一种用于风机叶片除冰改造的预浸料的制作方法

1.本发明属于功能复合材料领域，涉及一种预浸料，尤其涉及一种用于风机叶片除冰改造的预浸料。


背景技术：

2.近年来，随着人们对绿色能源的重视和“双碳”政策的提出，风电行业有了长足的发展，近2021年全国各地区累计风电装机量就达到了2.97亿千瓦。
3.目前国内山西、陕西、湖北、湖南、江西、贵州、云南等区域存在不同程度的风电机组叶片结冰问题，而国外在北美、东欧等地区也存在机组叶片结冰情况。据统计，国内涉及结冰停机的风电机组约6000-8000台，年平均停机次数5-10次/台，五大发电集团中的龙源、华能等公司年损失电量均在1亿千瓦时以上。此外，叶片结冰还会对风机运行安全造成直接影响，如载荷、平衡发生变化等，还会对融冰、甩冰区域内造成设备和人员伤害。
4.针对上述问题，国内外已开展了相关研究，并有多个初步解决方案，如涂料防冰、气热除冰、电加热除冰及微波除冰等。这些方法各有优势和缺陷，涂料防冰具有成本低、施工简便等优势，但防冰效果不佳、易脱落、时效短等缺陷；气热除冰效果稳定，但效率低、能耗高；电热除冰方式具有效率高、不影响机组结构等优势，是公认的发展趋势之一，但目前尚无法完美解决叶片运行工作中易遭受雷击等问题。
5.cn104179634a的中国发明专利申请公布了一种具有防雷保护的电加热防除冰风轮叶片。该发明包括叶片本体和电加热装置，将电加热装置铺设与叶片本体表面，叶片本体表面还铺设有防雷金属网。一旦出现风轮叶片结冰的现象，可以启动电加热装置，对叶片进行防冰或者除冰，避免由于冰冻造成的机组停机。如果出现雷击现象，铺设在风轮叶片上的防雷金属网可以对风轮叶片及电加热装置起到保护作用。
6.cn110701005a的中国发明专利申请公布了一种用于风电叶片的电加热除冰防雷一体复合膜。该发明由粘结胶层、第一粘结增强层、电发热膜层、隔离层、防雷网层、第二粘结增强层及保护漆层组成，可以在车间预先制备成除冰防雷一体复合膜结构，降低现场施工成本。既可用于新叶片的制造也可以用于存量风场叶片除冰技改需求，操作灵活、适应性强，遭遇雷击等损坏后修补操作更方便，修补成本低。
7.上述两种技术均以电加热方式实现风电叶片的除冰效果，并在一定程度上具备防雷效果，但仍各有不足。cn104179634a中，其除冰技术可以在新叶片成型过程中实施，但在现有旧风场改造中难以实现；cn110701005a中，可以在现有风场技改中加以实施，但其使用的石墨烯、碳纳米管或纯铜等加热层孔隙率低、树脂浸润性差，导致产品与风机叶片的结合力差，性能不稳定。此外，碳纤维虽然具有较高孔隙率，且树脂浸润性好，但其电阻相对固定，不易进行调整。


