CN115449183A - 一种风电叶片导电梁帽制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电叶片导电梁帽制备方法，包括以下步骤：1)将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；2)将导电拉挤树脂注入拉挤设备中，在拉挤作用下使用增强纤维浸渍导电拉挤树脂后，对导电拉挤树脂进行固化冷却成型，得到导电拉挤板；3)将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺灌注导电灌注树脂，再进行固化成型，得到风电叶片导电梁帽；本发明提出的导电树脂涉及叶片梁帽拉挤树脂及灌注树脂，通过在传统树脂中添加预设比例的导电填料，将绝缘树脂转化为导电树脂，实现导电通路降低叶片雷击损伤的风险，同时增加了拉挤板及梁帽的强度及模量，使叶片梁帽能够承受更大的极限载荷。

Description

一种风电叶片导电梁帽制备方法
技术领域
本发明涉及风电叶片及导电树脂材料制造领域，尤其是指一种风电叶片导电梁帽制备方法。
背景技术
风机叶片大梁作为叶片部件的主要承载结构，承受着来自外界风力80％以上的载荷，在叶片抵抗外力不受破坏、保证叶片安全运转等方面发挥着重要作用，一般工字型大梁由上下梁帽和中间的腹板构成。早期叶片梁帽制备工艺主要采用真空灌注成型，该工艺下梁帽强度及刚度较低，近年来，随着风机单机功率不断增大，叶片长度也不断增加，对叶片梁帽机械性能及重量也提出了更高的要求，为此，性价比高的拉挤板成型工艺应运而生。拉挤成型是一种连续生产固定截面纤维增强复合材料的成型方法，相对织物灌注工艺制备的梁帽，拉挤成型的玻纤拉挤板模量可提升25％以上，在同样结构刚度设计下可实现叶片减重5％以上，有利于大叶片的设计优化，同时采用拉挤板材可以在壳体模具上进行直接铺层，无需进行预制，可大大提高叶片壳体生产效率，并无需梁帽模具的投入，减少梁帽的辅材用量。拉挤板材新型材料的应用可以使叶片做得更长，进一步提高风力发电机组的发电效率。
目前海上大型叶片的梁帽主要采用碳纤维拉挤板或碳玻混杂拉挤板，以满足大型叶片的较高强度及模量的要求。由于梁帽使用的碳纤维也属于导电物质，但是导电性能却不是很好，接近于半导体材料，因此当叶片遭受到雷击时，电流经过梁帽时，在较大电阻的影响下很容易产生局部过高热量而对梁帽机械和疲劳性能造成损伤，严重情况下还可能发生电流击穿梁帽的严重后果。
在大型叶片的防雷设计中，叶片防雷结构示意图如图1所示，普遍采用了防雷金属网的方式，并将防雷金属网01与梁帽03在部分点位通过连接导体02连接起来，以形成等电位，当叶片遭受雷击时，一部分电流通过防雷金属网进行导通，另外一部分电流通过梁帽将电流从叶尖接闪器04向叶根方向05传递，同时通过连接点位传递至防雷金属网01，以实现电流导通。防雷金属网01的应用，可大大减少电流对于梁帽03的损伤。
然而，碳纤维电阻较高，体积电阻率约10-3Ω·cm，雷击的部分电流在穿过梁帽结构时，产生较高的电阻热，并对梁帽力学强度及疲劳性能造成不可逆的损伤，在电流过大时甚至会直接出现梁帽被雷电击穿的后果。目前海上大型叶片梁帽采用碳纤维拉挤板材或碳玻混杂拉挤板材，由于玻纤不导电，碳纤维导电性能差，因此叶片梁帽整体会导电，也就是会发生雷电引流的作用，但是较高的电阻使得叶片主梁帽无法有效传导电流，即使有防雷金属网的防护，也在一定程度上增加了叶片梁帽在雷电天气下遭受雷击的风险。这就希望叶片梁帽具有较好的导电性能，甚至达到金属网的相同电阻，使得梁帽与防雷金属网保持接近的电位电势，当雷击大电流来临时，可顺利将电流进行传导，且不会因为电阻过大产生较多热量，从而避免了电流对梁帽材料性能的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种风电叶片导电梁帽制备方法，通过在传统树脂中添加导电填料，将绝缘树脂转化为导电树脂，实现导电通路，降低叶片雷击损伤的风险；同时增强了纤维增强复合材料的强度及模量，进而使叶片梁帽能够承受更大的极限载荷。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：一种风电叶片导电梁帽制备方法，包括以下步骤：
1)将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；
2)将导电拉挤树脂注入拉挤设备中，在拉挤作用下使用增强纤维浸渍导电拉挤树脂后，对导电拉挤树脂进行固化冷却成型，得到导电拉挤板；
3)将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺灌注导电灌注树脂，再进行固化成型，得到风电叶片导电梁帽。
进一步，在步骤1)中，所述导电拉挤树脂由以下重量份数的成分制备得到：
Figure BDA0003821861160000031
所述导电灌注树脂由以下重量份数的成分制备得到：
Figure BDA0003821861160000032
进一步，所述树脂主剂为环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、乙烯基树脂、聚双环戊二烯树脂中的一种或多种的组合。
进一步，所述导电填料为石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、导电石墨、纳米银粉、纳米铜粉、纳米镍粉、纳米锡粉中的一种或多种的组合。
