風電葉片腹板粘接工藝實驗研究

楊 瀟

(天津東氣風電葉片工程有限公司 天津300480)

0 引 言

目前，國內兆瓦級的風電葉片產業發展迅速，尤其是 2020年發展進入一個新高潮，因此葉片生產工藝提速成為熱門的研究方向。風電葉片多采用分步合模的工藝進行生產，其中腹板粘接工藝是合模階段的關鍵步驟，故腹板粘接工藝研究對生產的提速有著至關重要的影響。

1 實驗部分

1.1 材料體系

上海康達化工有限公司產品WD3135D/W3137D環氧型粘接劑。

1.2 主要設備

差示掃描量熱分析，美國 TA 公司，Q200；位移傳感器，四川億耐德科技，SKR90-12S2V1；萬能試驗機，島津 AG-IC-100KN；高低溫箱，上海奇珊電子科技有限公司，QTH-1S-D。

1.3 腹板粘接實驗方案

①涂膠界面溫度：(50±5)℃。

②粘接劑在 12min內完成涂抹并將腹板粘接加熱打開，從 50℃開始按 1℃/min升溫至 80℃，并恒溫 90min。

③擠壓工裝安裝要求在 30min內完成，擠壓工裝葉尖與葉根可以同時安裝，但是不能同時擠壓，擠壓必須由葉根往葉尖或者葉尖往葉根或葉中往兩側擠壓。

④工裝安裝完成后使用輔助加熱進行加熱，輔助加熱溫度(90±5)℃，風炮管路方向為朝向葉尖，如圖1所示。

圖1 風炮示意圖Fig.1 Schematic diagram of air gun

⑤保溫材料覆蓋要求：將腹板上側與腹板兩側R角覆蓋棉被。

⑥選取樣品，并利用高低溫箱模擬快速降溫與正常降溫下的力學性能。

⑦當邵氏硬度大于50A時，開始拆卸工裝。

2 實驗結果與討論

2.1 不同降溫速率對粘接劑性能的影響

在實驗室模擬現場粘接劑加熱情況，將粘接劑試樣從50℃開始升溫并加熱到80℃，加熱120min，然后測試彎曲強度、Tg、硬度。根據表 1、表 2可以發現，不同降溫速率下粘接劑的彎曲性能影響較大，其中正常降溫的彎曲性能大于快速降溫的性能。這主要是因為快速降溫僅僅將粘接劑表層溫度降低，分子鏈溫度仍然未能充分冷卻，所以力學性能較低。但是對于 Tg來說，相同工藝下加熱相同時間粘接劑固化程度一樣，因此 2個樣品的 Tg并無差異；而對于硬度來說與充分冷卻程度有關系，快速降溫僅僅是將粘接劑表面降低到硬度滿足 50A，而自然降溫是內外部降溫比較充分，所以硬度普遍大于快速降溫的粘接劑。

表1 正常降溫下粘接劑測試數據Tab.1 Test data of adhesive under normal cooling

表2 快速降溫下粘接劑測試數據Tab.2 Test data of adhesive under rapid cooling

2.2 不同冷卻時間的腹板位移變化情況

表 3測試的為后緣腹板，位置分別為 30、33、36、38m，此時從開始加熱到隨件樣硬度合格共用1.5h，硬度合格后開始拆卸擠壓工裝，此時用指甲按壓腹板內側粘接劑仍有彈性但基本固化，只是 R角區域的粘接劑還未固化，有發黏的現象，這主要是由于R角區域未進行保護導致固化慢的緣故。

表3 加熱1.5h后腹板位移變化情況(冷卻＞30min)Tab.3 Change of web displacement after heating for 1.5h(cooling time greater than 30min)

根據腹板位移數據可知，從拆卸工裝到拆卸完成共需 1h，此時粘接劑整體降溫至 40℃以下，所以傳感器位移變化很小，并且此時粘接劑 Tg＞40℃，已經有抗拉強度，并且可以接受變形小于 4%。故此時拆卸工裝并不會導致粘接劑開裂。

表 4為前、后緣腹板固化階段位移變化情況，位置分別為后緣32m與34.5m，前緣36m與38m。測試時，從開始加熱到隨件樣硬度合格用時 2h，硬度合格后開始拆卸擠壓工裝，此時用指甲按壓腹板內側粘接劑仍有彈性，但基本固化，由于 R角區域整體進行保溫，所以固化發硬。

表4 加熱2h腹板位移變化情況(冷卻＜30min)Tab.4 Change of web displacement after heating for 2h(cooling time less than 30min)

根據以上數據可知，從硬度合格到拆完工裝一共使用 30min左右，此時位移傳感器變化在 0.69～0.83mm 之間，之所以變化要大于表 4中的數據，主要是因為粘接劑冷卻時間不夠，并且此時模具溫度也高，粘接劑極容易受外界影響。

3 結 論

①當粘接劑恒溫≥50℃且恒溫 1.5h時，硬度大于50A以上2種不同降溫速率的粘接劑Tg都大于40℃。

②當粘接劑硬度在相同的條件下，正常降溫的粘接劑彎曲強度大于快速降溫的彎曲強度。

③當粘接劑加熱溫度≥60℃且恒溫 1.5h后，硬度≥50A的粘接劑有能力保證腹板產生較小的位移變化。

④當粘接劑的邵氏硬度大于 50A時，粘接劑的位移變化較小，且力學性能足以保證腹板不產生大變形，滿足拆卸擠壓工裝要求。