淺槽輕木在風機葉片中的應用

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）

風能作為一種清潔的可再生能源，開發潛力已得到世界各國的認可。隨著清潔無污染風能的發展，為降低每千瓦時的成本和捕獲較低速的風，制造更高的風機和更長的葉片以及更大的掃風面積都是未來的發展方向。葉片越做越大，葉片的質量也越來越大，對葉片的要求也越來越高。葉片是一個復合材料結構，復合材料夾芯板是由上下蒙皮、芯材、樹脂及其界面共同構成的結構，其結構具有優異的結構性和功能性，也關乎著風電、航空、船艦、汽車等行業的發展[1，2]。

復合材料夾芯板是由薄而強的纖維板和厚而輕的芯材組成，常用的芯材包括輕木（巴薩木）、應泡沫板、波紋板以及蜂窩等。輕木因為特殊的細胞結構，其體積形態穩定、強度柔性適中，完美匹配了風機葉片所需要求，隨著葉片長度的不斷延長，輕木的用量有所增加，葉片灌注時間可能會延長[3]。為實現真空系統合適的注膠時間，不延長生成周期，需優化灌注樹脂的流動速度，不同的表面處理方式對芯材的性能影響顯著，針對需求，可選擇適用的處理方式[1]。芯材表面處理產生的槽不僅在灌注過程中為樹脂起到導流作用，還便于樹脂的快速浸潤，提高界面性能，進而提高復合材料夾芯結構的力學性能。

為提高樹脂在真空灌注時的流動速度，對輕木表面進行幾何參數處理，沿弦向開一定尺寸的淺槽，然后對比鋪設蒙皮-輕木、蒙皮-單軸布/連續氈-輕木兩種結構時樹脂的流動速度，分析試驗結果，為開淺槽輕木在風機葉片中的應用提供了一定的試驗基礎。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料及儀器

環氧樹脂體系，型號3321A/B；蒙皮，玻纖雙軸布，800g/m2；玻纖布，玻纖單軸布，E8；連續氈，300g/m2，35cm×50cm；輕木，弦向開淺槽輕木。

自制模具平臺；真空泵：佳寶麗，JBL-1100W；電子秤：上海乾峰電子儀器有限公司，ACS-D11。

1.2 復合材料夾芯樣板制備

采用真空灌注工藝制備3 塊復合材料夾芯樣板，常溫固化24h 后脫模。樣板包括蒙皮-輕木樣板1 塊，蒙皮-單軸布/連續氈-輕木樣板2 塊，制樣過程中記錄樹脂的流速和浸潤情況。

2 結果與討論

2.1 蒙皮-輕木樣板樹脂流速

蒙皮-輕木樣板中的鋪層順序為先鋪設2 層雙軸800 蒙皮，然后空間距25×25mm 模具面弦向淺槽間距50mm 輕木，最后鋪設2 層雙軸800 蒙皮。輕木的孔和淺槽間距交錯分布，灌注過程，與表面未開槽處理的輕木相比，表面開淺槽的輕木灌注時注膠時間縮短約5%，灌注時樹脂先進入孔和淺槽內，樹脂沿淺槽流動較快，有些淺槽間有輕微包死情況出現，但是隨著灌注進行，會慢慢浸潤，由流體動力學可知，開槽后樹脂對芯材的浸潤性增加，故固化后只有局部發白。

將淺槽間距為25mm 輕木按照上述鋪層順序進行實驗，灌注時樹脂的流動速度比淺槽間距為50mm 輕木的流動速度越快10%，灌注固化后包死發白現象不明顯，符合葉片產品質量外觀要求。

2.2 蒙皮-單軸布/連續氈-輕木樣板樹脂流速

蒙皮-單軸布/連續氈-輕木鋪層順序分為兩種，鋪層A 的先后順序為1 層雙軸800 蒙皮、連續氈、5 層單軸布E8、開槽輕木、2 層雙軸800 蒙皮，鋪層B 的先后順序為1 層雙軸800蒙皮、5 層單軸布E8、連續氈、開槽輕木、2 層雙軸800 蒙皮，其中單軸布與淺槽成90°鋪設。連續氈是一種復合材料用玻纖無紡增強基材，在風機葉片中，鋪設連續氈，主要作用是增加灌注樹脂滲透速度，以提高生產效率和灌注質量。

蒙皮-輕木樣件的注膠時間與蒙皮-單軸布/連續氈-輕木樣件的注膠時間相近。鋪層A 和鋪層B 的灌注過程中，鋪層A 樹脂的流動速度快于鋪層B 樹脂的流動速度，鋪層A 和鋪層B 固化后沿開淺槽弦向會出現輕微發白現象，這是由于鋪層A 中連續氈鋪設在單軸玻纖布上方，纖維布為連續的，在無束縛的情況下，連續氈在真空灌注系統中樹脂的導流性高于其他增強類材料，能夠加速樹脂的浸入和滲透，但是連續氈的加入會降低復合材料的力學性能。固化后復合材料夾芯樣件沿輕木淺槽方向存在輕微發白現象，一可能是樹脂灌注時存現的輕微包死所致，二可能是灌注過程中氣體未排除所致，三可能是固化過程中真空系統出現沙眼所致等，重復做鋪層B 實驗，固化脫模后樣件表面發白不明顯，能夠滿足葉片產品質量要求。

3 結語

本文重點分析了表面開淺槽芯材真空灌注時樹脂的流動速度，結論如下：

1） 輕木表面開淺槽后，真空灌注時注膠時間縮短，樹脂沿弦向淺槽方向流動速度較快，輕木表面淺槽間距25mm的樹脂流動速度比淺槽間距為50mm 的樹脂流動速度快約10%，淺槽間會出現輕微包死，隨灌注進行，輕微包死區域會慢慢浸潤，且固化后包死發白不明顯，能夠滿足風機葉片的質量要求。2） 鋪層A 樹脂的流動速度快于鋪層B 樹脂的流動速度，沿開淺槽方向可能會出現輕微包死，隨灌注進行浸潤和控制好實驗條件，樣件固化脫模后的包死發白不明顯，能夠滿足葉片產品質量的要求，可見采用表面開淺槽輕木能夠加速樹脂流動，縮短生產周期，降低生產成本。