一种超高模量单轴向玻璃纤维织物及其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及玻璃纤维制品领域，尤其涉及一种超高模量单轴向玻璃纤维织物及其制备方法。
背景技术
随着煤、石油、天然气等传统化石能源的逐渐耗尽，风能、太阳能等新型能源的开发利用也越来越得到人们的重视，已成为能源领域最具商业推广前景的项目之一，目前在国内外发展迅速。发电量上，2016年全国风电发电量2,410亿千瓦时，占全部发电量的4.1%，发电量逐年增加，市场份额不断提升，风电已成为继煤电、水电之后我国第三大电源。
风电叶片大型化便是现阶段风能发展的一个重要趋势，在保证叶片质量安全的前提下增加叶片的长度，提高风电机组单机功率是目前增加风能发电量较为直接的方式之一，这就对风电叶片的原材料的性能提出了更高的要求。
提高大尺寸叶型主梁的玻纤织物成本-性能比，让同样型号的风电叶片主梁获得更高的模量，降低同等风力情况下的叶片变形程度的同时进一步降低叶片主梁重量，是本领域当务之急需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高模量单轴向玻璃纤维织物，与树脂结合后形成的复合材料可以有效提升玻璃钢0°方向拉伸强度与90°方向拉伸模量，风电叶片大型化所需的机械强度。
根据本发明的一个方面，提供了一种超高模量单轴向玻璃纤维织物，包括：经纱、纬纱和涤纶丝，纬纱在小于等于90度大于等于70度方向上交叉铺纬在经纱上，涤纶丝通过经平缝编的方式将经纱、纬纱编在一起。
可选择地，纬纱在小于等于90度大于等于80度方向上交叉铺纬在经纱上。
可选择地，超高模量单轴向玻璃纤维织物的单位面积质量为1200～1800g/m2。
可选择地，经纱为玻璃纤维，经纱的单位面积质量为1150～1750g/m2。
可选择地，经纱的单位面积质量为1350～1550g/m2
可选择地，纬纱为玻璃纤维，纬纱的单位面积质量为35～45g/m2。
可选择地物，超高模量单轴向玻璃纤维织物中，纬纱的单位面积质量为55～60根/m2。
可选择地，涤纶丝为100～125D低弹，涤纶丝的密度为5～10ends/inch。
可选择地，涤纶丝的针脚长度为3～5mm，涤纶丝的单位面积质量为10g/m2～15g/m2。
根据本发明的另一个方面，提供了一种超高模量单轴向玻璃纤维织物的制备方法，包括以下步骤：(1)导入经纱，并由经纱架和张力杆控制导入的经纱的张力，张力范围控制在120～220cN;(2)采用交叉铺纬的方式导入纬纱，纬纱在小于90度大于70度方向上平铺在经纱上;(3)涤纶丝通过经平或变经平的编织方式将经纱、纬纱编在一起。
根据本发明的再一个方面，提供了一种超高模量单轴向玻璃纤维织物的制作风电叶片的应用。
本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物经纱与纬纱之间角度分布在70°～90°，随着经纱与纬纱之间角度从70°到90°逐级增加，本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物的纬向力学性能递增，经纱与纬纱的角度为90°时，本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物的纬向力学性最大。
其中，本发明中提到的“模量”是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，包括弹性变形和塑性变形。“高模量”的材料，刚性大。不易弯曲，或者不易拉伸。
本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物原材料不变的情况下，提升织物单位面积质量玻璃纤维织物的物理机械性能也会得到提升，经纱与纬纱的单位面积分别对玻璃纤维织物的经向和纬向的力学性能成正相关影响。发明人发现，经纱的单位面积质量在1150～1750g/m2范围内，纬纱的单位面积质量在35～45g/m2范围内，本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物与树脂结合后形成的复合材料的物理机械性能得到提升，尤其是在经纱的单位面积质量在1350～1550g/m2范围内，纬纱的单位面积质量在38～42g/m2范围内是，本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物与树脂结合后形成的复合材料比普通高模量玻璃纤维织物与树脂结合后形成的复合材料相比在0°拉伸模量提升5%～10%，90°拉伸强度提升15%～20%。
涤纶丝密度，针脚长度影响着玻璃纤维织物捆绑纱的单位面积质量，随着涤纶丝密度，针脚长度减小，玻璃纤维捆绑纱的单位面积质量递减，玻璃钢的力学性能有着积极影响。本发明选用的涤纶丝为100～125D低弹，密度为5～10ends/inch、针脚长度为3～5mm、单位面积质量为10g/m2～15g/m2。本发明选用的涤纶丝捆绑的超高模量单轴向玻璃纤维织物稳定性更好，不易散纱，更加适合工业应用。