进一步，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种的组合。
进一步，在步骤1)中，所述将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电拉挤树脂包括以下步骤：
1.1.1)将预设质量份数的导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，形成导电填料分散溶液；
1.1.2)将与导电填料构成质量比的偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，形成偶联剂分散溶液；
1.1.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.1.4)将树脂主剂在烘箱中预热后，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合，并持续加热搅拌，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电拉挤树脂主剂；
1.1.5)将树脂固化剂、树脂稀释剂及内脱模剂按预设的配比加入到导电拉挤树脂主剂中，并在真空环境下混合搅拌，得到导电拉挤树脂。
进一步，在步骤1.1.1)中，使用高速搅拌机进行搅拌混合的高速搅拌速度为500r/min～3000r/min，搅拌时间为5min～30min；在步骤1.1.2)中，使用与导电填料质量比为1％～2％的偶联剂，进行搅拌混合的时间为5min～30min；在步骤1.1.3)中，所述超声振动的时间为10min～60min；在步骤1.1.4)中，所述烘箱的温度为50℃～80℃，预热时间为20min～60min，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合后，持续50℃～80℃加热搅拌30min～120min；在步骤1.1.5)中，所述真空环境为真空度小于10mbar，混合搅拌的时间为20min～60min。
进一步，在步骤1)中，所述将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电灌注树脂包括以下步骤：
1.2.1)将预设质量份数的导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，形成导电填料分散溶液；
1.2.2)将与导电填料构成预设质量比的偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，形成偶联剂分散溶液；
1.2.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.2.4)将树脂主剂在烘箱中预热后，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合，并持续加热搅拌，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电灌注树脂主剂；
1.2.5)将树脂固化剂和树脂稀释剂按预设配比加入到导电灌注树脂主剂中，并在真空环境下混合搅拌，得到导电灌注树脂。
进一步，在步骤1.2.1)中，使用高速搅拌机进行搅拌混合的高速搅拌速度为500r/min～3000r/min，搅拌时间为5min～30min；在步骤1.2.2)中，使用与导电填料质量比为1％～2％的偶联剂，进行搅拌混合的时间为5min～30min；在步骤1.2.3)中，所述超声振动的时间为10min～60min；在步骤1.2.4)中，所述烘箱的温度为50℃～80℃，预热时间为20min～60min，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合后，持续50℃～80℃加热搅拌30min～120min；在步骤1.2.5)中，所述真空环境为真空度小于10mbar，混合搅拌的时间为20min～60min。
进一步，所述步骤2)包括以下步骤：
将导电拉挤树脂注入到拉挤设备中的树脂槽里，在拉挤设备的牵引作用下，增强纤维浸渍导电拉挤树脂后通过模具加热段和固化成型段进行固化成型：控制导电拉挤树脂在预设的温度中浸渍增强纤维达到预设的时间，浸渍后依次经过三段模具加热段，分别为模具加热一段、模具加热二段和模具加热三段，经过三段模具加热段后，再依次经过三段固化成型段，分别为固化成型一段、固化成型二段和固化成型三段，得到固化完全的拉挤板，固化冷却后切割即得到导电拉挤板。
进一步，控制导电拉挤树脂的温度为25℃～50℃，浸渍增强纤维的时间为15s～60s，所述模具加热一段的加热温度为100℃～130℃，所述模具加热二段的加热温度为130℃～160℃，所述模具加热三段的加热温度为160℃～200℃，所述固化成型一段的加热温度为160℃～200℃，所述固化成型二段的加热温度为130℃～160℃，所述固化成型三段的加热温度为100℃～130℃，拉挤板牵引速度0.3m/min～0.8m/min。
进一步，所述步骤3)包括以下步骤：
