風電葉片材料測試淺析——汪澤軍/研發部副部長

吉林重通成飛新材料股份公司汪澤軍 研發部副部長

　　大家好，我主要是分兩個部分，一方面是重通試驗室的基本介紹，另外一個就是試驗工程組經驗與大家分享下。吉林重通成飛新材料股份公司是重慶通用工業集團控股子公司，成立于2011年，注冊資金1.6億元，是國內2MW機組風輪葉片最齊全的生產制造商，同時也是國內風輪葉片主流配套企業。總部在全國有6大基地，六大基地均位于國家規劃的八大千瓦級風電基地核心區域。風輪葉片運輸距離均在經濟運輸半徑以內，運輸費用占有絕對優勢。

　　吉林重通 試驗室成立于2014年，經過一年多的時間，基本完成了國家認可試驗室的要求，現在已經進行了試運行，相關的文件已經編制完成。主要的試驗項目含5大主材，樹脂，澆注體，膠黏劑，夾心，涂料，所有常規項目目前都可以進行檢測，這些是力學項目，還有一些物理項目。

　　CNAS試驗室的條件大家都知道，我簡單說一下：

　　1)組織架構；分獨立法人和非獨立法人，非獨立法人需要法人授權也可做試驗室認可，以保證試驗工作獨立、公平、公正，不受其他以外因素影響。

　　2)人員配置上；要求有檢測人員、技術主管、質量主管、試驗室最高管理者及辦公室管理人員（樣品接受和管理等），各自要有明確分工，使試驗室檢測工作井然有序，

　　3）為了更好的滿足CNAS試驗室認可條件；在基礎設施上要做試驗室的一個整體建設方案，試驗室家具和設施要統一定置，并且在檢測區域配置恒溫恒濕設施，來提升試驗室管理和檢測能力

　　4）設備要求；在現有試驗室設備基礎上，設計開發多種制樣和測試過程中工裝，來保證試樣盒測試的準確性。

　　CNAS試驗室能力要求：1）人員要求；檢測人員應為理工科背景相關專業畢業的大專學歷以上，技術負者人應為理工科背景相關專業畢業的大專學歷以上且相關工作經驗3年以上（如不是以上），試驗室人員應具備相應的檢測能力，同時試驗室要確保人員得到及時培訓，檢測人員應考核合格持證上崗，可以是企業內部培訓發證2)檢測方法能力要求；試驗室應具備復合材料相關檢測標準能力的要求，并確保硬件和軟件能達到標準要求。

　　CNAS試驗室設施條件調整：1）環境要求；在復合材料檢測行業，一般檢測方法都是采用國標或ISO方法，為了使檢測結果不受到影響，這些檢測方法規定的環境要求均要達到，溫度23±2℃、濕度50%±10%。且對試驗室要按功能劃分區域，可分為辦公區、制樣區、樣品接受區、試樣檢測區、接待區等。對人員進入的控制，進入試驗室的外來人員應經批準。為避免不正常的干擾，對試驗室內部人員也應予以控制，以限制非授權人員的進入。為此，試驗室采用可自動識別的門禁系統，否則。對人員進出造成溫濕度波動從而會影響檢測結果。2)設備要求；試驗室應配備滿足檢測活動要求的全部設備，對檢測活動結果有直接關系的設備要有國家規定的計量單位對其校準。

　　材料測試數據的準確性直接影響到后期的產品質量，對數據結論的準確性管控尤為重要。而試驗結論與人員、場地、測量工具、測試設備等有關,同時還受取樣、試樣加工以及試驗過程及測試數據處理的多種因素綜合影響。 因此，通過對人員、設備、場地條件的標準規范要求，嚴格管理，從而避免了測試過程中發生誤差造成測試結論偏差，最終影響材料選用決策乃至影響產品質量。

　　誤差按其性質和原因可分為三類：系統誤差：儀器、裝置誤差；測量環境誤差；測量理論或方法誤差；人員誤差，即生理或心理特點所造成的誤差。偶然誤差(隨機誤差）：儀器性能和測量者感官分辨力的統計漲落，環境條件的波動，測量對象本身的不確定性。過失誤差：使用儀器的方法不正確，粗心大意讀錯、記錯、算錯數據或試驗條件突變等原因造成的（壞值）。

　　測量結果的不確定度是什么？不確定度的含義是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。反過來，也表明該結果的可信賴程度。它是測量結果質量的指標。不確定度愈小，所述結果與被測量的真值愈接近，質量越高，水平越高，其使用價值越高；不確定度越大，測量結果的質量越低，水平越低，其使用價值也越低。 因此，試驗室在試樣成型、加工、后處理、測量、測試等環節中加強管控、制作專用工裝等，以確保試驗不確定度的減小，提高試驗數據的置信度。

　　實驗的數據處理：它是一個比較復雜的過程，數據處理不單純是數學運算，而是要以一定的物理模型為基礎，以一定的物理條件為依據，通過對數據的整理、分析和歸納計算，得出明確的試驗結論。

