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風(fēng)機(jī)葉片真空吸塑成型(VRAM)工藝的研究
2009-11-20
來(lái)源:西北工業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系
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采用VRAM工藝制備風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)子葉片的關(guān)鍵在于:①優(yōu)選浸滲用的基體樹(shù)脂,尤其要保證樹(shù)脂的最佳粘度及其流動(dòng)特殊性。②模具設(shè)計(jì)必須合理,尤其要注重模具上樹(shù)脂吸入孔的位置和流道分布,以確保基體樹(shù)脂能均衡地充滿到模腔內(nèi)的任何地方。③工藝參數(shù)要最佳化,必須事先進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,以確保VRAM技術(shù)的工藝參數(shù)達(dá)到最佳化。
固化后的葉片由自動(dòng)化操縱的設(shè)備運(yùn)送到下一道工序,進(jìn)行打磨和拋光等操作。由于模具上涂有硅膠,因此,葉片不需要油漆。此外,在制造過(guò)程中應(yīng)盡可能減少?gòu)?fù)合材料內(nèi)部的孔隙率,保證纖維在鋪放過(guò)程中保持平直,這些都是復(fù)合材料獲得良好力學(xué)性能的關(guān)鍵。
2 適用于VRAM工藝的樹(shù)脂體系
適用于VRAM工藝的樹(shù)脂主要有不飽和聚酯樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和聚氰酸酯樹(shù)脂等,其中環(huán)氧樹(shù)脂和不飽和聚酯樹(shù)脂在風(fēng)力發(fā)電葉片生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。
2.1 VRAM工藝用的環(huán)氧樹(shù)脂
風(fēng)機(jī)葉片VRAM工藝用的環(huán)氧樹(shù)脂,是經(jīng)低粘度固化劑(液態(tài)胺類或酸酐類)或環(huán)氧稀釋劑改性后的高性能復(fù)合材料的基體樹(shù)脂,具有良好的工藝性,對(duì)成型溫度和成型壓力要求較低,可以60℃條件下進(jìn)行真空吸塑,適用期為2~3h或更長(zhǎng)。
美國(guó)3M公司生產(chǎn)的PR500樹(shù)脂,其熔點(diǎn)為60~80℃,固化物Tg約為190~250℃,該樹(shù)脂體系在室溫20℃時(shí)的粘度為1000Pa·s,由于粘度太高,故需要加熱來(lái)降低其粘度以方便充模;其最佳真空吸塑溫度為160℃左右,在該溫度下固化劑能夠很好地溶解,可用于VRAM工藝。Shell化學(xué)公司利用雙酚F二縮水甘油醚樹(shù)脂DPL862和芳香胺固化劑RSC763,開(kāi)發(fā)了適用于VRAM工藝的樹(shù)脂體系,所得制品具有良好的韌性和較高的耐熱性。CibaGeigy公司早期開(kāi)發(fā)的TGMDA(四縮水甘油基二胺基二苯甲烷環(huán)氧樹(shù)脂),是較早應(yīng)用于高性能復(fù)合材料的基體樹(shù)脂之一,但該樹(shù)脂粘度較高,不適用于VRAM工藝。當(dāng)體系中加入液體酸酐HY917作固化劑時(shí),該樹(shù)脂的粘度下降、貯存期延長(zhǎng);但酸酐作固化劑與Kevlar纖維的相容性較差。為此,又選用了低粘度多官能度的環(huán)氧化合物作稀釋劑,配制成Araldite LY5210樹(shù)脂并以液態(tài)芳胺HY932為固化劑、DY219為促進(jìn)劑,該體系在25℃時(shí)的粘度只有0.3Pa·s,適用期達(dá)24h。美國(guó)聚合物公司的E905RTM為雙組分環(huán)氧樹(shù)脂體系,該體系在70℃時(shí)粘度為200~500mPa·s,可穩(wěn)定保留8h以上,該體系于177℃固化后,其干態(tài)耐熱溫度為150℃,濕態(tài)耐熱溫度為120℃。我國(guó)開(kāi)發(fā)的多官能度環(huán)氧樹(shù)脂體系有TDE-85環(huán)氧/馬來(lái)酸酐體系,TDE-85環(huán)氧/DDS(二氨基二苯砜)/BF3·MEA(三氟化硼單乙胺)體系也可用于VRAM工藝。
2.2 VRAM工藝用的不飽和聚酯樹(shù)脂
風(fēng)機(jī)葉處VRAM工藝用的不飽和聚酯樹(shù)脂一般含有較多的苯乙烯,因而該類樹(shù)脂粘度低,可室溫存放6個(gè)月;與固化劑和促進(jìn)劑混合后在室溫或略高于室溫下可進(jìn)行真空吸塑,適用期一般為15~30min;可在室溫或略高于室溫的條件下進(jìn)行固化,固化時(shí)間一般小于1h;為了降低樹(shù)脂的固化收縮率,有時(shí)需要在樹(shù)脂中加入無(wú)機(jī)填料。
英國(guó)JutonPolymer公司生產(chǎn)Norpo142-10樹(shù)脂,其23℃時(shí)的粘度為200mPa·s,凝膠時(shí)間為12~18min,可室溫固化,并可用于VRAM工藝。英國(guó)DSM公司的Syholite40-7428樹(shù)脂具有低收縮率、A級(jí)表面等優(yōu)點(diǎn),其75℃時(shí)的粘度為110mPa·s,凝膠時(shí)間為2~3min,需加熱固化。美國(guó)Ashland公司開(kāi)發(fā)的Arotran50437-x樹(shù)脂,其60℃時(shí)的粘度為500mPa·s,凝膠時(shí)間為7~30min,120℃固化2h。英國(guó)Scottader公司開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)型、阻燃型和耐化學(xué)性等系列樹(shù)脂,其真空吸塑粘度為200mPa·s,凝膠時(shí)間為2~20min,需加熱固化。國(guó)產(chǎn)FL系列樹(shù)脂,其真空吸塑粘度為200~450mPa·s,凝膠時(shí)間為5~20min,可用于VRAM工藝。
3 VRAM風(fēng)機(jī)葉片用復(fù)合材料的選擇
風(fēng)機(jī)葉片材料的強(qiáng)度和剛度是決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。目前普遍采用是玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹(shù)脂、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂和碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂。
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