風機葉片真空吸塑成型(VRAM)工藝的研究

　　采用VRAM工藝制備風力發電轉子葉片的關鍵在于：①優選浸滲用的基體樹脂，尤其要保證樹脂的最佳粘度及其流動特殊性。②模具設計必須合理，尤其要注重模具上樹脂吸入孔的位置和流道分布，以確保基體樹脂能均衡地充滿到模腔內的任何地方。③工藝參數要最佳化，必須事先進行相關實驗研究，以確保VRAM技術的工藝參數達到最佳化。
　　固化后的葉片由自動化操縱的設備運送到下一道工序，進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，在制造過程中應盡可能減少復合材料內部的孔隙率，保證纖維在鋪放過程中保持平直，這些都是復合材料獲得良好力學性能的關鍵。
　　2  適用于VRAM工藝的樹脂體系
　　適用于VRAM工藝的樹脂主要有不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、酚醛樹脂和聚氰酸酯樹脂等，其中環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂在風力發電葉片生產中應用最為廣泛。
　　2.1  VRAM工藝用的環氧樹脂
　　風機葉片VRAM工藝用的環氧樹脂，是經低粘度固化劑(液態胺類或酸酐類)或環氧稀釋劑改性后的高性能復合材料的基體樹脂，具有良好的工藝性，對成型溫度和成型壓力要求較低，可以60℃條件下進行真空吸塑，適用期為2~3h或更長。
　　美國3M公司生產的PR500樹脂，其熔點為60~80℃，固化物Tg約為190~250℃，該樹脂體系在室溫20℃時的粘度為1000Pa·s，由于粘度太高，故需要加熱來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化學公司利用雙酚F二縮水甘油醚樹脂DPL862和芳香胺固化劑RSC763，開發了適用于VRAM工藝的樹脂體系，所得制品具有良好的韌性和較高的耐熱性。CibaGeigy公司早期開發的TGMDA(四縮水甘油基二胺基二苯甲烷環氧樹脂)，是較早應用于高性能復合材料的基體樹脂之一，但該樹脂粘度較高，不適用于VRAM工藝。當體系中加入液體酸酐HY917作固化劑時，該樹脂的粘度下降、貯存期延長；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氧化合物作稀釋劑，配制成Araldite LY5210樹脂并以液態芳胺HY932為固化劑、DY219為促進劑，該體系在25℃時的粘度只有0.3Pa·s，適用期達24h。美國聚合物公司的E905RTM為雙組分環氧樹脂體系，該體系在70℃時粘度為200~500mPa·s，可穩定保留8h以上，該體系于177℃固化后，其干態耐熱溫度為150℃，濕態耐熱溫度為120℃。我國開發的多官能度環氧樹脂體系有TDE-85環氧/馬來酸酐體系，TDE-85環氧/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脂
　　風機葉處VRAM工藝用的不飽和聚酯樹脂一般含有較多的苯乙烯，因而該類樹脂粘度低，可室溫存放6個月；與固化劑和促進劑混合后在室溫或略高于室溫下可進行真空吸塑，適用期一般為15~30min；可在室溫或略高于室溫的條件下進行固化，固化時間一般小于1h；為了降低樹脂的固化收縮率，有時需要在樹脂中加入無機填料。
　　英國JutonPolymer公司生產Norpo142-10樹脂，其23℃時的粘度為200mPa·s,凝膠時間為12~18min，可室溫固化，并可用于VRAM工藝。英國DSM公司的Syholite40-7428樹脂具有低收縮率、A級表面等優點，其75℃時的粘度為110mPa·s，凝膠時間為2~3min，需加熱固化。美國Ashland公司開發的Arotran50437-x樹脂，其60℃時的粘度為500mPa·s，凝膠時間為7~30min，120℃固化2h。英國Scottader公司開發的標準型、阻燃型和耐化學性等系列樹脂，其真空吸塑粘度為200mPa·s，凝膠時間為2~20min，需加熱固化。國產FL系列樹脂，其真空吸塑粘度為200~450mPa·s，凝膠時間為5~20min，可用于VRAM工藝。
　　3  VRAM風機葉片用復合材料的選擇
　　風機葉片材料的強度和剛度是決定風力發電機組性能優劣的關鍵。目前普遍采用是玻璃纖維增強聚酯樹脂、玻璃纖維增強環氧樹脂和碳纖維增強環氧樹脂。