大葉型風力發電葉片主梁真空導注工藝優化研究

尹權

摘 要：對大葉型梁帽真空導注工藝進行三種不同方案的研究，通過在梁帽采用不同管路、導流網工藝對比，探索更合理的大葉型梁帽注膠方式。研究發現，層數較厚、寬度較寬的大葉型梁帽，采用優化的工藝方式，滿足浸潤要求下可減少導注時間40min以上。這對預防大葉型梁帽生產過程中容易出現的包圍、樹脂固化等，有很好的指導作用。

關鍵詞：風力發電;大葉型;梁帽;真空導注

解決葉片重量載荷增加問題，必然要增大葉片主梁帽的載荷承載能力[1]。有兩種手段：采取高模量纖維代替一般玻璃纖維，或者增加主梁帽玻璃纖維的鋪層厚度與寬度。本文中使用恒溫設備對樹脂的放熱峰進行恒溫過程監測、使用差熱掃描的方式對樣品固化度研究，并使用馬弗爐燃燒方式對樣品含膠量測試。系統研究和分析樣品導注過程及最終導注結果，為合理確定高模量玻纖在增加鋪層和寬度的情況下，需采取工藝措施提供一定理論依據。

1 材料及試驗方法

該研究使用的玻璃纖維是某知名廠商的高模量玻璃纖維，樹脂為灌注環氧樹脂。采用BLLON-W-504B型恒溫槽，在40℃的情況下，對樹脂的固化過程監測。采用NDJ-5S型粘度計對樹脂粘稠度進行等溫條件下粘稠度進行分析。采用SX2-10-10A馬弗爐對樣品的含膠量進行測試。產品實驗過程使用此高模量玻璃纖維在主梁帽模具上進行鋪層，鋪層時下部均采用雙層導流網、導流網距離鋪層邊緣（抽氣口一側）50mm。完成鋪層以后對三個方案分別采用：方案1上部單層導流網，一個注膠管路;方案2上部雙層導流網，注膠口側一個注膠管路;方案3上部單層導流網，注膠口側一個注膠管路，同時在距離注膠口側邊緣200mm的鋪層上方位置平行增加第二個注膠管路。上部導流網邊緣距離抽氣口一側法蘭邊均為90mm。

2 試驗結果與分析

2.1 樹脂恒溫固化放熱過程

灌注樹脂混合體系在25℃恒溫環境條件下的凝膠放熱過程表明，本樹脂體系在300min以內放熱比較平緩，混合體系溫度穩定升高。在樹脂溫度達到40℃以上后迅速反應放熱，并且在40min左右達到其放熱峰，之后溫度開始下降。這表明此灌注樹脂體系在40℃以上環境溫度下，會快速發生聚合反應。在25℃環境溫度條件下，其可操作時間大約300min，是一種典型的灌注樹脂體系。

2.2 樹脂粘度分析

不同溫度下測試的環氧樹脂主劑粘度表明，主劑隨著溫度升高其粘度會逐漸降低。溫度大于40℃，粘度趨于穩定。溫度20℃～30℃之間，粘度在3000cps～1000cps之間。表現的特性符合高分子環氧樹脂的典型特性。測試灌注樹脂混合體系的粘度特性，室溫（25±1℃）、環境濕度60%±5條件下，測試混合體系的粘度變化表明樹脂混合后的90min時間內，粘度200cps～400cps之間，符合灌注樹脂混合體系的最佳粘度范圍。

2.3 樣品真空導注過程研究

①真空導注方案對比研究：實驗過程采取幅寬650mm的高模量玻璃纖維，鋪層厚度均為50層。按照前述方案進行鋪層，鋪層結束后抽真空度≥0.95，使用相同溫度（25℃）灌注樹脂真空導注，導注部分參數見表1。

②真空導注過程與樣品狀態分析：真空導注完成后，按照玻璃鋼固化要求進行加熱固化。經檢查固化完成后的三種方案樣品，樣品灌注效果外觀良好，進行剖面查看，其樹脂浸潤都比較均勻，不存在干絲或可見貧膠現象，但方案3中距離注膠口一側200mm處增加一條平行注膠管路，導注樣品脫模后表面產生一條軸向褶皺，顯然不符合玻璃鋼成型無褶皺要求，需采取措施進行改善。

2.4 樣品含膠量分析

對三種方案取樣，測試含膠量。樣品1的①、②、③處含膠量分別為53.01、51.37、52.67;樣品2對應三處為50.01、51.54、52.08;樣品3為：51.86、53.29、53.16。

上述數據看出，三種方案的幾處取樣位置含膠量都滿足灌注玻璃鋼含膠量要求范圍[2]，且含膠量對于取樣位置、不同樣品，沒有明顯差別。說明三種方案取得灌注效果基本一致，都滿足單軸向玻璃纖維梁帽灌注要求[3]。

得出結論：①三種方案進行的單軸向高模量玻璃纖維真空導注，導注效果都滿足玻璃纖維浸潤要求，玻璃鋼的纖維體積含量也滿足相關要求;②在鋪層上方增加一條平行的軸向注膠管，增大的壓力差有效提高了樹脂流動速度，但存在注膠管壓痕問題需要解決;③玻纖鋪層上部采用雙層導流網，或者增加一條注膠管，能夠減少注膠時間1/3，有效降低導注過程中環氧樹脂出現固化的風險。

參考文獻：

[1]馮消冰，黃梅，王偉.大型風機復合材料葉片鋪層優化設計[J].玻璃鋼/復合材料，2013（3）：3-7.

[2] Summerscales J， Searle T J. Low-pressure（Vacuum Infusion） Techniques for Moulding Large Composite Structures[J].Journal of Materials：Design and Applications，2005（17）：45-58.

[3]賈智源，關曉方，王戰堅，等.風電葉片用單向復合材料單層厚度影響因素研究[J]/玻璃鋼/復合材料，2015（4）： 80-84.