　　對試驗員嚴格、細致培訓。完善數據處理系統，進行試驗數據統計分析和模型模擬方法，如試驗設計、各類型方差分析、列聯表分析及非參數檢驗等。

　　目前試驗人員已基本掌握一套有效的方法。通過試驗測得原始數據后需要進行計算將最終的試驗結果歸納成經驗公式或以圖表的形式表示，經過有效數字與運算規律 、試驗數據的誤差分析 、試驗數據處理等方法后，形成結果，以便與理論結果比較分析，最后形成報告數據。咱大家以后有時間可以進行交流。

　　管理措施就是將原始觀察記錄、導出數據、測量溯源性、員工培訓的記錄，以及發出的每份《測試報告》按文件規定的進行保存。編制了所有設備的用戶手冊或操作說明書，以及處置、準備被檢測物品的說明書。制定取樣設備、制樣設備、機械切割設備、機加工設備及測試設備等設備的安裝調試、標定驗收的操作指導書，以及這些設備操作規程、維護保養計劃，確保設備完好使用，性能指標滿足樣本取、制樣的要求。設立試驗工程師負責測試活動策劃及提出所需資源配置，并進行試驗監督。設立試驗監督員和試驗負責人制度全面負責試驗技術運作，確保了解檢測目的、熟悉檢測方法或程序、懂得檢測結果評價，保證測試質量。

　　再給大家講個案例，這個是我們實際操作的案例，給大家簡單的介紹下。為減少操作人員對試驗結果造成影響，在試件制作過程中和測試中增加了：下料工裝，以保證下料精度；專用調膠工裝，以保證膠液配置精度和較小污染；層鋪加熱板，保證固化參數；專用測試工裝，以保證試驗精度。專用工裝等的使用和控制，有效保證了測試數據的準確性，減小了操作人員及設備和工裝造成的不利后果。

　　這個是層合板的成型，在國內試驗室，復合材料層合板的成型方式，大多是類似于葉片殼體的成型方法，玻璃布和輔材層鋪完后，一邊抽氣另一邊注膠，這樣成型的層合板存在一個缺陷，就是層合板四周的厚度不均勻，板子注膠方向的兩端含膠量能相差2%左右，在制作拉伸或壓縮試樣時，可能對其測試結果有一定影響。了解到國內一些試驗室也用到了工裝來控制層合板的均勻度，但在使用過程中步驟繁瑣、效率較低、清理困難。現我們試驗室通過與德國IMA試驗室一些技術交流，著手對層壓板的成型過程進行改進，通過固定的含膠量來計算不同纖維織物層合板的厚度。計算出層合板的厚度和所用全部輔材厚度，調試好熱壓機上下工作面的高度，然后開啟熱壓機裝置對剛注膠完成的板子施壓，這樣一來即可以直接加熱預固化又能達到相應均勻厚度。

　　另外在層合板成型過程中，纖維層與層之間的平行對稱鋪設相當關鍵，在現有的方 法中，例如單向布，我們是通過玻璃布中間兩處0度纖維上下的對稱情況來進行層鋪， 當在鋪設過程中纖維發生扭曲，上下纖維沒有很好對稱和平行時，其測試數據會急劇下降。

　　壓縮試驗件制作時，加強片與待測的復合材料層合板之間的粘接多數采用手工直接粘接，因為人為因素的影響大，這樣粘接的加強片往存在下列不足：粘接的相對位置不準確，粘接膠厚涂抹不均勻，試件尺寸不能完全符合測試標準要求在進行壓縮測試時，試件斷裂位置往往發生在靠近加強片的地方或加強片內部，并形成“無效斷裂”的結果。這就會使得試驗廢品率增加，試驗數據離散度增大，不能獲得準確的復合材料壓縮力學性能參數。

　　為了克服上述缺陷，設計制作了精確制作復合材料層合板壓縮性能試件的粘接定位工裝，能夠使得試件制作一致、令加強片的粘接位置及對中性準確、保證結構膠涂抹均勻、使得試驗件的合格率提高。測試時試件斷裂位置發生在工作段內，保證斷裂結果的有效性。降低試驗數據離散度，并能獲得準確的復合材料層合板壓縮力學性能參數。

　　從以上測試結果對比來看，使用工裝后測試質量明顯提高，從數值上看，平均值約提高6.9%，測試結果證明方案是可行的。 目前其它類似5套試件加工工裝及測試工裝正在制造過程中，投入使用后可有效保證測試結果的可靠性和有效性。

　　重通成飛材料試驗的改進，既提高了公司產品材料測試效率和產品質量測試準確性，又節省了測試費用，保證了產品質量。 后期試驗室將繼續完善管理，充實測試能力，未來將繼續從新材料開發、原材料測試、模具檢測、產品檢驗等方面為公司走質量效益型道路保駕護航。