将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺将导电灌注树脂完成灌注，将温度从室温以1℃/min～2℃/min的速度升至70℃～90℃，并固化5h～10h，完成固化成型，得到风电叶片导电梁帽。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明提出的导电树脂涉及叶片梁帽拉挤树脂及灌注树脂，通过在传统树脂中添加预设比例的导电填料，将绝缘树脂转化为导电树脂，实现导电通路，降低叶片雷击损伤的风险，相对于未做改变的碳纤维拉挤板梁帽或碳玻混杂拉挤板梁帽，经过导电填料改性的梁帽电阻可降低2-3个数量级；
2、本发明通过将导电填料与碳纤维进行不同形式的组合，微观上由原来的碳纤维单一方向的导电方式的基础上，复合了点状、线状及面状等不同形状的导电填料，实现点、线、面的全面组合，在空间上形成了三维网状导电结构，增强为进一步增强了其导电性能；
3、本发明对树脂导电填料进行了改性化设计，通过偶联剂的接枝使用，一端连接导电填料等无机物，一端连接树脂基体有机物，将两者之间有机结合起来，实现导电填料在树脂基体中的良好分散，大大提高了其导电性能的发挥，减少雷击的损伤；
4、本发明通过将导电填料同时应用于梁帽的灌注树脂中，使得导电体系贯穿整体梁帽中，在梁帽的长度、宽度及厚度方向上均能实现良好的导电性能；
5、本发明通过引入导电填料，使不同形状的导电填料与树脂基体实现良好的键合，当受到外力作用时，作为刚性的导电填料可以有效抵抗外力的影响，将外力带来的能量进行传导及消耗，使复合材料结构不会发生过较大形变，增加了拉挤板及梁帽的强度及模量，使叶片梁帽能够承受更大的极限载荷。
附图说明
图1为传统大型叶片防雷结构示意图。
图2为风电叶片导电梁帽制备方法的工艺流程图。
图3为碳纳米管与碳纤维复合导电网络的结构示意图。
图4为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯与碳纤维复合导电网络的结构示意图。
图5为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯与碳纤维复合导电网络的结构截面图。
图6为风电叶片导电梁帽的结构截面图。
具体实施方式
下面结合多个具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
原材料如下：
所述导电拉挤树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(道生5560A)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(道生5560B)108phr
树脂稀释剂：树脂稀释剂(HK-66)5phr
导电填料：碳纳米管(天奈科技FT7000)1phr
偶联剂：硅烷偶联剂(KH550)0.015phr
内脱模剂：内脱模剂(NODA-1890M)3phr；
所述导电灌注树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(道生180)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(道生185)32phr
树脂稀释剂：树脂稀释剂(HK-66)5phr
导电填料：碳纳米管(天奈科技FT7000)1phr
偶联剂：硅烷偶联剂(KH550)0.015phr。
风电叶片导电梁帽制备的工艺流程如图2所示，具体步骤如下：
1)将树脂材料经过共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；
所述树脂材料经过共混加工改性后得到导电拉挤树脂包括以下步骤：
1.1.1)将1phr的碳纳米管导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，高速搅拌速度1500r/min，搅拌时间10min，形成导电填料分散溶液；
1.1.2)将0.015phr的硅烷偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，搅拌时间20min，形成偶联剂分散溶液；
1.1.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动30min，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.1.4)将100phr环氧树脂在烘箱中60℃预热30min后，将表面处理的导电填料与环氧树脂进行混合，并持续60℃加热搅拌60min，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电拉挤树脂主剂；
1.1.5)将108phr环氧树脂固化剂、5phr树脂稀释剂及3phr内脱模剂加入到导电拉挤树脂主剂中，并在真空度小于10mbar的真空环境下混合搅拌20min，混合粘度为800mPa·s，得到导电拉挤树脂。
所述树脂材料经过共混加工改性后得到导电灌注树脂包括以下步骤：
1.2.1)将1phr的碳纳米管导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，高速搅拌速度1500r/min，搅拌时间10min，形成导电填料分散溶液；
1.2.2)将0.015phr的硅烷偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，搅拌时间20min，形成偶联剂分散溶液；
