的实施例中，复合材料为双组份材料，即复合材料包括两种不同的组份。可选的，复合材料包括第一组份和第二组份，第一组份和第二组份均包括催化剂和聚双环戊二烯树脂，且催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.001％～0.5％，其中，第一组份的催化剂包括钨、钼、钌、钛、铼中的至少一者，第二组份的催化剂包括铝、镁、锡、锌、硅中的至少一者。
50.在这些可选的实施例中，在叶片的制备过程中，可以先对第一组份和第二组份分别进行脱泡处理，然后第一组份和第二组份混合并一并灌注真空系统形成叶片的壳体。
51.在上述实施例中，可选的，第一组份中催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.02％～0.1％。可选的，第二组份中催化剂占聚双环戊二烯树脂的重量比为0.02％～0.1％。
52.在还一些可选的实施例中，催化剂还可以包括钼酚类化合物。不同的钼酚类化合物的选择对双环戊二烯树脂的凝胶时间、环境敏感性、单体转化率及交联度有关。钼酚类化合物的种类有多种，可选的，在一些实施例中，钼酚类化合物包括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中的至少一者。
53.在一些可选的实施例中，还可以在复合材料中增加弹性体，弹性体能够对聚双环戊二烯树脂进行改性，以进一步提高复合材料的韧性和疲劳性能。
54.弹性体的种类有多种，例如弹性体可以选用热塑性弹性体，能够加速复合材料的固化。热塑性弹性体的种类有多种，可选的，热塑性弹性体包括苯乙烯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、聚氯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体、苯乙烯类加氢型热塑性弹性体、聚苯乙烯类热塑性弹性体中的至少一者。
55.可选的，弹性体与聚双环戊二烯树脂的重量比为1％～70％。当弹性体与聚双环戊二烯树脂的重量比在上述范围之内时，既能够避免弹性体的含量过高导致复合材料粘度过高而影响灌注速率，也能够避免弹性体含量过低影响树脂体系及复合材料的韧性。
56.除上述的成分以外，树脂组合料还可以包括其他类助剂。可选的，树脂组合料包括异氰酸酯聚亚甲基聚亚苯基酯，异氰酸酯聚亚甲基聚亚苯基酯可以作为稀释剂，如采用上面所述稀释剂，应在灌注前对真空袋进行除湿，温度为40-50℃，时间1-3个小时。
57.综上，本技术实施例提供的树脂组合料可以选用以钌为主的双催化剂体系、聚双环戊二烯树脂和有机硅弹性体或其他弹性体共聚而成的高分子共混聚合物(interpenetrating polymer network；ipn)。树脂组合料还可以包括其他填料。树脂组合料固化前的密度为1.03g/cm3～1.05g/cm3，固化后的密度为1.06g/cm3～1.08g/cm3。树脂组合料的粘度为10cps-50cps，可以在80℃以上固化，固化时间为1h～6h。该复合材料具有密度小、韧性好，易灌注，固化速度快等特点。
58.本技术实施例提供的树脂组合料可以用于灌注纤维织物或拉挤板。
59.纤维织物包括玻璃纤维或碳纤织物、碳-玻混杂织物、玄武岩纤维织物、芳纶纤维织物和亚麻纤维等天然纤维织物等，纤维织物可以为克重100g/m2～2000g/m2的单轴向织物、双轴向织物和多轴向织物。碳-玻混杂织物可以包括层内混杂和层间混杂织物，碳-玻混杂织物的克重为100g/m2～2000g/m2，碳-玻混杂织物中碳纤维的混杂比例可以为1％-99％；玄武岩纤维织物包括克重碳-玻混杂织物的单轴向织物、双轴向织物和多轴向织物；芳纶纤维织物包括碳-玻混杂织物的单轴向织物、双轴向织物和多轴向织物；亚麻等天然纤维织物包括克重100g/m2～2000g/m2的单轴向织物、双轴向织物和多轴向织物等。
60.拉挤板包括0.1mm-10mm的玻璃纤维拉挤板、碳纤维拉挤板、玄武岩纤维拉挤板、碳-玻混杂拉挤板。拉挤板的宽度可以为10mm-200mm。拉挤板制造材料可以包括树脂，用于制造拉挤板的树脂可以是聚双环戊二烯树脂、聚氨酯、环氧树脂，也可以不饱和聚酯、乙烯基环氧树脂、丙烯酸树脂等。
61.本技术实施例提供的树脂组合料可以用于制备风力发电机组的整个叶片壳体，或风力发电机组中叶片的叶根部预制件。
62.本技术还提供一种叶片壳体，使用上述的树脂组合料制备成型。由于本技术实施例的叶片壳体包括上述的树脂组合料，因此本技术实施例的叶片具有上述树脂组合料所具有的有益效果，在此不再赘述。
63.本技术还提供一种风力发电机组，包括上述的叶片壳体。由于本技术实施例的风力发电机组包括上述的叶片壳体，因此本技术实施例的风力发电机组具有上述叶片所具有的有益效果，在此不再赘述。
