葉片制造工藝 – 預(yù)浸料技術(shù)

葉片制造工藝–預(yù)浸料技術(shù)

預(yù)浸料Prepreg是"preimpregnation"的縮寫，指的是纖維束或纖維布經(jīng)過樹脂浸潤(rùn)后形成的均勻預(yù)固化材料，預(yù)固化材料可直接用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)如風(fēng)電葉片的制造。預(yù)浸料樹脂通常粘度較高，在室溫下呈固態(tài)，便于操作、切割和在模具中鋪層，且不需要導(dǎo)入樹脂，減小樹脂污染。在模具中鋪層完成后，預(yù)浸料即可在真空下高溫固化，工業(yè)用預(yù)浸料固化溫度通常為80~120°C之間。

高性能樹脂預(yù)浸料通常以卷狀形式供應(yīng)，與灌注和手糊工藝相比，預(yù)浸料樹脂含量控制準(zhǔn)確，樹脂性能優(yōu)異，單向纖維排布方向可控性好且自動(dòng)化程度高。然而，由于使用高性能樹脂，預(yù)浸料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸均需要低溫環(huán)境；此外，額外的預(yù)浸工藝使預(yù)浸料比相同重量的樹脂加纖維價(jià)格昂貴許多，預(yù)浸料對(duì)工藝溫度提出的更高要求也增加了模具成本。

預(yù)浸料制造預(yù)浸料的制造遵循和樹脂灌注一樣的基本原則：注意工藝溫度下樹脂體系的粘度纖維網(wǎng)紗和纖維布的浸潤(rùn)性壓力控制

因此，要浸潤(rùn)纖維布和纖維網(wǎng)紗，必須先降低樹脂粘度，再施加一定的壓力，同時(shí)還要考慮纖維的浸潤(rùn)性。由于預(yù)浸料樹脂在室溫下通常呈半固態(tài)，要得到浸潤(rùn)能力好的低粘度樹脂有兩種基本方法：添加溶劑法和熱熔法。風(fēng)能用預(yù)浸料材料一般采用第二種方法。

預(yù)浸料生產(chǎn)線為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)并擁有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，預(yù)浸料生產(chǎn)線必須以最快速度運(yùn)轉(zhuǎn)，這就要求粘度在一定時(shí)間迅速降低，與此同時(shí)，對(duì)樹脂和纖維布/網(wǎng)紗施加壓力。準(zhǔn)確控制線速對(duì)預(yù)防預(yù)浸料產(chǎn)品缺點(diǎn)至關(guān)重要。

預(yù)浸料特性評(píng)價(jià)灌注樹脂性能時(shí)，焦點(diǎn)通常被放在粘度和不同溫度下產(chǎn)品的反應(yīng)活性上，與某些標(biāo)準(zhǔn)纖維復(fù)合固化后的熱學(xué)和力學(xué)性能也會(huì)予以考量，以對(duì)比不同樹脂體系。對(duì)預(yù)浸料而言，成型過程中的粘度和反應(yīng)活性同樣重要，特定產(chǎn)品的力學(xué)和熱學(xué)性能變得更容易衡量，但增加了一些操作特性需要定義。

Drape隨形性將高粘度樹脂和纖維/纖維布結(jié)合在一起的工藝，對(duì)于纖維能否滿足模具幾何形狀的要求有很大影響。預(yù)浸料與模具表面的貼合程度被稱為隨形性，這種性能與纖維/纖維布結(jié)構(gòu)（纖維類型、方向、縫合方式等）以及樹脂化學(xué)特性密切相關(guān)。

粘性雖然預(yù)浸料中的樹脂在室溫下呈半固態(tài)，預(yù)浸料表面通常會(huì)有一定等級(jí)的粘性。盡管用手壓的方式評(píng)價(jià)粘性等級(jí)比較主觀，但是低粘性預(yù)浸料在很大的壓力下表面也不會(huì)表現(xiàn)出很粘的狀態(tài)；相反地，即使用力很小，高粘性預(yù)浸料也會(huì)將樹脂粘到手上。不同預(yù)浸料的粘性也各不相同，這與樹脂含量、纖維和纖維布種類、樹脂配比波動(dòng)以及操作車間溫度等均有關(guān)系。粘性使預(yù)浸料很容易固定在模具表面，也為后續(xù)鋪層帶來了方便，如果模具有垂直表面，則需要高粘性預(yù)浸料進(jìn)行葉片制作。然而，過大的粘性則會(huì)給除去保護(hù)膜及重新鋪層帶來不少麻煩。

流動(dòng)性結(jié)構(gòu)件固化過程中，預(yù)浸料樹脂粘度隨著溫度的升高而降低，使樹脂產(chǎn)生流動(dòng)性。樹脂的流動(dòng)可以將層與層之間緊密結(jié)合而不存在任何縫隙，也可以通過真空系統(tǒng)將體系中的氣泡排出。樹脂流動(dòng)對(duì)于預(yù)浸料和其他材料的粘結(jié)也是十分必要的，如模具表面的膠衣和夾芯結(jié)構(gòu)中的大量芯材。流動(dòng)性是粘度的函數(shù)，因此樹脂體系的粘度是預(yù)浸料的重要物理參數(shù)。

使用壽命預(yù)浸料樹脂體系使用潛伏型催化劑（需要一定溫度去激發(fā)其活性），因此，在高溫固化前預(yù)浸料將保持其粘性和隨形性。然而，即使在室溫下，潛伏型催化劑也存在非常緩慢的反應(yīng)，經(jīng)過一定時(shí)間后樹脂粘度增加到某個(gè)值，最終使