2020風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)

2020風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究PAGEPAGE2/12前言通過拉擠成型工藝制備出的碳纖維復(fù)合材料(CFRP)具有長度不受限制、截面形狀穩(wěn)定、[2]風(fēng)電用碳纖維復(fù)合材料研究現(xiàn)狀40m44mNegMicon40m葉片、Dewind40m48.5m42.5m44m87meermxRotor44m56m61.5m大型復(fù)合材料葉片時(shí)采用碳纖維/2MW56m39.2m[7]1.提升2.3.降低風(fēng)8.[8~10]。復(fù)合材料拉擠成型工藝?yán)瓟D成型工藝是一種連續(xù)生產(chǎn)固定截面纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成型方法，該技術(shù)始于1948[11]0.2~1.5m/min4m/min以上[12]。圖1拉擠成型的一般成型過程拉擠成型的一般步驟有纖維供給─纖維導(dǎo)向─樹脂浸漬─預(yù)成型─拉擠成型─牽引─圖所示[13]。現(xiàn)有的拉擠樹脂包括不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂等，一般用不飽圖2拉擠模具分區(qū)示意圖[13]碳梁生產(chǎn)技術(shù)研究50%～801（80～110（0.5～.0（05～2.5圖3碳梁結(jié)構(gòu)圖拉擠工藝流程示意圖如下。圖4拉擠生產(chǎn)工藝流程示意圖：(1-紗架，2-集紗板，3-分層紗板，4-浸膠槽，5-混膠，6-擠膠輥，7-脫模布，8-預(yù)成型模，9-成型模具，10-牽引裝置，11-切斷裝置，12-收卷裝置)24K2～40.2～0.5m/min，成型后的板材經(jīng)風(fēng)箱冷卻降溫后，進(jìn)入牽引機(jī)和收卷機(jī)，成為復(fù)合材料板材成品。脫模布?xì)埩魣D5脫模布裁切后纖維紋路被破壞a、樹脂的粘度過高使得浸潤過程中纖維未浸潤完全；b、單層纖維束的厚度過厚，樹脂未能完全浸透內(nèi)部纖維；c、浸膠槽中樹脂的液面過低，使得上層纖維接觸不到樹脂等。圖6碳梁內(nèi)部干紗針對(duì)上述幾種可能的干紗產(chǎn)生原因，我們相應(yīng)地確定了以下幾種改進(jìn)措施：a、適當(dāng)提高浸膠槽的樹脂溫度，降低膠槽內(nèi)樹脂粘度，使得樹脂更容易浸透纖維；bc膠不充分。同時(shí)，為了便于對(duì)碳梁內(nèi)部缺陷的探測與檢驗(yàn)，我們增設(shè)了無損探傷儀對(duì)碳梁進(jìn)行不定時(shí)抽檢，以進(jìn)一步確保產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)這一問題，我們采取了如下措施以改善碳梁直線度：abc、校正拉擠機(jī)與收卷機(jī)的中心位置，確保設(shè)備中心不偏離。根據(jù)分析所得出的結(jié)論，我們采取了以下措施來減輕并消除碳梁的殘余內(nèi)應(yīng)力：bcde經(jīng)過不斷改進(jìn)，改善后的碳梁縱向裁切后變形程度有了很大的改善，基本趨于直線。改善后切下的斜角改善后切下的斜角改善前切下的斜角碳梁性能研究

圖9改進(jìn)前后切割斜角對(duì)比測試標(biāo)準(zhǔn)表1碳梁性能測試標(biāo)準(zhǔn)測試項(xiàng)目參考標(biāo)準(zhǔn)0°拉伸性能ISO527《塑料拉伸性能測試方法》風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究PAGEPAGE7/120°壓縮性能ASTMD6641《用組合載荷壓縮(CLC)固定試驗(yàn)設(shè)備測定聚合物基復(fù)合材料層壓板壓縮特性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》彎曲性能ISO14125《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料彎曲性能的測定》層剪性能ISO14130《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料用短梁法表面層間剪切強(qiáng)度測定》力學(xué)性能測試的試驗(yàn)環(huán)境為室溫干態(tài)的大氣環(huán)境。碳梁的力學(xué)性能指標(biāo)見表。表2碳梁性能要求序號(hào)項(xiàng)目要求10°拉伸強(qiáng)度≥1700MPa20°拉伸模量≥127GPa30°壓縮強(qiáng)度≥1090MPa40°壓縮模量≥117GPa5層間剪切強(qiáng)度≥61MPa60°彎曲強(qiáng)度≥996MPa70°彎曲模量≥122GPa890°彎曲強(qiáng)度≥26MPa測試結(jié)果通過性能測試，得到碳梁的力學(xué)性能數(shù)據(jù)如下。