降噪鋸齒材料的測試研究

李 靖

（連云港中復連眾復合材料集團有限公司，江蘇 連云港 222000）

風電機組一般要求20 年使用壽命，風機葉片由復合材料制造而成，在正常工作中，受力最為復雜的就是葉片。葉片在運行過程中承受強風負荷、沙粒沖刷、空氣和紫外線老化、鹽霧腐蝕等，不可避免會出現氣孔、裂縫、磨損、腐蝕等問題。作為葉片附件的降噪鋸齒，運行也需要考慮以上因素帶來的影響[1-2]。聚碳酸酯(PC) /丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯塑料(ASA) 合金能提高ASA 的強度、剛性、耐熱性，也能改善PC 的加工性能、耐候性、耐溶劑性，不經涂覆也可在戶外使用。本文選取了一種ASA/PC 合金作為降噪鋸齒的原材料，基于風險控制的思維從以下幾個方面開展性能評估：1） 本體力學性能，后緣鋸齒材料需要具備優異的本體力學性能，如沖擊韌性、拉伸性能和彎曲性能等；2） 本體物性參數，通過DSC、掃描電鏡等手段確認材料成型加工方式的穩定性；3） 粘接性能，降噪鋸齒材料作為葉片的外附件，需要評估實現方式的有效性；4） 耐候性，為確保后緣鋸齒在葉片運行壽命內能正常發揮降噪作用，需要考察鋸齒材料的耐候性。

1 實驗部分

1.1 主要原料

ASTALOYTMPC/ASA 顆粒（PC∶ASA=4∶6）、MA530 環氧膠、WD1330 環氧膠

1.2 主要儀器和設備

拉伸試驗機（AG-IC 100KN）；差式掃描量熱儀（DSC200 F3）、熱變形、維卡軟化點溫度測定儀（RV-300F）、沖擊試驗機（XJJ-50）、紫外老化設備（LY-9029）、掃描電子顯微鏡（KYKY-2800）。

1.3 樣品制備

a、將PC/ASA 粒料加熱至95-100℃持續4 個h，使之完全干燥。然后將粒料放入料筒中，將料筒溫度升至245～290℃，使粒料處于熔融狀態。 b、保持模具溫度50～80℃，將熔融態粒料注塑到模具中。注塑條件：①注塑壓力60～140 MPa；②注射速度中等；③背壓0.1-0.5rpm；④鎖模力4～8Kn/cm2； c、按照ISO527-2、ISO 178-2010 和ISO 179-1-2000 標準制成測試用樣條。

1.4 性能測試

按照ISO527-2 標準測試樣品的拉伸強度、拉伸模量和拉伸斷裂延伸率，按照ISO 178-2010 標準測試樣品的彎曲強度和拉伸模量，按照ISO 179-1-2000 標準測試樣條的沖擊韌性。ISO11357-2-20 標準測試粒料和樣條的Tg。通過EN1465 標準測試降噪鋸齒粘接膠的Lap-shear 性能。通過對比UVA 老化168h 前后的力學性能評價PC/ASA 合金的老化性能。

1.5 測試條件

實驗室環境條件：（23±2） ℃

拉伸測試速度：2mm/min，標距：50mm；

彎曲測試速度：2mm/min；

2 結果和分析

2.1 拉伸性能

通過實驗，拉伸平均拉伸強度、彈性模量、斷裂伸長率與供應商TDS 數據表給出PC/ASA 的拉伸強度、彈性模量、斷裂伸長率對比，實驗測得的斷裂伸長率遠小于斷裂伸長率參考典型值，而且變動系數非常大，離散非常大，初步分析可能和樣條的制備過程有關。

2.2 彎曲性能

通過實驗，樣條的平均彎曲強度和平均彎曲模量與供應商TDS 數據表給出PC/ASA 的彎曲強度和彎曲模量對比，測試數據和參考數據基本一致。

2.3 沖擊性能

通過實驗，樣條的平均沖擊強度低于供應商給出的典型參考值，且數據的離散比較大，變動系數非常大，初步分析可能和樣條的制備過程有關。

2.4 斷裂樣條的SEM 掃描

PC/ASA 形貌屬于韌性斷裂，但是呈現出有明顯的高度差和殘留裂縫，放射線條紋不光滑，呈鋸齒狀且有小分枝，原纖化的形成很明顯，這些結構單元在裂縫擴展過程中都消耗了大量的破壞能。

2.5 UVA老化168h后拉伸性能、彎曲性能和沖擊韌性的變化率

按照ISO16474-3 標準，采用1A 型（UVA-340）熒光紫外燈對拉伸、彎曲、沖擊樣條做老化測試，測試時間為168h。

1） 實驗后拉伸性能，通過實驗，樣條的斷裂伸長率離散非常大，變動系數非常大，且樣條的斷裂都在標距外初步分析和樣條制備有關。老化前后樣條的拉伸強度、模量無明顯差異，斷裂伸長率差異很大。2） 實驗后彎曲性能，通過實驗，老化前后彎曲強度、模量無明顯差異。3） 實驗后沖擊性能，通過實驗，樣條的沖擊強度離散比較大，變動系數比較大，且老化前后差異明顯。

3 結語

通過對一種PC/ASA 合金材料注塑后的性能研究，結果表明：1） 該PC/ASA 合金注塑后的拉伸斷裂伸長率、沖擊韌性遠低于參考典型值， SEM 掃描電鏡呈現出有明顯的高度差和殘留裂縫，綜上所述如果需要達到性能的參考典型值，那么需要優化該合金的注塑工藝。2） UVA 老化168h 后，PC/ASA 合金注塑樣條的彎曲性能無明顯差差，拉伸樣條的強度和模量無明顯差異，樣條老化后斷裂伸長率比老化前降低明顯，老化后沖擊強度比老化前降低明顯。