技术实现要素：

8.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于风机叶片除冰改造的预
浸料，所述预浸料施工简单、电热功率可调；柔性好，容易与叶片结合和随型；工艺融合性好，可以与防雷层结合实现防雷效果。
9.为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
10.本发明提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料包括树脂基体、导电织物以及柔性电极，所述柔性电极连接于所述导电织物的两端，所述树脂基体浸润所述导电织物以及柔性电极。
11.本发明中，所述预浸料通过导电织物以及柔性电极的选择，使得所述预浸料具有良好的柔性，能够很好的与风电叶片基体或防雷层结合；同时，可以通过对导电织物厚度的调整，便捷的对预浸料的厚度进行调整，随型性好；所述的导电织物面电阻性能可调，通过调整电阻特性和输入电压，可以调节预浸料的发热温度；导电织物以及柔性电极对树脂基体具有良好的浸润性，预浸料使用时树脂基体可以通过热固化或uv固化等方式与风机叶片粘接，施工简单。
12.作为本发明优选的技术方案，所述树脂基体包括热固化树脂和/或uv固化树脂；
13.优选地，所述树脂基体包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、双酚a树脂、聚酰胺树脂、氰酸酯树脂、聚醚树脂或聚砜树脂中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：环氧树脂和不饱和聚酯树脂的组合、不饱和聚酯树脂和酚醛树脂的组合、双酚a树脂和聚酰胺的组合、聚酰胺树脂和氰酸酯树脂的组合、氰酸酯树脂和聚醚树脂的组合、聚醚树脂和聚砜树脂的组合、聚砜树脂和环氧树脂的组合或环氧树脂、不饱和聚酯树脂和酚醛树脂的组合等。
14.作为本发明优选的技术方案，所述导电织物包括基底织物以及导电层，所述导电层包覆于所述基底织物表面，所述导电织物的曲率半径可达到5mm。
15.本发明中，所述导电织物的曲率半径可达到5mm，说明所述导电织物的具有良好的柔性。
16.作为本发明优选的技术方案，所述导电织物的孔隙率＞6％。
17.作为本发明优选的技术方案，所述基底织物由非导电纤维组织得到，所述非导电纤维包括玻璃纤维、石英纤维、碳纤维中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：玻璃纤维和石英纤维的组合、石英纤维和碳纤维的组合等。
18.优选地，所述导电层包括石墨烯、碳纳米管、导电碳黑或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：石墨烯和碳纳米管的组合、碳纳米管和导电炭黑的组合、导电炭黑和碳化硅的组合、碳化硅和石墨烯的组合或石墨烯、碳纳米管和导电炭黑的组合等。
19.本发明中，选用的导电织物具有较高的强度，拉伸断裂强度大于或等于150n/25mm；具有较高的工作耐受温度，可以确保通电加热到100℃时性能稳定。导电层的材料具有较高的红外发射率，一般大于0.8。
20.作为本发明优选的技术方案，所述导电织物的组织包括平纹组织、斜纹组织或缎纹组织中的任意一种或至少两种的组合。
21.作为本发明优选的技术方案，所述导电织物的厚度为0.1～1.0mm，如0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.优选地，所述导电织物的面电阻为50～5000ω/
□
，如50ω/
□
、100ω/
□
、200ω/
□
、500ω/
□
、1000ω/
□
、2000ω/
□
、3000ω/
□
、4000ω/
□
或5000ω/
□
等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述导电织物的加热温度为20～100℃，如20℃、30℃、50℃、80℃、100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.作为本发明优选的技术方案，所述柔性电极的原料包括导电银浆、石墨烯浆料、碳纳米管浆料、碳黑导电浆料、碳纤维、导电金属箔或金属纤维中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：导电银浆和石墨烯浆料的组合、石墨烯浆料和碳纳米管浆料的组合、石墨烯浆料和碳纳米管浆料的组合、碳黑导电浆料和碳纤维的组合、碳纤维和导电金属的组合、导电金属和箔金属纤维的组合、箔金属纤维和导电银浆的组合或导电银浆、石墨烯浆料和碳纤维的组合等。所述柔性电极的曲率半径不低于5mm。
25.优选地，所述柔性电极包括双条电极或叉指电极。
26.作为本发明优选的技术方案，所述预浸料包括电极搭接组件，所述电极搭接组件与所述柔性电极相连。
27.本发明中，电极搭接组件的设置可以便捷的将不同预浸料相连，可以根据除冰区域灵活的调整铺覆面积。
