叶片成型工艺小结

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1、1叶片生产工艺简介2010-6-7Wendy1.叶片的结构风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构。结构上分三个部分。1根部:材料一般为金属结构2外壳:一般为玻璃钢3龙骨加强筋或加强框:一般为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。2.叶片的要求和材料风机叶片要承受强大的风载荷、气体冲刷、砂石粒子冲击、紫外线照射等外界的作用。为了提高复合材料叶片的承担载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能必须对树脂基体系统进行精心设计和改进采用性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能提高叶片的承载能力扩大

2、玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。同时为了提高复合材料叶片在恶劣工作环境中长期使用性能可以采用耐紫外线辐射的新型环氧树脂系统。一般认为小型风机叶片22m以下选用玻璃纤维增强树脂基体以不饱和聚酯树脂为主也可选用乙烯基树脂和环氧树脂较大型叶片42m以上选用碳纤维增强或碳纤维和玻璃纤维混合增强树脂基体以环氧树脂为主。碳纤维复合材料叶片的刚度是玻璃纤维复合材料叶片的两倍。碳纤维取代玻璃纤维不仅可以减轻叶片质量而且性能更优异。但是碳纤维过于昂贵玻璃纤维的价格仅为碳纤维价格的十分之一左右一定程度上限制了其广泛使用。由于环氧

3、树脂作为叶片的基体材料为叶片提供优异了的力学性能和耐腐蚀性能在应用中逐渐取代了聚酯树脂。3.叶片制造工艺流程叶片制造工艺主要包括:阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。大型风力机叶片大多采用组装方式制造。分别在两个阴模上成型叶片蒙皮主梁及其他玻璃钢部件分别在专用模具上成型然后在主模具上把两个蒙皮、主梁及其它部件胶接组装在一起合模加压固化后成整体叶片。胶粘剂是叶片的重要结构材料直接关系到叶片的强刚度。要求胶粘剂具有较高的强度和良好的韧性且要有良好的操作工艺性如具有不坍塌、易泵输、低温固化等特性。

4、由于大多大型风力机叶片采用组装方式制造这就使其制备的成型工艺有多种。4.叶片成型工艺成型工艺大致有八种①手糊工艺②真空辅助注射③树脂传递模塑RTM④SCRIMP浸渍工艺⑤纤维缠绕艺Fw⑥纤维铺放工艺FP⑦木纤维环氧饱和工艺WEST⑨模压工艺。下面介绍几种叶片的常见成型工艺。24.1湿法成型传统的叶片成型工艺多用手工铺糊又称湿法成型。在手糊工艺中将纤维基材铺设放在单模中然后用滚或毛刷涂覆玻璃布和树脂常温固化后脱膜。该法以手工劳动为主简便易行成本低可用于低成本制造大型、形状复杂制品、但效率亦低质量不稳定工作环境差

5、多用于中小型叶片的的成型。主要特点:在于手工操作、开模成型成型工艺中树脂和增强纤维需完全暴露于操作者和环境中、生产效率低以及树脂固化程度树脂的化学反应程度往往偏低适合产品批量较小、质量均匀性要求较低复合材料制品的生产。主要缺点是:产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大生产效率低和产品的而且产品质量均匀性波动较大产品的动静平衡保证性差废品率较高。特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片还往往需要粘接等二次加工粘接工艺需要粘接平台或型架以确保粘接面的贴合生产工艺更加复杂和困难。手糊工艺制造的风力发电机

6、叶片在使用过程中出现问题往往是由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等引起的裂纹、断裂和叶片变形等。此外手糊工艺往往还会伴有大量有害物质和溶剂的释放有一定的环境污染问题。4.2干法成型即预浸料成型干法成型即预浸料成型纤维先制成预浸料现场铺放加温或常温加压固化其生产效率高现场工作环境好由丹麦的Vestas首创并大量应用。应特别指出当叶片用到碳纤维时多用预浸料法成型。4.3真空辅助灌注成型对于长度超过40m的叶片一般采用真空灌注成型。真空灌注成型工艺是将纤维增强材料直接铺放在模具上在纤维增强

7、材料上铺放剥离层和高渗透介质然后用真空薄膜包覆及密封利用真空负压将树脂注入并浸透增强材料。由于真空灌注成型是闭模成型因此在成型过程中苯乙烯挥发改善了工作环境简化了工艺操作。同时真空辅助可充分消除气泡降低制品的孔隙率能有效控制产品的含胶量产品质量稳定性高。真空灌注成型工艺被认为一种效率高。成本低、质量好的生产工艺已经被广泛使用。现在大型风力发电机叶片主要采用这种成型工艺.真空灌注法是一个总称其下可有多种衍生方法.4.3.1RTM工艺另有一种常见RTM即树脂传递模塑成型法也属于灌注工艺.RTM工艺主要原理为首先在

8、模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体采用注射设备将专用低粘度注射树脂体系注入闭合模腔模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维并且模具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料构件。其主要特点有闭模成型产品尺寸和外型精度高适合成型高质量的复合材料整体构件整个叶片一次成型初期投资小与SMC及RIM相比3制品表面光洁度高成型效率高与手糊工艺