64.请参阅图1和图2，图1是本技术实施例提供的一种风力发电机组叶片壳体的制备方法流程示意图。图2是本技术实施例提供的一种风力发电机组叶片壳体的制备方法过程结构图。
65.如图1和图2所示，本技术实施例提供的一种风力发电机组叶片壳体的制备方法包括：
66.步骤s01：在壳体模具10表面铺设铺层。
67.步骤s02：在铺层外铺设真空袋20，真空袋20具有入料口。
68.步骤s03：将树脂组合料通过入料口注入真空袋20。
69.其中，树脂组合料是指上述任一实施例中的树脂组合料。
70.在使用本技术实施例的制备方法制备叶片时，由于树脂组合料中聚双环戊二烯树脂在室温下粘度小，因此灌注速度非常快，可以有效缩短风力发电机组叶片的制备时间，且聚双环戊二烯树脂无需后固化，能够进一步提高叶片的制备效率。此外，聚双环戊二烯树脂相对环氧树脂成本更低。因此本技术实施例提供的树脂组合料不仅能够有效提高风力发电机组叶片的制备效率，而且能够有效降低叶片的材料成本。
71.可选的，在步骤s01中的铺层材料可以包括纤维织物、拉挤板巴沙木、和硬质泡沫(pvc泡沫、san泡沫和pet泡沫)等。纤维织物和拉挤板的设置方式如上所述，在此不再赘述。硬质泡沫也可以为聚氨酯和聚醚共混发泡形成的具有互穿聚合物网络的新型硬质泡沫hpe，该硬质泡沫具有泡孔尺寸小，吸胶量低，环保可回收，韧性好，具有突出的抗疲劳性能。辅助材料还可以为厚度为85g/m2～150g/m2的尼龙脱模布或含氟脱模布，脱模布可在使用前最好进行烘干处理。玻璃纤维织物含水量要求：≤0.1％。
72.可选的，在步骤s01中，还可以将拉挤板直接铺放于壳体模具10中不单独预制梁帽，拉挤板与壳体模具10上的纤维织物、芯材等一起灌注和固化。
73.当铺层材料包括铺层材料玻纤或碳纤时，纤维要预先经过上浆剂处理。上浆剂可以为环氧树脂上浆剂或不饱和聚酯上浆剂或聚双环戊二烯树脂上浆剂等。
74.当铺层10包括上述的纤维织物和拉挤板中的至少一者时，使用上述范围制备形成的叶片壳体也包括纤维织物和拉挤板中的至少一者。
75.可选的，壳体模具10应具有加热功能，且加热温度大于80℃，以便后期对复合材料进行加热固化。
76.在步骤s02中，真空袋20还连接有真空装置30，真空装置30用于对真空袋20进行抽真空处理。例如真空装置30能够令真空袋20内的真空度降到10mbar以内，同时在真空灌注过程中持续使模具内材料体系保持真空状态。真空装置30例如使用第一管道40连接于真空袋20，第一管道40上设置有第一阀门41以控制第一管道40的开启和关闭。
77.可选的，在步骤s03之前还包括：在脱泡系统内对树脂组合料各组份进行分别脱泡处理，经脱泡后的各组份按照配方比例混合后，经出料口21通过管道连接于真空袋20的入料口。在步骤s03中还包括：控制出料口21的温度为16℃～30℃。
78.在这些可选的实施例中，在对树脂组合料各组份进行脱泡时，各组份的温度可能会升高，但不影响混合后树脂组合料的粘度，可通过冷却液降温处理。本技术实施例通过控制出料口21的温度在16℃～30℃，能够避免树脂组合料温度过高而缩短了操作时间。
79.可选的，出料口21设置有温度传感器22，用于获取出料口21处的实时温度。
80.可选的，出料口21通过第二管道60连接于脱泡腔室50，使得树脂组合料的各组份在脱泡腔室50内脱泡并混合后能够通过第二管道60进入真空袋20。第二管道60上例如设置有第二阀门61，以控制第二管道60的开启和关闭。
81.可选的，当树脂组合料为双组份材料，包括第一组份和第二组份时，为了避免第一组份和第二组份提前混合导致催化剂相互作用而导致混合后的树脂组合料过早凝胶，，因此在步骤s03之前在不同的腔室内对第一组份和第二组份进行分别脱泡处理。在步骤s03中，将第一组份和第二组份按一定比例混合后通过相同的出料口灌注于真空袋20。
82.在一些可选的实施例中，步骤s03之后还包括：
83.浸润步骤，在30-45℃下保持1h～3h，确保树脂组合料浸润铺层。
84.加热固化步骤，对树脂组合料进行加热固化处理，固化温度为80℃～90℃。复合材料在温度为80℃～90℃时，固化效率高，固化较完全。
85.可选的，加热固化步骤中可以分阶段固化，例如加热固化步骤的步骤包括：
86.第一加热阶段：对壳体模具10进行第一次加热处理，加热温度为40℃～60℃，加热时间为1h～3h。
87.第二加热阶段：对壳体模具10进行第二次加热处理，加热温度为80℃～90℃，加热时间为1h～6h。
88.在这些可选的实施例中，分阶段固化能够避免温度急速上升导致的放热峰过高，导致真空袋膜、导流网、隔离膜等因为不耐高温而熔化，从而无法脱模。
89.虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。