CN108561467A - 一种风力发电机用偏航刹车片材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机用偏航刹车片材料，该材料的组成及各组分的质量份数为：硼改性酚醛树脂8~12份；丁腈橡胶改性酚醛树脂0.5~3份；硫酸钙晶须25~35份；芳纶浆粕8~12份；氧化铝2~8份；石墨3~5份；蛭石10~15份；氧化锌2~5份；纳米二氧化硅1~3份；重晶石2~5份。本发明还公开了该材料的制备方法。本发明所述偏航刹车片中不含金属以及重金属化合物，符合环保要求，具有适中的摩擦系数、摩擦系数稳定、抗压强度高、制动噪音低、寿命长且制造成本低的优点，能充分满足风力发电机偏航低速制动的要求。

Description

一种风力发电机用偏航刹车片材料及其制备方法

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，涉及一种风力发电机用偏航刹车片材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的不断提高，人类对能源的需求量越来越大。由于石油、煤、天然气等不可再生资源的枯竭，以及其在使用过程中引起的环境问题日益突出，加大对新能源的开发和利用已成为当务之急。几十年来，风能、太阳能、潮汐能、生物质能和水能等可再生的清洁能源得到了开发利用。风能是除了水能之外的所有可再生能源中世界上公认的最佳选择。据估计，地球上风能蕴藏量的理论值约为2.74×10⁹ MW，可利用的约为2×10⁷ MW，约为地球水能蕴藏量的10倍。若能开发利用地球上约1%的风能，便能满足全世界的能源需求。在我国，由于地域辽阔，风能储量大，分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。

风力发电是风能利用的主要方式，随着风电技术的日趋成熟，世界各国越来越依靠风力发电来增加能源供应。截止2013年底全球风电新增装机容量35.47 GW，风电累计装机容量超过318 GW，其中中国风电累计装机容量为91.42 GW，占全球累计装机总量的28.7%。2012年，中国风电并网总量达到6083万千瓦，发电量达到1004亿千瓦时。经过10年的发展，我国风电已超过发展了40年的核电，成为继煤电和水电之后的第三大主力电源。

对于风力发电，风电机组的安全可靠性和稳定性一直是人们关注的重点。其中，风机制动和换向保障***是影响风机安全可靠性的关键部分，而制动刹车片是制约风机制动和换向***的关键部件。制动刹车片的性能直接影响风力发电的可靠性和安全性及风力发电的效率，在风力发电机中起着重要的作用。在风力发电过程中，需要因风向的改变而调整叶片的方向，使叶片朝向风力最大的方向，从而保证风力发电机组工作的效率最高。当叶片朝向风力最大方向时，刹车片被满压力作用在刹车盘上，使叶片锁紧在风力最大的方向上；当需要调整叶片方向时，作用在刹车片上的压力减小，刹车片离开刹车盘，使叶片缓慢转动至最大风力方向，机舱定位后，满压力作用锁紧叶片。在这过程中，要求刹车片在低速重载的条件下具有机械强度高、摩擦系数高且稳定、磨损率小等特点，另外其原材料中不能含有石棉、铅、镉等影响人体健康的物质。

目前国内普遍采用粉末冶金摩擦材料作为偏航刹车片，如中国专利申请号：200810068968.2、200910308215.9、201310087701.9等。该类型摩擦片具有摩擦系数高、使用寿命长、耐温性好等特点，特别适合在重载条件下使用，但是该类型摩擦片存在比重大、容易生锈、易划伤对偶盘、噪音污染严重、成本高等缺陷。相对于粉末冶金摩擦材料，树脂基摩擦材料具有比重小、对对偶盘伤害小、制动噪音低、价格便宜等一系列优点，所以国内外逐渐采用树脂基摩擦材料代替粉末冶金摩擦材料，如中国专利号：201010178175.3 、201010515077.4、201310024189.3等，但是这些摩擦片中均含有铜纤维、钢纤维或者重金属化合物（硫化锑等），导致摩擦片容易生锈、制动过程中易产生啸叫，而且制动生成的磨屑会造成铜等重金属污染。因此，开发一种摩擦系数高且稳定、磨损率低、低噪音、低成本、无金属的环保型树脂基偏航刹车片是市场发展的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机用偏航刹车片材料及其制备方法。本发明所述偏航刹车片材料为环保型、高耐磨、高承载的酚醛树脂基材料，具有制动平稳、抗压强度高、耐磨损、制动噪音低、原材料符合环保要求等优点。

