一种高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜及其制备方法与流程

本发明属于风电叶片，具体涉及一种高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球能源结构向清洁化转型，风力发电已成为最具规模化开发潜力的可再生能源之一。然而，在寒冷及高湿地区，风电叶片表面结冰会严重破坏翼型气动外形，导致发电效率大幅下降、机组振动加剧甚至引发安全事故。目前，电热除冰技术因其响应速度快、控制精准而被广泛应用，其核心部件为贴覆于叶片表面的除冰加热膜。该加热膜通常由绝缘层、加热层及电极等通过树脂固化复合而成，要求具备优异的耐候性、加热均匀性及长期电连接可靠性。

2、尽管现有技术已能实现除冰加热膜的批量生产，但在实际制造与长期服役过程中，传统固化工艺缺乏过程质量控制手段。传统热压罐或模压工艺多采用经验设定的恒温恒压曲线，属于“开环”控制。由于原材料批次差异、环境温湿度波动等因素，树脂实际固化行为往往偏离预设参数，导致产品内部残留微气泡、界面结合不良或固化度不均。此类缺陷在出厂检测中难以被发现，却在长期热循环载荷下逐渐演化，最终表现为接触电阻漂移、加热功率衰减乃至电极脱焊失效，严重缩短除冰系统使用寿命。

技术实现思路

1、本申请目的是提供一种高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜及其制备方法，在一定程度上解决风电叶片除冰加热膜在制造过程中因固化工艺不可控，导致产品内部气泡率高、电极连接可靠性差的问题。

2、第一方面，本申请提供一种高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，包括以下步骤：

3、模具准备：在下模设置用于定位电极的定位卡槽，并在上模对应电极引出端设置导线保护结构；

4、铺层与定位：在所述下模上铺设下绝缘层；准备两个具有微孔的电极，将所述电极的引出端置于所述定位卡槽中，将加热层覆盖于所述电极和所述下绝缘层上，在所述电极与所述加热层之间涂覆导电胶，将所述加热层的部分纤维束穿过所述微孔并反向包裹所述电极，并压实；在所述加热层上铺设上绝缘层；通过真空吸附方式将铺层固定于预定位置，然后合模；

5、真空辅助梯度固化：对模腔抽真空后，采用三段梯度固化工艺进行成型；在固化过程中实时监测2个电极之间电阻值，当电阻变化率在预设时间内低于预设阈值时判定为固化终点，所述导电胶固化后形成导电过渡层；所述三段梯度固化工艺包括：

6、浸润段：温度为80-100℃，压力为0.3-0.5mpa，时间为15-25min；

7、固化段：温度为120-140℃，压力为0.8-1.0mpa，时间为25-35min；

8、消泡段：温度为150-160℃，压力为1.2-1.5mpa，时间为10-20min；

9、冷却脱模，得到所述风电叶片除冰加热膜。

10、可选地，所述真空辅助梯度固化步骤中，抽真空至模腔内压力≤-0.095mpa并保持3-5min后再进行升温固化；所述预设时间为5-10min，所述预设阈值为电阻变化率小于1%。

11、可选地，在所述模具准备步骤中，所述定位卡槽的形状与电极形状相匹配，且在所述定位卡槽区域开设有用于配合真空吸附的微吸气孔；所述导线保护结构包括梯度硬度弹性压块和密封垫片。

12、可选地，所述模具准备步骤中，所述梯度硬度弹性压块采用双层结构，外层邵氏硬度为65-75 a，内层邵氏硬度为35-45 a，且外层与内层的厚度比为1:1.5至1:2.5；所述密封垫片表面设有环形锯齿微槽，锯齿深度为0.08-0.12mm。

13、可选地，所述铺层与定位步骤中，所述微吸气孔的孔径为0.2-0.5mm，间距为10-15mm；真空吸附的真空度控制在-0.06至-0.08mpa。

14、可选地，所述导电胶的原料组分包括热塑性聚氨酯基体和多壁碳纳米管，其中，所述多壁碳纳米管的质量分数为8%-12%。

15、第二方面，本申请提供一种高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜，由如上的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法制得，所述加热膜为多层共固化一体结构，包括上绝缘层、加热层、下绝缘层以及嵌入其中的电极和导电过渡层；所述电极通过导电过渡层与所述加热层电连接，且所述加热层的纤维束穿过电极上的微孔形成机械互锁结构。