1.2.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动30min，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.2.4)将100phr环氧树脂在烘箱中60℃预热30min后，将表面处理的导电填料与环氧树脂进行混合，并持续60℃加热搅拌60min，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电灌注树脂主剂；
1.2.5)将32phr环氧树脂固化剂、5phr树脂稀释剂加入到导电灌注树脂主剂中，并在真空度小于10mbar的真空环境下混合搅拌20min，得到导电灌注树脂。
2)将导电拉挤树脂注入拉挤设备中，在拉挤作用下使用增强纤维浸渍导电拉挤树脂后，对导电拉挤树脂进行固化冷却成型，得到导电拉挤板，包括以下步骤：将导电拉挤树脂注入到拉挤设备中的树脂槽里，在拉挤设备的牵引作用下，增强纤维(24K碳纤维)浸渍导电拉挤树脂后通过模具加热段和固化成型段进行固化成型：控制导电拉挤树脂的温度为40℃，浸渍增强纤维的时间为40s，浸渍后依次经过三段模具加热段，分别为模具加热一段、模具加热二段和模具加热三段，其中所述模具加热一段的加热温度为120℃，所述模具加热二段的加热温度为150℃，所述模具加热三段的加热温度为180℃，经过三段模具加热段后，再依次经过三段固化成型段，分别为固化成型一段、固化成型二段和固化成型三段，其中所述固化成型一段的加热温度为180℃，所述固化成型二段的加热温度为150℃，所述固化成型三段的加热温度为120℃，得到固化完全的拉挤板，拉挤板牵引速度0.5m/min，固化冷却后切割即得到导电拉挤板。
3)将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺将导电灌注树脂完成灌注，将温度从室温以1℃/min的速度升至70℃，并固化7h，完成固化成型，得到风电叶片导电梁帽。
通过对传统叶片梁帽中的树脂进行配方改性设计，赋予其良好的导电性能，不仅可以改善梁帽在防雷中的性能，同时也增强了梁帽整体力学强度及模量，提高了抗极限载荷性能。合理选择导电填料的类型，可将原有的碳纤维的普通导电能力呈数量级的上升。将碳纳米管与碳纤维复合后可形成如图3中的导电网络，可以看出，在导电树脂基体3下，有序的单轴向的碳纤维1与无序的碳纳米管2组合后，形成了较好的三维导电通路。
实施例2
原材料如下：
所述导电拉挤树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(惠柏AP 3230A)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(惠柏AP 3230B)80phr
树脂稀释剂：树脂稀释剂(501)7phr
导电填料：碳纳米管(天奈科技FT7000)0.5phr、导电炭黑(卡博特VXC72)2phr和石墨烯(第六元素SE1232)0.3phr
偶联剂：钛酸酯偶联剂(201)0.015phr
内脱模剂：内脱模剂(NODA-1890M)2phr；
所述导电灌注树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(惠柏LT-5078A)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(惠柏LT-5078B3)30phr
树脂稀释剂：树脂稀释剂(501)7phr
导电填料：碳纳米管(天奈科技FT7000)0.5phr、导电炭黑(卡博特VXC72)2phr和石墨烯(第六元素SE1232)0.3phr
偶联剂：钛酸酯偶联剂(201)0.015phr。
按照与实施例1相同的工艺生产得到风电叶片导电梁帽，具体步骤如下：
1)将树脂材料经过共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；
所述树脂材料经过共混加工改性后得到导电拉挤树脂包括以下步骤：
1.1.1)将0.5phr的碳纳米管、2phr导电炭黑和0.3phr石墨烯导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，高速搅拌速度2000r/min，搅拌时间15min，形成导电填料分散溶液；
1.1.2)将0.015phr的钛酸酯偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，搅拌时间20min，形成偶联剂分散溶液；
1.1.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动45min，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.1.4)将100phr环氧树脂在烘箱中60℃预热30min，以降低其粘度，然后将表面处理的导电填料与环氧树脂进行混合，并持续60℃加热搅拌100min，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电拉挤树脂主剂；
1.1.5)将80phr环氧树脂固化剂、7phr树脂稀释剂及2phr内脱模剂加入到导电拉挤树脂主剂中，并在真空度小于10mbar的真空环境下混合搅拌30min，混合粘度为700mPa·s，得到导电拉挤树脂。
所述树脂材料经过共混加工改性后得到导电灌注树脂包括以下步骤：