0°拉伸性能：表3碳梁0°拉伸性能數(shù)據(jù)Pb(kN)Xt(MPa)E1t(GPa)試驗(yàn)狀態(tài)試樣編號(hào)寬度(mm)厚度(mm)測量值測量值ν12ε11(με)115.181.5042.818741400.27213193215.081.5143.519151430.26313812315.181.5042.718721400.26413766415.081.5244.519391380.25213817515.251.5044.219291420.25913908615.221.5041.218021420.26414380室溫干態(tài)715.131.4941.218321420.26513556815.151.5144.519461430.26913736915.091.5142.218581400.263134351015.041.5143.419221430.24414007平均值18891410.26113761標(biāo)準(zhǔn)差48.81.780.008324Cv(%)2.581.263.142.35風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究PAGEPAGE8/121000°壓縮性能：表4碳梁0°壓縮性能數(shù)據(jù)試驗(yàn)狀態(tài)試樣編號(hào)寬度(mm)厚度(mm)Pb(kN)Xt(MPa)E1t(GPa)ε11(με)測量值測量值112.181.9828.24117412610385212.191.9931.347129013610345312.172.0029.085119612710749412.151.9828.5711861339788512.221.9730.762128013310981612.171.9727.838116212510042室溫干態(tài)712.201.9627.6411581309806812.202.0030.317124113310067912.201.9831.0181285127117251012.231.9427.167114412511875平均值121213010576標(biāo)準(zhǔn)差57.13.97749Cv(%)4.713.067.08圖11碳梁0°壓縮位移-載荷曲線由上述圖表可見，本碳梁的壓縮性能可以滿足性能要求。層剪性能表5碳梁層剪性能數(shù)據(jù)試驗(yàn)狀態(tài)試樣編號(hào)寬度(mm)厚度(mm)Pb(kN)剪切強(qiáng)度(MPa)位移(mm)125.254.910.29862.4250.797225.374.910.12461.0790.803325.534.910.25061.4510.807425.544.910.39062.2680.867525.384.910.03260.5000.843625.344.9110.35162.3950.857725.324.910.26162.0310.827室溫干態(tài)825.44.9110.33562.1520.900925.494.910.39662.4250.8471025.44.9110.24561.6130.837平均值10.26861.8340.838標(biāo)準(zhǔn)差0.1160.6570.032Cv(%)1.1291.0633.799圖12碳梁層剪位移-載荷曲線由上述圖表可見，本碳梁的剪切性能可以滿足性能要求。彎曲性能表6碳梁0°彎曲性能數(shù)據(jù)試驗(yàn)狀態(tài)試樣編號(hào)寬度(mm)厚度(mm)Pb(kN)0°彎曲強(qiáng)度(MPa)Ef(GPa)ε11(με)115.004.812.0211251348368215.084.822.0211201388053室溫干態(tài)0°彎曲314.974.831.8810411347869415.314.801.9210601328181515.144.811.9911041308449615.084.822.0911581398327715.064.812.0411331388216風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究風(fēng)電葉片用碳梁的生產(chǎn)技術(shù)及性能研究PAGEPAGE10/12815.114.821.9910991377834915.074.822.07114613882271015.144.811.9610881367995平均值11071368152標(biāo)準(zhǔn)差37.02.96209Cv(%)3.342.192.56表7碳梁90°彎曲性能數(shù)據(jù)試驗(yàn)狀態(tài)試樣編號(hào)寬度(mm)厚度(mm)Pb(kN)90°彎曲強(qiáng)度(MPa)位移(mm)115.264.90.27587.6852.642215.264.90.27086.0732.674315.244.90.27888.8622.825415.254.90.25280.3642.350515.244.90.26584.6922.617室溫干態(tài)90°彎曲615.324.90.27386.8642.617715.364.90.25580.9062.442815.264.90.27086.0602.692915.324.90.28189.