16、可选地，所述导电过渡层的体积电阻率为5-10ω·cm。

17、可选地，所述上绝缘层为热塑性聚氨酯弹性体，厚度为0.5-1.5mm，邵氏硬度为85-95a；所述下绝缘层为双酚f型环氧/陶瓷填料复合材料，厚度为0.3-0.8mm，导热系数≥1.2w/(m·k)，玻璃化转变温度tg≥120℃。

18、可选地，所述加热层为石墨烯布或碳纤维布，面电阻为0.5-5ω/□，厚度为0.2-0.5mm；所述电极为表面镀镍的柔性薄铜片，厚度为0.05-0.1mm，所述微孔直径为0.1-0.3mm，开孔率为20%-40%。

19、本申请的有益效果是：

20、本申请第一方面提供的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，通过定位卡槽与真空吸附的双重固定机制解决了加热层移位难题；通过梯度硬度密封解决了导线压伤与树脂泄漏矛盾；通过三段梯度固化与在线电阻监控实现了固化过程的数字化质量控制，确保产品气泡率低、电阻一致性好，从根本上提升了除冰加热膜的制造良率和长期可靠性。

21、本申请第二方面提供的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜，通过导电过渡层与纤维束穿孔反向包裹形成的机械互锁，实现了电极与加热层间力学锚固与导电通路的双重强化：导电热塑性弹性体过渡层在填补界面微隙、降低接触电阻的同时缓冲热-力耦合应力，而加热层纤维束穿过电极微孔构建的三维互锁结构从根本上杜绝了传统平面粘接易发生的分层与滑移失效，并提供了冗余导电路径；确保了加热膜在长期交变载荷与温度循环下电连接稳定、电阻波动小、抗疲劳性能优异。

1.一种高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，其特征在于，所述真空辅助梯度固化步骤中，抽真空至模腔内压力≤-0.095mpa并保持3-5min后再进行升温固化；所述预设时间为5-10min，所述预设阈值为电阻变化率小于1%。

3.根据权利要求2所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，其特征在于，在所述模具准备步骤中，所述定位卡槽（3）的形状与电极（9）形状相匹配，且在所述定位卡槽（3）区域开设有用于配合真空吸附的微吸气孔（31）；所述导线保护结构包括梯度硬度弹性压块（6）和密封垫片（7）。

4. 根据权利要求3所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，其特征在于，所述模具准备步骤中，所述梯度硬度弹性压块（6）采用双层结构，外层邵氏硬度为65-75a，内层邵氏硬度为35-45 a，且外层与内层的厚度比为1:1.5至1:2.5；所述密封垫片（7）表面设有环形锯齿微槽，锯齿深度为0.08-0.12mm。

5.根据权利要求4所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，其特征在于，所述铺层与定位步骤中，所述微吸气孔（31）的孔径为0.2-0.5mm，间距为10-15mm；真空吸附的真空度控制在-0.06至-0.08mpa。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜的制备方法，其特征在于，所述导电胶的原料组分包括热塑性聚氨酯基体和多壁碳纳米管，其中，所述多壁碳纳米管的质量分数为8%-12%。

7.一种高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的制备方法制得，所述加热膜为多层共固化一体结构，包括上绝缘层、加热层、下绝缘层以及嵌入其中的电极（9）和导电过渡层；所述电极（9）通过导电过渡层与所述加热层电连接，且所述加热层的纤维束穿过电极（9）上的所述微孔（91）形成机械互锁结构。

8.根据权利要求7所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜，其特征在于，所述导电过渡层的体积电阻率为5-10ω·cm。

9. 根据权利要求8所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜，其特征在于，所述上绝缘层为热塑性聚氨酯弹性体，厚度为0.5-1.5mm，邵氏硬度为85-95a；所述下绝缘层为双酚f型环氧/陶瓷填料复合材料，厚度为0.3-0.8mm，导热系数≥1.2 w/(m·k)，玻璃化转变温度tg≥120℃。

10.根据权利要求8或9所述的高可靠电连接的风电叶片除冰加热膜，其特征在于，所述加热层为石墨烯布或碳纤维布，面电阻为0.5-5ω/□，厚度为0.2-0.5mm；所述电极（9）为表面镀镍的柔性薄铜片，厚度为0.05-0.1mm，所述微孔（91）直径为0.1-0.3mm，开孔率为20%-40%。