风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺.pdf

一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，主要由合模、注射、保模以及开模步骤组成，所述注射步骤中，原料在热流道内熔融后从至少五个喷嘴进入模具型腔内；所述至少五个喷嘴沿模具型腔的长度方向排列；流经各喷嘴原料的温度从对应风力发电机叶片的叶尖端至叶根端逐点递增3℃～5℃，且均位于原料熔融状态的温度范围。

1、  一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，主要由合模、注射、保模以及开模步骤组成，其特征在于：所述注射步骤中，原料在热流道内熔融后从至少五个喷嘴进入模具型腔内；所述至少五个喷嘴沿模具型腔的长度方向排列；流经各喷嘴原料的温度从对应风力发电机叶片的叶尖端至叶根端递增1℃～5℃，且均位于原料熔融状态的温度范围。

2、  根据权利要求1所述的风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，其特征在于：所述原料主要由下列重量份的原材料组成：
尼龙6    68～70重量份；
碳纤维   29～31重量份。

3、  根据权利要求2所述的风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，其特征在于：所述喷嘴为五个，通过各喷嘴原料的温度从对应风力发电机叶片的叶尖端至叶根端依次为：211℃～213℃、216℃～218℃、220℃～221℃、224℃～226℃、229℃～231℃。

风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺
技术领域
本发明涉及一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，属于风力发电设备技术领域。
背景技术
随着世界能源危机的日益严重，以及公众对于改善生态环境要求的呼声日益高涨，风能作为一种清洁的可再生能源日益受到各国政府的重视。目前，全世界约有50个国家颁布了支持可再生能源发展的相关法律法规，对风电发展起到了至关重要的作用，风力发电产业正逐步发展成为初具规模的新兴产业。
风力发电机是由叶片、传动系统、发电机、储能设备、塔架及电器系统等组成的发电装置。叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风力发电机组正常稳定运行的决定性因素。恶劣的环境和长期不停地运转，对叶片的要求有：(1)比重轻且具有最佳的抗疲劳强度和机械性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；(2)叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；(3)耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好；(4)发电成本较低，维护费用最低。
叶片的翼型设计、结构形式，直接影响风力发电机的性能和功率，是风力发电机设计过程中的关键。由于风机叶片的尺寸大、外形复杂，并且要求精度高、表面粗糙度低、强度和刚度高、质量分布均匀性好等，使得叶片成型技术成为制约风力发电大力发展的瓶颈。
随着风力发电机功率的不断提高，安装发电机的塔座和捕捉风能的复合材料叶片做得越来越大。为了保证发电机运行平稳和塔座安全，不仅要求叶片的质量轻，还要求叶片的质量分布必须均匀、外形尺寸精度控制准确、长期使用性能可靠。若要满足上述要求，需要有相应的成型工艺来保证。
传统复合材料风机叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是：(1)生产效率低、产品质量均匀性不好、产品的动静平衡保证性差，废品率较高，特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片，还往往需要粘接等二次加工，生产工艺更加复杂和困难；(2)由于手糊过程中含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等，常会引起风机叶片在使用中出现裂纹、断裂和变形等问题。因此，目前国外的高质量复合材料风机叶片往往采用聚胺酯反应注射成型(Reaction Injection Molding，RIM)、树脂传递模塑(Resin Transfer Molding，RTM)、缠绕及预浸料/热压工艺制造，其中RIM工艺投资较大，适宜中小尺寸风机叶片的大批量生产(＞5000片/年)；RTM工艺适宜中小尺寸风机叶片的中等批量的生产(5000～30000片/年)，其属于半机械化的复合材料成型工艺；缠绕及预浸料/热压工艺适宜大型风机叶片批量生产。