本发明以硼改性酚醛树脂和丁腈橡胶改性酚醛树脂进行物理共混作为树脂基体制备摩擦材料，用硫酸钙晶须和芳纶浆珀作为增强纤维，用氧化铝、石墨、蛭石、氧化锌、纳米二氧化硅和重晶石作为摩擦改性剂。

一种风力发电机用偏航刹车片材料，其特征在于该材料的组成及各组分的质量份数为：硼改性酚醛树脂8~12份；丁腈橡胶改性酚醛树脂0.5~3份；硫酸钙晶须25~35份；芳纶浆粕8~12份；氧化铝2~8份；石墨3~5份；蛭石10~15份；氧化锌2~5份；纳米二氧化硅1~3份；重晶石2~5份。

所述硼改性酚醛树脂的细度为80~200目，游离酚含量≤6%。

所述丁腈橡胶改性酚醛树脂中游离酚含量≤2.5%，六甲基四胺含量8~9%。

所述硫酸钙晶须的平均长度为10~60μm，平均直径为1~5μm。

所述芳纶浆珀的长度为0.8~1.35mm，比表面积为8~13m²。

所述氧化铝的粒度为120目。

所述石墨的粒度为325目。

所述蛭石的粒度为60目。

所述氧化锌的粒度为325目。

所述纳米二氧化硅的粒度为20~50nm。

所述重晶石的纯度为分析纯。

树脂基体将摩擦材料中各组分粘结在一起，使材料具有一定的机械强度，硼改性酚醛树脂具有良好的耐热性，丁腈橡胶改性酚醛树脂提高了酚醛树脂的韧性，降低了磨损和噪声；芳纶浆珀和硫酸钙晶须结合使用，提高了材料的强度，有利于提高摩擦系数的稳定性和降低磨损；氧化铝、二氧化硅作为增摩材料具有较高的硬度和抗剪切强度，可以刮擦对偶表面形成的润滑膜来避免摩擦系数的降低；石墨作为减摩材料可以提高摩擦系数的稳定性，降低材料的磨损；蛭石具有平面网状结构，可以一直制动噪音；氧化锌作为补强剂，增加强度；重晶石作为惰性空间填料用来降低材料成本。

如上所述一种风力发电机用偏航刹车片材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

1）将硼改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、硫酸钙晶须、氧化铝、石墨、蛭石、氧化锌、纳米二氧化硅、重晶石高速搅拌1~3分钟，然后加入芳纶浆珀继续搅拌1-3分钟；

2）将混合均匀的原料倒入模具中，在150℃~200℃、25MPa~40MPa的条件下热压1~2小时，然后随炉冷却，热压过程中进行多次放气操作以释放热压烧结过程中产生的气体；

3）将冷却后的胚体脱模放入烘箱中进行后固化释放残余应力，固化工艺为：120℃保温0.2~1小时，140℃保温0.2~1小时，160℃保温0.2~1小时，180℃保温1~2小时，200℃保温0.2~1小时。

本发明产品在试验过程中全程无噪音且不伤对偶，主要性能指标如下：

1. 摩擦系数：0.32~0.45（压力16MPa~25MPa，速度10mm/s）；

2. 每千米磨损率：≤0.15mm（压力16MPa和25MPa，速度10mm/s）；

3. 抗压强度：≥200Mpa；

4. 弯曲强度：≥100Mpa。

本发明所述偏航刹车片中不含金属以及重金属化合物，符合环保要求，具有适中的摩擦系数、摩擦系数稳定、抗压强度高、制动噪音低、寿命长且制造成本低的优点，能充分满足风力发电机偏航低速制动的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