28.作为本发明优选的技术方案，所述预浸料包括隔离膜，所述隔离膜覆盖于所述预浸料上下两面，用于预浸料防护。
29.优选地，所述隔离膜包括双层离型纸和/或离型膜。
30.作为本发明优选的技术方案，所述预浸料的宽度为0.2～1m，长度为1～20m。其中，宽度可以是0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m或1m等，长度可以是1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m、10.0m、15.0m或20.0m等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
31.本发明中，隔离膜覆盖于树脂表面，为其在使用前提供保护和阻隔功能。
32.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
33.(1)本发明提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料具有良好的柔性，能够很好的与风电叶片基体或防雷层结合；
34.(2)本发明提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料厚度可调，随型性好；电阻性能可调，发热温度容易控制；还可以根据除冰区域灵活的调整铺覆面积；
35.(3)本发明提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料施工简单，便于大规模应用。
附图说明
36.图1为本发明提供的用于风机叶片除冰改造的预浸料的结构示意图；
37.图中：1-隔离层，2-树脂基体，3-导电织物，4-导线。
38.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
39.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
40.实施例1
41.本实施例提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，其结构如图1所示，所述预浸料的尺寸为0.2m
×
5m，导电织物3为面电阻为1300ω/
□
、孔隙率大于6％的石墨烯玻璃纤维织物(导电层为石墨烯层，基底织物为玻璃纤维平纹组织得到)；柔性电极为银浆电极和导电铜箔的结合，设置于所述导电织物3相对的两端，所述导电铜箔与银浆电极的尺寸相同，宽度均为0.8cm，所述导电铜箔与银浆电极的表面相连，所述银浆电极的底面与所述导电织物相连；树脂基体2为环氧树脂，所述树脂基体2完全浸润所述导电织物以及柔性电极；所述电极搭接组件与所述柔性电极相连，离型纸作为隔离层1对预浸料进行保护。
42.实施例2
43.本实施例提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料的尺寸为0.3m
×
0.3m，导电织物3为面电阻为3500ω/
□
、孔隙率大于6％的石墨烯玻璃纤维织物(导电层为石墨烯层，基底织物为玻璃纤维平纹组织得到)；柔性电极为铜纤维电极，宽度为0.8cm，设置于所述导电织物3相对的两端；树脂基体2为uv固化环氧树脂，所述树脂基体2完全浸润所述导电织物以及柔性电极；所述电极搭接组件与所述柔性电极相连，离型纸作为隔离层1对预浸料进行保护。
44.实施例3
45.本实施例提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料的尺寸为0.5m
×
2.5m，导电织物3为面电阻为2000ω/
□
、孔隙率大于6％的石墨烯碳纤维织物(导电层为石墨烯层，基底织物为碳纤维斜纹组织得到)；柔性电极为铜纤维电极，宽度为0.8cm，设置于所述导电织物3相对的两端；树脂基体2为双酚a树脂，所述树脂基体2完全浸润所述导电织物以及柔性电极；所述电极搭接组件与所述柔性电极相连，离型纸作为隔离层1对预浸料进行保护。
46.实施例4
47.本实施例提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料的尺寸为0.7m
×
3.5m，导电织物3为面电阻为1500ω/
□
、孔隙率大于6％的石墨烯石英纤维织物(导电层为石墨烯层，基底织物为石英纤维平纹组织得到)；柔性电极为铜纤维电极，宽度为0.8cm，设置于所述导电织物3相对的两端；树脂基体2为聚酰胺树脂，所述树脂基体2完全浸润所述导电织物以及柔性电极；所述电极搭接组件与所述柔性电极相连，离型纸作为隔离层1对预浸料进行保护。
48.实施例5
49.本实施例提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料的尺寸为0.6m
×
3.0m，导电织物3为面电阻为2500ω/
□