本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物与树脂结合形成的复合材料的拉伸强度可达1460MPa，拉伸模量52.2GPa;压缩强度为901MPa，压缩模量为51GPa;剪切强度为50.1MPa，剪切模量为3.91MPa。与普通高模量玻璃纤维织物与树脂形成的复合材料相比，在0°拉伸模量提升5%～10%，在90°拉伸强度提升15%～20%，用于生产风电叶片能够有效减轻叶片质量，降低叶片大梁与蒙皮之间分层的风险，为叶片的大型化提供优质的增强材料。
本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物具有高模量，适合生产叶型更长、耐疲劳更好、风区适应型更广的风电叶片，不仅能降低单位发电量成本，还能进一步提高叶片的风区的适应性和使用寿命。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物的生产流程图。
图2是本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物的结构示意图。
其中：01为经纱、02为纬纱、03为涤纶线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
如图1所示，本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物的制备方法，包括以下步骤：
S1导入经纱01，并由经纱架和张力杆控制导入的经纱01的张力，张力范围控制在120～220cN，例如，在实际操作过程中，可以选择张力控制为120cN、130cN、140cN、150cN、160cN、170cN、180cN、190cN、200cN、210cN、220cN。优选地，张力控制为140～180cN。
S2采用交叉铺纬的方式导入纬纱02，纬纱02在小于等于90度大于等于70度方向上平铺在经纱01上。优选地，纬纱02在小于等于90度大于等于80度方向上平铺在经纱01上。最优选的，纬纱02在89度方向上平铺在经纱01上。
S3涤纶丝03通过经平或变经平的编链方式将经纱01、纬纱02编在一起。
下面列出本发明的超高模量单轴向玻璃纤维织物的具体实施例：
实施例A1
如图2所示，一种超高模量单轴向玻璃纤维织物，包括：经纱01、纬纱02和涤纶丝03，纬纱02在89°方向上交叉铺纬在经纱01上，涤纶丝03通过经平方式经纱01、纬纱02捆绑在一起。超高模量单轴向玻璃纤维织物的单位面积质量为1240g/m2。经纱01为E8DR17-2400-390规格的玻璃纤维，经纱01的单位面积质量为1180g/m2。纬纱02为E6DR16-100-390规格的玻璃纤维，纬纱02的单位面积质量为38g/m2。超高模量单轴向玻璃纤维织物中，纬纱02的单位面积质量为55根/m2。涤纶丝03为100D低弹，涤纶丝03的密度为7ends/inch。涤纶丝03的针脚长度为3mm，涤纶丝03的单位面积质量为14g/m2。
实施例A2
一种超高模量单轴向玻璃纤维织物，包括：经纱01、纬纱02和涤纶丝03，纬纱02在85°方向上交叉铺纬在经纱01上，涤纶丝03通过经平方式将经纱01、纬纱02捆绑在一起。超高模量单轴向玻璃纤维织物的单位面积质量为1250g/m2。经纱01为E8DR17-2400-390规格的玻璃纤维，经纱01的单位面积质量为1190g/m2。纬纱02为E6DR16-100-390规格的玻璃纤维，纬纱02的单位面积质量为40g/m2。超高模量单轴向玻璃纤维织物中，纬纱02的单位面积质量为58根/m2。涤纶丝03为110D低弹，涤纶丝03的密度为8ends/inch。涤纶丝03的针脚长度为4mm，涤纶丝03的单位面积质量为13g/m2。
实施例A3
一种超高模量单轴向玻璃纤维织物，包括：经纱01、纬纱02和涤纶丝03，纬纱02在80°方向上交叉铺纬在经纱01上，涤纶丝03通过经平方式将经纱01、纬纱02捆绑在一起。超高模量单轴向玻璃纤维织物的单位面积质量为1260g/m2。经纱01为E8DR17-2400-390规格的玻璃纤维，经纱01的单位面积质量为1165g/m2。纬纱02为E6DR16-100-390规格的玻璃纤维，纬纱02的单位面积质量为45g/m2。超高模量单轴向玻璃纤维织物中，纬纱02的单位面积质量为60根/m2。涤纶丝03为125D低弹，涤纶丝03的密度为7ends/inch。涤纶丝03的针脚长度为5mm，涤纶丝03的单位面积质量为12g/m2。
下面进一步通过列表的方式，给出本发明部分实施例的超高模量单轴向玻璃纤维织物的参数的具体实施例。
表1超高模量单轴向玻璃纤维织物的参数的具体实施例
对表1中的实施例A4-A10的性能进行了测试。同时针对现有技术中的玻璃纤维织物的性能数据进行了对比，具体如表2所示。
表2玻璃纤维织物的性能测试及对比结果
对比例1为产品代号为TCMK300的玻璃纤维织物，对比文件2为产品代号为ESP100的玻璃纤维织物。
从表1和表2可以看出，本发明的玻璃纤维织物，拉伸强度可达1460MPa，拉伸模量52.2GPa;压缩强度为901MPa，压缩模量为51GPa;剪切强度为50.1MPa，剪切模量为3.91MPa。相比于普通玻璃纤维织物的模量提高15%～20%。
综上，本发明提供的超高模量单轴向玻璃纤维织物，通过调整经纱、纬纱的原料，采用交叉铺纬的方式，通过控制纬纱在经纱上铺纬的角度，使得单轴向玻璃纤维织物的机械性能更加优良，良好的力学表现力更适用于风电叶片。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