制备工艺如下：

1) 称取硼改性酚醛树脂11.1g，丁腈橡胶改性酚醛树脂0.6g，硫酸钙晶须34g，氧化铝2.5g，石墨3.5g，蛭石13.9g，氧化锌2.5g，纳米二氧化硅1.2g以及重晶石3.7g，加入到高速搅拌机中高速搅拌2分钟。再称取芳纶浆珀10.2g加入到高速搅拌机中继续搅拌2分钟。

2)将混合均匀的原料倒入模具中，在180℃和30MPa的条件下热压1小时，然后随炉冷却。热压过程中进行多次放气操作以释放热压烧结过程中产生的气体。

3）将冷却后的胚体脱模放入烘箱中进行后固化释放残余应力，固化工艺为：120℃保温0.5小时，140℃保温0.5小时，160℃保温0.5小时，180℃保温1小时，200℃保温0.5小时。

实施例2

制备工艺如下：

1) 称取硼改性酚醛树脂10.3g，丁腈橡胶改性酚醛树脂0.5g份，硫酸钙晶须32g，氧化铝8g，石墨3.2g，蛭石12.9g，氧化锌2.8g，纳米二氧化硅1.6g以及重晶石3.5g，加入到高速搅拌机中高速搅拌2分钟。再称取芳纶浆珀9.5g加入到高速搅拌机中继续搅拌1.5分钟。

2)将混合均匀的原料倒入模具中，在180℃和35MPa的条件下热压1.2小时，然后随炉冷却。热压过程中进行多次放气操作以释放热压烧结过程中产生的气体。

3）将冷却后的胚体脱模放入烘箱中进行后固化释放残余应力，固化工艺为：120℃保温0.5小时，140℃保温0.5小时，160℃保温0.5小时，180℃保温1小时，200℃保温0.5小时。

Claims (7)

1.一种风力发电机用偏航刹车片材料，其特征在于该材料的组成及各组分的质量份数为：硼改性酚醛树脂8~12份；丁腈橡胶改性酚醛树脂0.5~3份；硫酸钙晶须25~35份；芳纶浆粕8~12份；氧化铝2~8份；石墨3~5份；蛭石10~15份；氧化锌2~5份；纳米二氧化硅1~3份；重晶石2~5份。

2.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述硼改性酚醛树脂的细度为80~200目，游离酚含量≤6%。

3.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述丁腈橡胶改性酚醛树脂中游离酚含量≤2.5%，六甲基四胺含量8~9%。

4.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述硫酸钙晶须的平均长度为10~60μm，平均直径为1~5μm。

5.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述芳纶浆珀的长度为0.8~1.35mm，比表面积为8~13m²。

6.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述氧化铝的粒度为120目；所述石墨的粒度为325目；所述蛭石的粒度为60目；所述氧化锌的粒度为325目；所述纳米二氧化硅的粒度为20~50nm；所述重晶石的纯度为分析纯。

7.如权利要求1至6中任一项所述风力发电机用偏航刹车片材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

1）将硼改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、硫酸钙晶须、氧化铝、石墨、蛭石、氧化锌、纳米二氧化硅、重晶石高速搅拌1~3分钟，然后加入芳纶浆珀继续搅拌1-3分钟；

2）将混合均匀的原料倒入模具中，在150℃~200℃、25MPa~40MPa的条件下热压1~2小时，然后随炉冷却，热压过程中进行多次放气操作以释放热压烧结过程中产生的气体；

3）将冷却后的胚体脱模放入烘箱中进行后固化释放残余应力，固化工艺为：120℃保温0.2~1小时，140℃保温0.2~1小时，160℃保温0.2~1小时，180℃保温1~2小时，200℃保温0.2~1小时。