风机叶片用玻璃纤维的渗透性研究.pdf

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1、工程塑料应用2011年，第39卷，第6期风机叶片用玻璃纤维的渗透性研究木张畅秦泽云李慧张彦飞杜瑞奎刘亚青(山西省高分子复合材料工程技术研究中心，中北大学材料科学与工程学院，太原030051)摘要通过单向法和径向法分别研究了两种牌号的纤维和树脂之间的渗透性能。结果表明，恒石纤维具有更好的浸润和渗透性能，并进一步探讨了不同树脂相对同一种纤维具有不同渗透率的原因。关键词风机叶片玻璃纤维渗透率单向法径向法毛细效应随着常规化石油能源的日渐枯竭，开发可持续发展的新能源提上13程。风能作为一种清洁的可再生能源，其开发潜力

2、已被世界各国所认可。作为风力发电装置最关键最核心的部件之一——叶片，其设计与选材决定着风力发电装置的性能与功率，是保证机组正常稳定运行的重要因素，其成本也占到了风机设备的20％一30％【tJ。因此，提高叶片的综合性能、降低发电成本对叶片的设计、选材及成型工艺提出了更高的要求。近年来，越来越多的企业采图1单向法模具用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术来制作高Il树脂品质的叶片。VARTM工艺是一种典型的液态复合材料成型工艺。运用数值模拟方法对VARTM工艺充模过程进行模拟，分析树脂在增强材料中的流动行为，

3、设计流动工艺流程，对解决VARTM工艺中因浸润不良而产生的产品缺陷，提高工艺的可控制性有指导意义，同时对复合材料制备技术的发展有积极的促进作用。而VARTM工艺中纤维预制体渗透率的准确测定，是数值模拟中的关键问题之一l2J。笔者通过单向图2径向法模具法和径向法分别研究了两种牌号的纤维与树脂之间空泵设备厂。的渗透性能。1．3试样制备与表征1实验部分将惠利EP和固化剂按100：30的质量比，亨斯1．1原材料迈EP和固化剂按100：34的质量比分别在常温下充环氧树脂(EP)：LT一5078A，固化剂的牌号IJT分

4、混合，搅拌均匀。静置，待其变清以后，在真空压一5078B(胺类)，惠利环氧树脂(香港)有限公司；力下注入模具中。树脂沿着一定的流道在模具内流EP：LY1564SP，固化剂的牌号为XB3485(胺动，每隔一定的时间(30s、60s、90s⋯⋯)记录下其类)，亨斯迈公司北京伊诺瓦科技有限责任公司；流动前沿，并根据Darcy公式计算其渗透率。恒石无碱玻璃纤维经编织物：振石集团恒石纤2结果与讨论维基业有限公司；2．1渗透率研究方法成如旦无碱玻璃纤维经编织物：海宁成如旦基研究VARTM工艺的充模过程有助于确定模具布有

5、限公司。的注射口和排气口位置，优化充模过程，节省试验时1．2仪器与设备VARTM模具：自制，其示意图如图1、2所示；$山西省科技创新计划项目(2009101004)旋片式真空泵：2XZ一4型，台州市椒江宏兴真收稿13期：2011—03-28张场，等：风机叶片用玻璃纤维的渗透性研究65间和成本，是VARTM模具设计中不可缺少的一个物后，它以椭圆的形状向前浸润，流动前缘如图3所步骤J。绝大多数VARTM充模模拟研究将充模过示，图中—Y坐标系表示织物的经向和纬向，即材程视为牛顿流体在多孔介质中的渗流过程，描述料坐

6、标系，一Y为流动前缘椭圆长短轴所在的坐这一流动的最基本公式是Darcy定律。以Darcy定标系，即渗透率的主坐标系，两坐标系的夹角为。律作为流体的运动方程，其具体表达式如下：二维渗透率表达式如下：Q：一vPk：一4(PP[2ln(x,／R。)一1]0一)t“。式中：p——流量，m／s；k，y：一4(P[2ln(y／R。)一1]增强材料的渗透率，m。；o—P。)t“。田——树脂黏度，Pa·S；式中：——纤维体积分数，=nC；f，为纤维布的Vp——压力梯度，Pa。渗透率的测量可分为面内测量和面外测量。一层数；G

7、f为纤维布的表面密度，m；P般研究的都是面内渗透率，各国研究人员所使用的为玻璃纤维的密度，g／m；h为试样厚方法主要有单向饱和流动法(简称单向法)、非饱和度，m；径向流动法(简称径向法)，并在此基础上提出了一、——时间树脂前沿在和Y方向与注射些改进的方法，从一定程度上提高了渗透率值的精口的距离，m；度和准确性。风——注射口的半径，m。单向法，如图1所示，是在长方形(测面内渗透2．2不同纤维种类的影响率)或圆柱状(测面外渗透率)模腔内，测量恒定流对于单向法，实验设计了12组交叉实验，采用速的树脂在已饱和的纤维

8、体内的一维流动压力降，两种树脂体系和两种牌号的纤维，并且每种牌号的代入Darcy定律，可得一维主渗透率K。其表达为：纤维都有3种不同轴向的纤维布，以观察其流动规律，实验结果见表1、表2。Q=尸=K)APll王J表1单向法测得的成如旦纤维的渗透率×10I9m树脂单轴／0。双轴／±45。三轴／(0o／一45。／+45。)K=惠利EP0．099670．047621．2139亨斯迈EPO．13890．046971．266