復合材料真空灌注過程局部維修的可行性分析

吳彥波，瞿 立，常軍委，宋 偉，曹均強，楊靜浩，龍朝勇

(東方電氣(天津)風電葉片工程有限公司 天津300480)

1 研究概述

復合材料真空灌注過程具有不可逆性。由于灌注輔材布置不合理或抽氣動力異常等情況，容易造成制品局部區域無法灌透，從而形成半干紗或干紗[1]的缺陷，甚至會造成整個產品報廢。針對這一問題，提出了一種有效的解決方案：通過針孔注膠浸潤干纖維區域，用于灌注過程中對局部即將形成的產品缺陷進行補救，避免產品形成質量缺陷。通過試驗模擬復合材料灌注過程中灌注異常的情形，采用注射器進行手動注膠，同時制作用于對比的空白樣品(表 1)。固化后切割樣品，觀察是否存在界面、分層、干纖維等情況。測試力學性能、含膠量、玻璃化轉變溫度[2]。與同等條件下真空灌注的玻璃鋼對比，驗證針孔注膠方法的可行性。

表1 灌注對比方案Tab.1 Injection comparison scheme

2 材料準備

試驗材料清單如表2所示。

表2 材料準備清單Tab.2 List of materials

3 試驗過程

3.1 模具處理

清理干凈平臺模具，打 2遍脫模劑，間隔15min。

3.2 鋪脫模布

在腹板模具表面，對稱鋪覆 2層脫模布，長度2m，幅寬1.1m，并噴膠固定，防止滑移。

3.3 鋪玻纖布

鋪放 4層泰山高模玻纖 S1-UD-1200，長度2000mm，寬度650mm。共2組，一組用于針孔注膠試驗，一組用于比對。

3.4 鋪脫模布

在玻纖布上表面鋪 1層脫模布，將布層全部包裹，并噴膠固定，防止滑移。

3.5 鋪隔離膜

在脫模布上表面鋪 1層隔離膜，覆蓋全部布層，不允許搭接。

3.6 鋪導流網

在隔離膜上表面鋪放 1層導流網，長度 2m。弦向：一側超出布層邊 200mm，另一側裁剪出 66mm×166mm(寬×長)的減速區，并在導流網上粘貼密封膠條防止樹脂流速過快，導流網不允許搭接、拼接。

3.7 放置VAP抽氣袋

在非灌注擋邊一側布置真空VAP抽氣袋(2m)，抽氣袋與纖維布的區域搭接 150mm，抽氣袋頂端安放三通抽氣口，超出非灌注側擋邊50mm。

3.8 安裝進膠管道，抽氣管道

在灌注側布層邊緣鋪放Φ25mm的Ω管。

3.9 粘真空袋

包雙層真空袋，檢驗真空合格后進行灌注。

3.10 灌注過程

環境溫度 23℃；濕度 42%。準備 2桶 20kg樹脂，脫泡后灌注。灌注 1h后，進行針孔注膠，每次的注膠量控制在 14mL，針頭用密封膠條包裹，插入不宜過深，見圖 1。針頭插入的注膠點要在樹脂流動前峰內，拔出時用真空袋包裹密封膠按壓注射位置，并快速拔出針頭，防止漏氣。層壓板提前畫出試樣尺寸與注膠位置，注意針孔注膠點定位在試樣中心，見圖2。

圖1 注膠過程Fig.1 Injection process

圖2 注膠位置Fig.2 Location of injection

3.11 固化條件

電熱毯加熱固化70℃，保溫5h。

3.12 脫模及制品處理

待制品完全固化后，揭開棉被自然或輔助降溫，溫度≤40℃方可脫模。將兩側飛邊、毛邊打磨掉。試驗件沿針孔注膠位置劃線切割，觀察是否存在界面，取樣測試含膠量與TG值。力學性能試驗件沿劃線位置切樣，保證針孔注膠有效試樣 7個，真空灌注有效試樣7個。

4 試驗結果

將針孔注膠位置劃線切邊后，觀察發現無界面、分層、干纖維等情況，樹脂與纖維結合性能良好。

制作拉伸試件 250mm×15mm×3mm，粘接加強片，每組試樣取 5個有效值，如圖 3測試抗拉強度、拉伸模量[3]的平均值、含膠量、TG 值與葉片原材料進料驗收技術條件標準值對比見表3。

圖3 拉伸性能測試Fig.3 Tensile test

表3 測試結果對比Tab.3 Comparison of test results

5 結 論

測試結果表明，針孔注膠得到的復合材料各方面性能均能達到原材料驗收標準值，抗拉強度和模量較標準值偏大。這是由于試樣厚度較小，干態纖維織物鋪疊后，其理論厚度為 3.356mm，但是因干態織物呈蓬松狀態，層間存在間隙，經真空袋壓實后，間隙減小，纖維束發生相互嵌套，厚度下降，層合板的實際厚度為 3mm，造成玻璃鋼的纖維體積含量增高，使其拉伸強度和模量增大。

針孔注膠后的區域與正常真空灌注得到的復合材料制品各方面性能相近，符合力學性能要求。因此該方案具有一定的可行性。