1.2.1)将0.5phr碳纳米管、2phr导电炭黑和0.3phr石墨烯导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，高速搅拌速度2000r/min，搅拌时间15min，形成导电填料分散溶液；
1.2.2)将0.015phr的钛酸酯偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，搅拌时间20min，形成偶联剂分散溶液；
1.2.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动45min，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.2.4)将100phr环氧树脂在烘箱中60℃预热30min后，将表面处理的导电填料与环氧树脂进行混合，并持续60℃加热搅拌100min，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电灌注树脂主剂；
1.2.5)将30phr环氧树脂固化剂、7phr树脂稀释剂加入到导电灌注树脂主剂中，并在真空度小于10mbar的真空环境下混合搅拌30min，得到导电灌注树脂。
2)将导电拉挤树脂注入拉挤设备中，在拉挤作用下使用增强纤维浸渍导电拉挤树脂后，对导电拉挤树脂进行固化冷却成型，得到导电拉挤板，包括以下步骤：将导电拉挤树脂注入到拉挤设备中的树脂槽里，在拉挤设备的牵引作用下，增强纤维(24K碳纤维和1200tex的玻纤，其中24K碳纤维和1200tex的玻纤的体积比为3:4，且玻纤环绕包围碳纤维)浸渍导电拉挤树脂后通过模具加热段和固化成型段进行固化成型：控制导电拉挤树脂的温度为30℃，浸渍增强纤维的时间为30s，浸渍后依次经过三段模具加热段，分别为模具加热一段、模具加热二段和模具加热三段，其中所述模具加热一段的加热温度为110℃，所述模具加热二段的加热温度为140℃，所述模具加热三段的加热温度为170℃，经过三段模具加热段后，再依次经过三段固化成型段，分别为固化成型一段、固化成型二段和固化成型三段，其中所述固化成型一段的加热温度为180℃，所述固化成型二段的加热温度为150℃，所述固化成型三段的加热温度为110℃，得到固化完全的拉挤板，拉挤板牵引速度0.4m/min，固化冷却后切割即得到导电拉挤板。
3)将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺将导电灌注树脂完成灌注，将温度从室温以1℃/min的速度升至70℃，并固化7h，完成固化成型，得到风电叶片导电梁帽。
参见图4和图5所示，当使用导电炭黑4、碳纳米管5、石墨烯6、碳纤维7和导电树脂基体8组合时，形成了点、线、面结合的更佳的三维导电网络，因此，通过导电填料的选择与使用，将原有的碳纤维的单一导电网络扩展为多元化的导电网络体系，将导电性能提高了数个数量级。
同时，当该复合体系受到外力冲击及拉伸等作用时，作为刚性的导电填料可以有效抵抗外力的影响，通过形成的网络结构，将外力带来的能量进行传导及消耗，使复合材料结构不会发生过较大形变，从而增加了拉挤板及梁帽的强度及模量。
参见图6所示，通过导电填料应用于梁帽灌注树脂中，进一步增进了梁帽在长度、宽度及厚度方向的导电性能，梁帽在截面上的导电网络其中拉挤板在宽度方向及厚度方向上的数量按照设计要求进行排列。
实施例3
原材料如下：
所述导电拉挤树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(众博ER6136X)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(众博EH6136X)105phr
树脂稀释剂：树脂稀释剂(622)6phr
导电填料：碳纳米管(天奈科技FT7000)0.8phr、纳米镍粉(亚美Ni-0060)1phr和导电石墨(岩海YKS-20)1phr
偶联剂：硅烷偶联剂(KH550)0.015phr
内脱模剂：内脱模剂(NODA-1890M)3phr；
所述导电灌注树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(众博ER5310)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(众博EH5310)30phr
树脂稀释剂：树脂稀释剂(622)6phr
导电填料：碳纳米管(天奈科技FT7000)0.8phr、纳米镍粉(亚美Ni-0060)1phr和导电石墨(岩海YKS-20)1phr
偶联剂：硅烷偶联剂(KH550)0.015phr。
按照与实施例1相同的工艺生产得到风电叶片导电梁帽，具体步骤如下：
1)将树脂材料经过共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；
所述树脂材料经过共混加工改性后得到导电拉挤树脂包括以下步骤：
1.1.1)将0.8phr的碳纳米管、1phr纳米镍粉和1phr导电石墨的导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，高速搅拌速度1500r/min，搅拌时间20min，形成导电填料分散溶液；