国内生产风力发电机的厂家众多，但产品的性能、技术水平参差不齐，大多是性能简单的手糊工艺成型风叶的普通型风力发电机组，同时由于风叶的成本较高，致使风力发电机的成本居高不下，打入国际市场受到严重制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，主要由合模、注射、保模以及开模步骤组成，所述注射步骤中，原料在热流道内熔融后从至少五个喷嘴进入模具型腔内；所述至少五个喷嘴沿模具型腔的长度方向排列；流经各喷嘴原料的温度从对应风力发电机叶片的叶尖端至叶根端递增1℃～5℃，且均位于原料熔融状态的温度范围。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述原料主要由下列重量份的原材料组成：
尼龙6        68～70重量份；
碳纤维       29～31重量份。
2、上述方案中，所述喷嘴为五个，通过各喷嘴原料的温度从对应风力发电机叶片的叶尖端至叶根端依次为：211℃～213℃、216℃～218℃、220℃～221℃、224℃～226℃、229℃～231℃。
3、上述方案中，凹模和凸模合模后形成模具型腔，该模具型腔与风力发电机叶片的外形相匹配，模具型腔的一端对应风力发电机叶片的叶尖端，另一端对应风力发电机叶片的叶根端。
3、上述方案中，所述原料在热流道内熔融是指原料中的主料(塑料或者橡胶)的熔融，并不是指原料中的增强材料(碳纤维、玻璃纤维)的熔融，即使原料在热流道内加热成为流体状态。
本发明的原理是：传统注射成型工艺，滞留在浇注系统内的熔体冷却固化后作为废料，增加原材料消耗，降低了材料利用率。热流道注射成型作为传统注射成型的一个重要发展方向，其最大特点在于浇注系统内的塑料不会凝固，也不会随塑件脱模，从而提高了材料的利用率。所谓热流道注射成型是指对注射机喷嘴到浇注口之间的流道进行加热，使浇注系统内的塑料始终保持熔融状态，从而保证滞留在浇注系统内的熔体可用于下一次注射成型，而不是冷凝后作为废料取出。典型热流道系统包括喷嘴、热流道板、加热元件、传感器和温度控制器等。其喷嘴上带有加热元件，温控准确。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明采用热流道碳纤维工控直接成型风力发电机叶片方法，具有高精度、高机械强度、高韧性、耐腐蚀、高寿命等特点、且长度为2米的叶片可以实现PC控制一次成型。
2、本发明应用热流道碳纤维工控直接成型方法成型风力发电机叶片，制得的叶片组装成风力发电机后，风力发电机具有起动风速小，能量转化率高，体积小，重量大大减轻，功率增大，绿色环保的特点。
3、本发明热流道碳纤维工控直接成型方法可使影响当前风力发电发展的故障率、建设成本、维修成本大幅降低，可使投入与产出比大幅度提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺
一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，成型2米长的风力发电机叶片，一片材料需5千克原料，原料的配方如下：尼龙6(牌号为尼龙1013B)3.4千克，碳纤维1.6千克。凹模和凸模合模后，用PC(计算机)控制流量，原料中尼龙6在热流道内熔融后带动碳纤维从五个喷嘴进入模具型腔内；所述五个喷嘴沿模具型腔的长度方向排列，通过各喷嘴原料的温度从对应风力发电机叶片的叶尖端至叶根端依次为：211℃～213℃、216℃～218℃、220℃～221℃、224℃～226℃、229℃～231℃。然后保模32秒左右使熔体成型，最后开模取件。取得的叶片经表面处理后即得成品。
实施例二：一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺
一种风力发电机叶片的热流道碳纤维直接成型工艺，成型2米长的风力发电机叶片，一片材料需5千克原料，原料的配方如下：尼龙6(牌号为尼龙1013B)3.45千克，碳纤维1.5千克，色粉0.05千克。凹模和凸模合模后，用PC(计算机)控制流量，原料中尼龙6在热流道内熔融后带动碳纤维从10个喷嘴进入模具型腔内；所述10个喷嘴沿模具型腔的长度方向排列，通过各喷嘴原料的温度从对应风力发电机叶片的叶尖端至叶根端依次为：212℃、215℃、218℃、221℃、224℃、227℃、230℃、232℃、234℃、236℃。然后保模32秒左右使熔体成型，最后开模取件。取得的叶片经表面处理后即得成品。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。