风电叶片复合材料的杉木边材径切板目测及机械分级方法

摘要

本发明公开了一种风电叶片复合材料的杉木边材径切板目测及机械分级方法，包括如下步骤：1)选择直径在30厘米以上、树干通直且外观无缺陷的杉木新伐原木；2)对杉木沿径向方向下料；3)将下料后的杉木径切成适当规格的毛坯板，并烘干至含水率低于12％；4)通过目测，选择直纹理、材质均匀、年轮宽度小于2mm且分部均匀、外观无生长缺陷和加工缺陷的毛坯板作为待加工件。本发明不仅方法快捷简便，而且通过本发明的方法，能够使选出的杉木合格率达到99％以上，与现有单独采用监测材料的抗弯弹性模量数值相比，生产效率提高了10倍以上，因此使杉木大批量用于加工风力发电叶片成为可能。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电叶片复合材料的杉木边材径切板目测及机械分级的新工艺。

背景技术

目前，用于风力发电的叶片一般均采用玻璃纤维增强塑料(简称玻璃钢)复合材料制造。这种材料虽然制造工艺成熟，但也存在成本高(10-20万/吨)的问题，且玻璃钢的废旧产品处理困难，既难以燃烧，又不易分解，国外多采用堆积方式处理，又被称为垃圾材料，是无法持续使用的材料，人们持续制造大量玻璃钢产品，再将其丢弃，占用了大量的土地。因此，必须开发出一种新的低成本、可回收利用的环保叶片来替代目前大量使用的玻璃钢叶片。我国是木材资源非常丰富的国家，可以考虑采用木材来替换这种造价较高的玻璃钢复合材料。经过大量的试验和研究发现，可以采用我国特有的一种木材——杉木来作为玻璃钢复合材料的替代品。为了使这种材料能够满足大规模工业生产的要求，就需要对杉木进行筛选，从而选出适合要求的木材来。而目前对于木材的分类方法通常是采用检测材料的抗弯弹性模量数值，并按数值的大小进行分级，此种方法费时费力，难以满足工业化批量生产杉木的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风电叶片复合材料的杉木边材径切板目测及机械分级方法，该方法快捷简便，能够使杉木的大批量生产成为可能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种风电叶片复合材料的杉木边材径切板目测及机械分级方法包括如下步骤：

1)选择直径在30厘米以上、树干通直且外观无缺陷的杉木新伐原木；

2)对杉木沿径向方向下料；

3)将下料后的杉木径切成适当规格的毛坯板，并烘干至含水率低于12％；

4)通过目测，选择直纹理、材质均匀、年轮宽度小于2mm且分部均匀、外观无生长缺陷和加工缺陷的毛坯板作为待加工件。

优选地，还包括机械分类步骤5)：测量所述毛坯板垂直于顺纹方向的抗弯弹性模量，选择抗弯弹性模量大于12000Mpa的板毛坯作为待加工件。

优选地，步骤1)中的所述外观无缺陷包括：无腐朽、无弯曲。

优选地，所述步骤4)还包括：要求所选毛坯板的径面形成的“山”纹数量少于2个，且与平面的夹角大75°。

优选地，所述沿径向方向下料为“米”字型下料。

本发明不仅方法快捷简便，而且通过本发明的方法，能够使选出的杉木合格率达到99％以上，与现有单独采用监测材料的抗弯弹性模量数值相比，生产效率提高了10倍以上，因此使杉木大批量用于加工风力发电叶片成为可能。

附图说明

图1a为通过目测挑选出来的杉木径面毛坯板的外观图，图1b杉木弦面外观图；

图2为“米”字型下料的示意图。

具体实施方式

本发明具体按照如下步骤进行选材和处理：

步骤1：选择直径在30厘米以上，树干通直，外观无缺陷(包括腐朽、弯曲等)的杉木新伐材原木若干；

步骤2：对选材进行“米”字型下料，见图2，图中箭头表示下锯方向；

步骤3：锯解标准杉木边材径切板毛坯，在干燥窑里烘干至含水率低于12％，剔除各种木材缺陷，精加工制成500mm×20mm×20mm(长×宽×厚)的规格板条备用；

步骤4：通过目测，选择的毛坯板满足：直纹理、材质均匀，年轮宽度小于2mm且分布均匀，外观无任何生长缺陷和加工缺陷，径面形成的“山”纹数量少于2个且与平面的夹角大于75°。如图1a、b所示。

通过上述4个步骤，所选择的可用于风力发电叶片的杉木毛坯板合格率可达99％以上，而与现有单独采用监测材料的抗弯弹性模量数值相比，生产效率提高了10倍以上。因此，完全满足将杉木大批量用于风力发电叶片的要求。

对于上述在选择过程中可能存在疑虑的毛坯板，可以进一步采用机械分类方法，即对这部分有疑虑的毛坯板沿毛坯板垂直于顺纹方向进行抗弯弹性模量测量，选择抗弯弹性模量大于12000Mpa的毛坯板作为待加工件。这样，就能够进一步提高材料的利用率。具体的机械测试可参照如下的步骤：

a、试验设备：试验机，测定荷载的精度，试验装置的支座及压头端部的曲率半径为30mm，两支座间距离应为240mm；测试量具，测量尺寸应准确至0.1mm；百分表，应准确至0.01mm，量程为0-10mm。

b、试件尺寸为500mm×20mm×20mm，长度为顺纹方向。

c、试验步骤：采用弦向加荷。在试样长度中央，测量径向尺寸为宽度，弦向为高度，准确至0.1mm；两点加荷，用百分表测量试样变形；测量试样变形的下、上限荷载，一般取300-700N，试验机以均匀速度先加荷至下限荷载，立即读百分表指示值，再以均匀速度加荷至上限荷载，读出百分表指示值，随既卸载。如此反复四次。

d、结果计算：根据后三次测得的试样变形值，分别计算出上、下限变形平均值。上、下限荷载的变形平均值之差，即为上、下限荷载间的变形值。计算公式(精确至10MPa)：$E_w=\frac{23{\mathrm{Pl}}^3}{108b{h}^{3}f}$

式中：Ew------试样的抗弯弹性模量，Mpa；

P------上、下限荷载之差，N；  l----------两支座间跨距，mm；

b---------试样宽度，mm；    h----------试样高度，mm；

f--------上、下限荷载间的试样变形值，mm。