1.1.2)将0.015phr的硅烷偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，搅拌时间20min，形成偶联剂分散溶液；
1.1.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动45min，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.1.4)将100phr环氧树脂在烘箱中60℃预热30min，以降低其粘度，然后将表面处理的导电填料与环氧树脂进行混合，并持续60℃加热搅拌45min，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电拉挤树脂主剂；
1.1.5)将105phr环氧树脂固化剂、6phr树脂稀释剂及3phr内脱模剂加入到导电拉挤树脂主剂中，并在真空度小于10mbar的真空环境下混合搅拌30min，混合粘度为1000mPa·s，得到导电拉挤树脂。
所述树脂材料经过共混加工改性后得到导电灌注树脂包括以下步骤：
1.2.1)将0.8phr的碳纳米管、1phr纳米镍粉和1phr导电石墨的导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，高速搅拌速度1500r/min，搅拌时间20min，形成导电填料分散溶液；
1.2.2)将0.015phr的硅烷偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，搅拌时间20min，形成偶联剂分散溶液；
1.2.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动45min，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.2.4)将100phr环氧树脂在烘箱中60℃预热30min后，将表面处理的导电填料与环氧树脂进行混合，并持续60℃加热搅拌100min，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电灌注树脂主剂；
1.2.5)将30phr环氧树脂固化剂、6phr树脂稀释剂加入到导电灌注树脂主剂中，并在真空度小于10mbar的真空环境下混合搅拌30min，得到导电灌注树脂。
2)将导电拉挤树脂注入拉挤设备中，在拉挤作用下使用增强纤维浸渍导电拉挤树脂后，对导电拉挤树脂进行固化冷却成型，得到导电拉挤板，包括以下步骤：将导电拉挤树脂注入到拉挤设备中的树脂槽里，在拉挤设备的牵引作用下，增强纤维(24K碳纤维)浸渍导电拉挤树脂后通过模具加热段和固化成型段进行固化成型：控制导电拉挤树脂的温度为40℃，浸渍增强纤维的时间为40s，浸渍后依次经过三段模具加热段，分别为模具加热一段、模具加热二段和模具加热三段，其中所述模具加热一段的加热温度为120℃，所述模具加热二段的加热温度为150℃，所述模具加热三段的加热温度为180℃，经过三段模具加热段后，再依次经过三段固化成型段，分别为固化成型一段、固化成型二段和固化成型三段，其中所述固化成型一段的加热温度为190℃，所述固化成型二段的加热温度为150℃，所述固化成型三段的加热温度为110℃，得到固化完全的拉挤板，拉挤板牵引速度0.4m/min，固化冷却后切割即得到导电拉挤板。
3)将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺将导电灌注树脂完成灌注，将温度从室温以1℃/min的速度升至70℃，并固化7h，完成固化成型，得到风电叶片导电梁帽。
实施例4
与实施例1-3不同的是，本实施例中未对树脂材料进行共混加工改性，作为对照。
原材料如下：
所述拉挤树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(道生5560A)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(道生5560B)108phr
内脱模剂：内脱模剂(NODA-1890M)3phr；
所述灌注树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(道生180)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(道生185)32phr。
风电叶片导电梁帽制备的工艺流程，具体步骤如下：
A)将100phr环氧树脂、108phr环氧树脂固化剂与3phr内脱模剂混合后，得到拉挤树脂，将拉挤树脂注入到拉挤设备中的树脂槽里，在拉挤设备的牵引作用下，24K的碳纤维浸渍拉挤树脂后通过拉挤口模并进行固化成型，控制拉挤树脂温度为40℃，浸胶时间40s，浸渍后先经过三段加热模具段，分别为模具加热一段、模具加热二段和模具加热三段，其中所述模具加热一段的加热温度为120℃，所述模具加热二段的加热温度为150℃，所述模具加热三段的加热温度为180℃，经过三段模具加热段后，再依次经过三段固化成型段，分别为固化成型一段、固化成型二段和固化成型三段，其中所述固化成型一段的加热温度为180℃，所述固化成型二段的加热温度为150℃，所述固化成型三段的加热温度为120℃，牵引速度0.5m/min，固化冷却后切割即得到普通碳纤拉挤板材；
B)将普通碳纤拉挤板、导流织物按照要求铺设于梁帽模具中，真空袋压工艺下，使用灌注树脂(道生180/185，配比100phr:32phr)完成灌注，将温度从室温以1℃/min的速度升至70℃，并固化7h，完成固化成型，得到风电叶片碳拉挤板梁帽。