、孔隙率大于6％的导电纤维织物(导电纤维平纹组织得到)；柔性电极为铜纤维电极，宽度为0.8cm，设置于所述导电织物3相对的两端；树脂基体2为聚醚树脂，所述树脂基体2完全浸润所述导电织物以及柔性电极；所述电极搭接组件与所述柔性电极相连，离型纸作为隔离层1对预浸料进行保护。
50.对比例1
51.本对比例不采用预浸料的形式，而是直接将连接有柔性电极的导电织物通过环氧树脂粘贴于风机叶片表面，柔性电极、导电织物以及环氧树脂的选择均与实施例1相同。
52.对比例2
53.本对比例不采用预浸料的形式，而是直接将连接有柔性电极的导电织物通过uv固化环氧树脂粘贴于风机叶片表面，柔性电极、导电织物以及uv固化环氧树脂的选择均与实施例2相同。
54.去除隔离层，采用热固化或uv固化的方式将实施例1-5提供的用于风机叶片除冰改造的预浸料粘贴于风机叶片表面，连接电源后进行加热(起始温度为室温)，并对加热性能进行测试，其结果如表1所示。
55.表1
[0056][0057][0058]
通过表1的测试结果可以看出，本技术提供的用于风机叶片除冰改造的预浸料，在短时间内即可将目标区域加热至所需温度。且通过实施例1和对比例1以及实施例2和对比例2相比，本技术提供的预浸料与采用环氧树脂或uv树脂直接固化固定连接有柔性电极的导电织物相比，加热速度和目标温度基本相同，说明采用预浸料的形式不会影响加热性能，但是预浸料具有施工难度低、步骤简单、性能稳定的优势。
[0059]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0060]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0061]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0062]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本
发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，其特征在于，所述预浸料包括树脂基体、导电织物以及柔性电极，所述柔性电极连接于所述导电织物的两端，所述树脂基体浸润所述导电织物以及柔性电极。2.根据权利要求1所述的预浸料，其特征在于，所述树脂基体包括热固化树脂和/或uv固化树脂；优选地，所述树脂基体包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、双酚a树脂、聚酰胺树脂、氰酸酯树脂、聚醚树脂或聚砜树脂中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的预浸料，其特征在于，所述导电织物包括基底织物以及导电层，所述导电层包覆于所述基底织物表面，所述导电织物的曲率半径可达到5mm。4.根据权利要求3所述的预浸料，其特征在于，所述导电织物的孔隙率＞6％。5.根据权利要求4所述的预浸料，其特征在于，所述基底织物由非导电纤维组织得到，所述非导电纤维包括玻璃纤维、石英纤维、碳纤维中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电层包括石墨烯、碳纳米管、导电碳黑或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求5所述的预浸料，其特征在于，所述组织的方法包括平纹组织、斜纹组织或缎纹组织中的任意一种或至少两种的组合。7.根据权利要求1-6任一项所述的预浸料，其特征在于，所述导电织物的厚度为0.1～1.0mm；优选地，所述导电织物的面电阻为50～5000ω/
□
；优选地，所述导电织物的加热温度为20～100℃。8.根据权利要求1-7任一项所述的预浸料，其特征在于，所述柔性电极的原料包括导电银浆、石墨烯浆料、碳纳米管浆料、碳黑导电浆料、碳纤维、导电金属箔或金属纤维中的任意一种或至少两种的组合，所述柔性电极的曲率半径不低于5mm；优选地，所述柔性电极包括双条电极或叉指电极。9.根据权利要求1-8任一项所述的预浸料，其特征在于，所述预浸料包括电极搭接组件，所述电极搭接组件与所述柔性电极相连。10.根据权利要求1-9任一项所述的预浸料，其特征在于，所述预浸料包括隔离膜，所述隔离膜覆盖于所述预浸料上下两面，用于预浸料防护；优选地，所述隔离膜包括双层离型纸和/或离型膜。11.根据权利要求1-10任一项所述的预浸料，其特征在于，所述预浸料的宽度为0.2～1m，长度为1～20m。

技术总结
本发明提供一种用于风机叶片除冰改造的预浸料，所述预浸料包括树脂基体、导电织物以及柔性电极，所述柔性电极连接于所述导电织物的两端，所述树脂基体浸润所述导电织物以及柔性电极。所述预浸料施工简单、电热功率可调；柔性好，容易与叶片结合和随型；工艺融合性好，可以与防雷层结合实现防雷效果。以与防雷层结合实现防雷效果。以与防雷层结合实现防雷效果。


技术研发人员：张辉 苏宏宇 禹峥嵘 高翾 许莉
受保护的技术使用者：北京石墨烯研究院有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/1