風(fēng)電葉片真空灌注成型工藝技術(shù)研究

　　3    葉片的成型工藝

　　 現(xiàn)在的葉片成型工藝一般是先在各專用模具上分別成型葉片蒙皮、主梁及其他部件，然后在主模具上把兩個(gè)蒙皮、主梁及其它部件膠接組裝在一起，合模加壓固化后制成整體葉片。具體成型工藝又大致可分為七種：①手糊；②真空灌注成型；③樹脂傳遞模塑（RTM）；④樹脂浸漬工藝（SCRMIP）；⑤纖維纏繞工藝（FW）⑥木纖維環(huán)氧飽和工藝（WEST)；⑦模壓。上述工藝中，①、④、⑤和⑥是開模成型工藝，而②、③和⑦是閉模模塑工藝。

　　傳統(tǒng)的葉片生產(chǎn)一般采用開模工藝，生產(chǎn)過程中會有大量的苯乙烯等揮發(fā)性有毒氣體產(chǎn)生，給操作者和環(huán)境帶來危害。另一方面，隨著葉片尺寸的增加，為保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)和塔架安全，必須保證葉片重量輕且質(zhì)量分布均勻，這就促使葉片生產(chǎn)工藝由開模向閉模發(fā)展。采用閉模工藝，如現(xiàn)在常用的真空灌注成型工藝，不但可大幅降低成型過程中苯乙烯的揮發(fā)，且更易精確控制樹脂含量，從而保證復(fù)合材料葉片質(zhì)量分布的均勻性，可提高葉片的質(zhì)量穩(wěn)定性。

　　下面詳細(xì)介紹一下真空灌注成型工藝。真空灌注成型工藝是將纖維增強(qiáng)材料直接鋪放在模具上，在纖維增強(qiáng)材料上鋪設(shè)一層剝離層，剝離層通常是一層很薄的低孔隙率、低滲透率的纖維織物，剝離層上鋪放高滲透介質(zhì)，然后用真空薄膜包覆及密封。樹脂灌注體系如圖1所示，模具用薄膜包覆密封，真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài)。各鋪層如圖1所示，脫模布為一層易剝離的低孔隙率的纖維織物，導(dǎo)流布為高滲透率的介質(zhì)，導(dǎo)流管分布在導(dǎo)流布的上面。樹脂通過進(jìn)膠管進(jìn)入整個(gè)體系，通過導(dǎo)流管引導(dǎo)樹脂流動(dòng)的主方向，導(dǎo)流布使樹脂分布到鋪層的每個(gè)角落，固化后剝離脫模布，從而得到密實(shí)度高，含膠量低的鋪層結(jié)構(gòu)。

　　由于整個(gè)工裝系統(tǒng)是密閉的，在真空灌注成型中有機(jī)揮發(fā)物非常少，改善了勞動(dòng)條件，減少了操作者與有害物質(zhì)的接觸，滿足了人們對環(huán)保的要求，改善了工作環(huán)境，工藝操作簡單。同時(shí)從制品性能上來說，真空輔助可充分消除氣泡，降低制品空隙率，能有效控制產(chǎn)品的含膠量，生產(chǎn)受人為因素影響小，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性高，重現(xiàn)性能好，制品的表觀質(zhì)量好，鋪層相同且厚度薄，強(qiáng)度高，相對于手糊成型拉伸強(qiáng)度提高20%以上。該工藝對模具要求不高，模具制作相對簡單。與傳統(tǒng)工藝相比，其模具成本可以降低50一70％。 真空灌注成型工藝   對樹脂粘度的要求較為嚴(yán)格，一般粘度控制在300cps以下。所選的樹脂應(yīng)具有較好的力學(xué)性能、耐腐蝕和固化收縮小。增強(qiáng)材料要求對樹脂的流動(dòng)阻力小、浸潤性好、機(jī)械強(qiáng)度高、鋪覆性好（增強(qiáng)材料無皺折、無斷裂、無撕裂的情況下能夠容易地制成與工作相同形狀）、質(zhì)量均勻性好，工藝流程見圖2。

　　真空灌注成型工藝制備風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)子葉片的關(guān)鍵有：①優(yōu)選浸滲用的基體樹脂。特別要保證樹脂的最佳粘度及其流動(dòng)性；②模具設(shè)計(jì)必須合理。特別對模具上樹脂注入孔的位置、流通分布更要注意，確保基體樹脂能均衡地充滿任何一處；③工藝參數(shù)要最佳化。真空灌注成型工藝的工藝參數(shù)要事先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，保證達(dá)到最佳化；④增強(qiáng)材料在鋪放過程中保持平直，以獲得良好的力學(xué)性能，同時(shí)注意盡可能減少復(fù)合材料中的孔隙率。                                                         樹脂粘度對真空灌注成型的板材強(qiáng)度影響很大。降低粘度后樹脂浸潤好。低樹脂含量可使板材的強(qiáng)度大幅度提高。同時(shí)，在真空灌注成型工藝中樹脂粘度是影響進(jìn)浸膠速率的重要因素之一。粘度降低，樹脂流動(dòng)性好，浸膠速率大大提高，增強(qiáng)材料對樹脂的浸潤性好壞直接影響產(chǎn)品性能的優(yōu)劣。一般來說，對于真空灌注成型工藝，連續(xù)氈優(yōu)于短切氈，編織布好于方格布，連續(xù)氈和編織布有利于樹脂在整個(gè)密閉體系中的流動(dòng)。若生產(chǎn)碳纖維制品，選材時(shí)應(yīng)考慮用與碳纖維浸潤性好的樹脂。

　　凝膠時(shí)間的控制也是真空灌注成型成功的一個(gè)重要因素。凝膠時(shí)間太短樹脂較難填滿整個(gè)模腔，凝膠時(shí)間過長將產(chǎn)生流膠現(xiàn)象，同時(shí)會影響產(chǎn)品的脫模時(shí)間。模腔充滿后10~20min凝膠比較合適，確保樹脂充模后能充分地浸潤纖維鋪層，消除氣泡，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　4    總結(jié)與展望

　　風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展依賴于生產(chǎn)制造大量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)離不開葉片，而制造葉片則需要復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的支撐。對我國的復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)來說，風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)難得的機(jī)遇。選擇最佳的材料體系和制造工藝，制造出質(zhì)量上乘的復(fù)合材料葉片，滿足快速發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電的需求，這是我們追求的目標(biāo)。

　　目前來看，改進(jìn)的真空灌注成型工藝以及碳/?；祀s復(fù)合材料葉片的研究及新概念、新工藝將成為引領(lǐng)風(fēng)電葉片研究和制造的新熱點(diǎn)。