CWPC2024：吉林國興復合材料有限公司總工程師王永鵬發表《風電葉片主梁碳板性能提升路徑研究》的演講

尊敬的各位專家、各位同仁，大家下午好！

很高興有這個機會在這里向大家介紹一下我們碳板的研發工作，我匯報的題目是：風電葉片主梁碳板性能提升路徑研究。

主要從6個方面匯報：原材料的優勢與管控、工藝優化、質量體系等。

1.、總述

上午各位領導專家也提出風力發電正在向大型化的方向發展，隨著風力發電機組和葉片的大型化，對葉片提出減重及高剛度需求。碳纖維拉擠工藝復合材料因強度高、減重效果好，正應用于葉片主梁，提高葉片穩定性，最終提升機組可靠性。同時也對碳纖維及樹脂原料提出了更高的要求，葉片已經由原來19米發展到現在143米。工藝原料也從碳纖維織物發展到拉擠碳板，現在0度方向拉伸模量做到150GPa以上。

2、大絲束碳纖維技術優勢與品控

為什么選擇濕法大絲束碳纖維，在這里我們也做過一些研究，通過把濕法和干法碳纖維表面和斷面做了表征，從結果可以看到35K GX400碳纖維，表面有明顯凹槽，截面為腰子形。與樹脂結合時，這些凹槽會增大碳纖維表面積，有利于提高碳纖維與樹脂之間的機械錨定性能，提高界面結合力。35K GX400碳纖維更加纖細，與樹脂的浸潤性更好。

大絲束碳纖維還有工藝優勢，大絲束碳纖維束形比較粗，90°拉伸試驗的斷面可以看出經預加熱系統處理碳纖維與樹脂的結合更好，另外我們也對碳纖維工藝上進行了研究，從制備的碳纖維復合材料90度破壞實驗斷面照片可以看到，經過處理的復材表面比較平整，未處理的復材有游離的地方出現，經預加熱系統處理碳纖維的力學性能更優異。

大絲束碳纖維技術優勢與品控小結：樹脂結合性好、操作簡便，不易發生扭曲。優化預處理工藝，樹脂結合性進一步增強，所制備碳板性能優異。

3、樹脂的研發與品控

碳板專用環氧樹脂配方體系，優化樹脂配方體系，匹配拉擠工藝要求，保證碳板性能穩定。組成：基體環氧樹脂、固化劑、促進劑、增韌劑、各類功能助劑。通過促進劑優化設計與樹脂黏度研究，實現樹脂固化速度的調控。開發出新型螯合型增韌樹脂，增強樹脂韌性的同時提高碳纖維與樹脂間的界面結合力，穩定碳板性能。

4、碳板拉擠工藝技術優化研究

我們全過程參數標準化管控。規范產品的工藝參數，合理設計穿紗排紗、調控樹脂黏度和固化溫度、模具表面光滑平整等。我們做了模具形態、模具溫度、模具樹脂相態優化這幾個工作。目前使用的模具界面主要是3種：有矩形、V形、梯形。使用過程中發現梯形模具制作碳板過程中經常出現缺損或者是裂痕的現象，可以通過優化排紗設計、膠液調控來提高生產周期和碳板性能，但廢板率依然較高，所以我們推薦使用矩形和V形兩種界面模具進行碳板生產。碳板的生產周期比較穩定，可以達到30天以上，另外是碳板性能也是比較穩定的。

另外，我們不斷進行膜腔溫度優化研究，通過擬合不同加熱速率下的特征溫度和固化度，采用T‐β外推法，外推得到 β=0 時的 Ti、Tp、Tf分別為 97. 8、127.5、143.2 ℃。結合模具3段式加熱模式，可確定拉擠成型的3段溫度分別為 ：100~130、130~160、145~175 ℃。再結合性能，我們進一步進行優化。

另外，加強跟蹤監測模腔溫度，建立模腔溫度與樹脂配方、碳板性能的數據庫，實現穩定碳板性能的智能化調控。另外是持續關注模腔內樹脂相態優化研究，我們知道模具內樹脂呈現從液態到凝固態，最后到固態的3相過程。可以看到凝膠區幾個重要參數，這里有凝膠區的寬度，凝膠區成型物與模具內壁的粘滯剪應力錐形凝膠區厚度最小處，凝膠體的熱拉伸強度，通過開模得到凝膠區寬度及厚度的最小值。通過調控樹脂可以控制剪切應力。

通過研究得出優化拉擠工藝的4種方法：

采用快速固化樹脂體系和（或）提高凝膠區模具溫度，縮短凝膠區長度Y值；

使用高效內脫模劑，和（或）提高成型模具工作面的光潔度和平整度，減少凝膠區內成型物與模具內壁的粘滯剪力；

通過增加增強材料的體積含量來減少成型物表面的富樹脂層厚度，和（或）更快的固化速度，以最大限度提高t值；

合理的樹脂配方和填料的加入，提高樹脂凝膠時的熱強度。

5、完備的質量保障體系

我們現在建立完備的質量保障體系，嚴格按照APQP4wind執行研發管理，質保執行一把手負責制。在質保體系保障下我們建立標準化檢驗檢測體系，目前完全按照CNAS認證來對產品進行檢測。

（圖示）這是我們配備專業化的檢驗檢測設備。為了滿足風電產業鏈配套要求，我們在全國4地布局生產基地，目前吉林總部和江蘇如皋已經投產，內蒙古和廣東基地正在建設中。

6、總結

我們的大絲束碳纖維具有低成本、高性能、樹脂匹配性好等優勢。成熟的拉擠工藝和完備的質保體系協同發力，保證碳板質量穩定。吉林化纖致力于提供優質碳纖維原料和高性能碳纖維復合材料性能提升路徑。

最后感謝科技部、吉林省科技廳的大力支持！