实施例5
与实施例1-3不同的是，本实施例中未对树脂材料进行共混加工改性，作为对照。
原材料如下：
所述拉挤树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(惠柏AP 3230A)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(惠柏AP 3230B)80phr
内脱模剂：内脱模剂(NODA-1890M)2phr；
所述灌注树脂由以下重量份数的成分制备得到：
树脂主剂：环氧树脂(惠柏LT-5078A)100phr
树脂固化剂：环氧树脂固化剂(惠柏LT-5078B3)30phr。
风电叶片导电梁帽制备的工艺流程，具体步骤如下：
A)将100phr环氧树脂、80phr环氧树脂固化剂与2phr内脱模剂混合后，得到拉挤树脂，将拉挤树脂注入到拉挤设备中的树脂槽里，在拉挤设备的牵引作用下，24K的碳纤维和1200tex玻纤共同浸渍拉挤树脂后通过拉挤口模并进行固化成型，其中玻纤与碳纤维的体积比为4:3，且玻纤环绕包围碳纤，控制拉挤树脂温度为30℃，浸胶时间30s，浸渍后先经过三段加热模具段，分别为模具加热一段、模具加热二段和模具加热三段，其中所述模具加热一段的加热温度为110℃，所述模具加热二段的加热温度为140℃，所述模具加热三段的加热温度为170℃，经过三段模具加热段后，再依次经过三段固化成型段，分别为固化成型一段、固化成型二段和固化成型三段，其中所述固化成型一段的加热温度为180℃，所述固化成型二段的加热温度为150℃，所述固化成型三段的加热温度为110℃，牵引速度0.4m/min，固化冷却后切割即得到普通碳纤拉挤板材；
B)将普通碳纤拉挤板、导流织物按照要求铺设于梁帽模具中，真空袋压工艺下，使用灌注树脂(道生180/185，配比100phr:32phr)完成灌注，将温度从室温以1℃/min的速度升至70℃，并固化7h，完成固化成型，得到风电叶片碳拉挤板梁帽。
实施结果
将实施例1～5制得的风电叶片梁帽切割出1米的长度，厚度为40mm，进行长度方向及厚度方向的电阻测试；
将以上实施例中制备成型的拉挤板进行数据机床切割成标准拉伸及压缩测试样条，按照拉伸ISO 527-5及压缩ISO 14126测试标准进行测试。
测试结果对比分析如下表1所示。
表1实施例1-5中拉挤板及梁帽指标对比
Figure BDA0003821861160000191
对以上数据进行分析，相同增强纤维材料使用下，将实施例1和实施例3与实施例4进行对比，将实施例2与实施例5进行对比；可以看出，实施例1至3中通过添加导电填料，且导电填料良好分散于树脂基体中，使得最终制备的叶片梁帽长度方向电阻下降2-3个数量级，而在厚度方向上，更是表现突出，普通碳玻混拉挤梁帽在厚度方向的表面被玻纤这种绝缘的材料包裹着，因此添加了导电填料的梁帽通过树脂的低电阻性能，可将电流进行有效传导，使得导电梁帽厚度方向的电阻远低于普通梁帽电阻；另一方面，由于添加的导电填料同样作为增强物质分散于拉挤树脂中，在拉挤板受到拉伸及压缩作用时，在一定程度上增强了拉挤板的力学强度及模量。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电拉挤树脂和导电灌注树脂；
2)将导电拉挤树脂注入拉挤设备中，在拉挤作用下使用增强纤维浸渍导电拉挤树脂后，对导电拉挤树脂进行固化冷却成型，得到导电拉挤板；
3)将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺灌注导电灌注树脂，再进行固化成型，得到风电叶片导电梁帽。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述导电拉挤树脂由以下重量份数的成分制备得到：
Figure FDA0003821861150000011
所述导电灌注树脂由以下重量份数的成分制备得到：
Figure FDA0003821861150000012
3.根据权利要求2所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，所述树脂主剂为环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、乙烯基树脂、聚双环戊二烯树脂中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求2所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，所述导电填料为石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、导电石墨、纳米银粉、纳米铜粉、纳米镍粉、纳米锡粉中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求2所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电拉挤树脂包括以下步骤：
1.1.1)将预设质量份数的导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，形成导电填料分散溶液；
1.1.2)将与导电填料构成质量比的偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，形成偶联剂分散溶液；
1.1.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.1.4)将树脂主剂在烘箱中预热后，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合，并持续加热搅拌，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电拉挤树脂主剂；
1.1.5)将树脂固化剂、树脂稀释剂及内脱模剂按预设的配比加入到导电拉挤树脂主剂中，并在真空环境下混合搅拌，得到导电拉挤树脂。
7.根据权利要求6所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，在步骤1.1.1)中，使用高速搅拌机进行搅拌混合的高速搅拌速度为500r/min～3000r/min，搅拌时间为5min～30min；在步骤1.1.2)中，使用与导电填料质量比为1％～2％的偶联剂，进行搅拌混合的时间为5min～30min；在步骤1.1.3)中，所述超声振动的时间为10min～60min；在步骤1.1.4)中，所述烘箱的温度为50℃～80℃，预热时间为20min～60min，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合后，持续50℃～80℃加热搅拌30min～120min；在步骤1.1.5)中，所述真空环境为真空度小于10mbar，混合搅拌的时间为20min～60min。
8.根据权利要求1所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述将树脂材料与导电填料共混加工改性后得到导电灌注树脂包括以下步骤：
1.2.1)将预设质量份数的导电填料分散于无水乙醇中，并使用高速搅拌机进行搅拌混合，形成导电填料分散溶液；
1.2.2)将与导电填料构成预设质量比的偶联剂添加到无水乙醇中，并进行搅拌混合，形成偶联剂分散溶液；
1.2.3)将导电填料分散溶液与偶联剂分散溶液进行混合后，进行超声振动，使二者相互接触，发生接枝反应，偶联剂连接在导电填料颗粒表面，得到表面处理的导电填料；
1.2.4)将树脂主剂在烘箱中预热后，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合，并持续加热搅拌，使二者充分混合均匀，并将溶剂蒸发完全，得到导电灌注树脂主剂；
1.2.5)将树脂固化剂和树脂稀释剂按预设配比加入到导电灌注树脂主剂中，并在真空环境下混合搅拌，得到导电灌注树脂。
9.根据权利要求8所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，在步骤1.2.1)中，使用高速搅拌机进行搅拌混合的高速搅拌速度为500r/min～3000r/min，搅拌时间为5min～30min；在步骤1.2.2)中，使用与导电填料质量比为1％～2％的偶联剂，进行搅拌混合的时间为5min～30min；在步骤1.2.3)中，所述超声振动的时间为10min～60min；在步骤1.2.4)中，所述烘箱的温度为50℃～80℃，预热时间为20min～60min，将表面处理的导电填料与树脂主剂进行混合后，持续50℃～80℃加热搅拌30min～120min；在步骤1.2.5)中，所述真空环境为真空度小于10mbar，混合搅拌的时间为20min～60min。
10.根据权利要求1所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：
将导电拉挤树脂注入到拉挤设备中的树脂槽里，在拉挤设备的牵引作用下，增强纤维浸渍导电拉挤树脂后通过模具加热段和固化成型段进行固化成型：控制导电拉挤树脂在预设的温度中浸渍增强纤维达到预设的时间，浸渍后依次经过三段模具加热段，分别为模具加热一段、模具加热二段和模具加热三段，经过三段模具加热段后，再依次经过三段固化成型段，分别为固化成型一段、固化成型二段和固化成型三段，得到固化完全的拉挤板，固化冷却后切割即得到导电拉挤板。
11.根据权利要求10所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，控制导电拉挤树脂的温度为25℃～50℃，浸渍增强纤维的时间为15s～60s，所述模具加热一段的加热温度为100℃～130℃，所述模具加热二段的加热温度为130℃～160℃，所述模具加热三段的加热温度为160℃～200℃，所述固化成型一段的加热温度为160℃～200℃，所述固化成型二段的加热温度为130℃～160℃，所述固化成型三段的加热温度为100℃～130℃，拉挤板牵引速度0.3m/min～0.8m/min。
12.根据权利要求1所述的一种风电叶片导电梁帽制备方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：
将导电拉挤板和导流织物铺设于风电叶片梁帽模具中，使用真空袋压工艺将导电灌注树脂完成灌注，将温度从室温以1℃/min～2℃/min的速度升至70℃～90℃，并固化5h～10h，完成固化成型，得到风电叶片导电梁帽。
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