CWPC2024：西安永興科技發(fā)展有限公司技術工程師劉奇發(fā)表《再論風電葉片用拉擠UD條質量穩(wěn)定與工藝創(chuàng)新》的演講

各位下午好，我受公司吳總委托分享一下公司在UD條拉擠生產(chǎn)的努力。

我匯報的題目是：再論風電葉片用拉擠UD條質量穩(wěn)定與工藝創(chuàng)新。

分享的內容主要有以下3大板塊：企業(yè)介紹、復合材料概述、UD楔形條技術創(chuàng)新。

1、企業(yè)介紹

西安永興科技發(fā)展有限公司成立于2004年，現(xiàn)有橡塑研發(fā)中心和力達先進復合材料事業(yè)部，是一家集研發(fā)，制造，加工，國際貿易，服務為一體的，面向石油，風能發(fā)電，電力，環(huán)境工程，清潔能源等綜合性企業(yè)。力達先進復合材料事業(yè)部主要從事高性能先進復合材料的研發(fā)與生產(chǎn)，目前生產(chǎn)所使用的纖維增強材料有玻璃纖維、玄武巖纖維、聚酯纖維、碳纖維、芳綸纖維等。樹脂基有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧乙烯基樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂。生產(chǎn)的復合材料包括電力用絕緣橫擔、軌道交通用電力保護套管、地鐵疏散平臺用復合材料、風力發(fā)電用葉根部加強預埋UD楔形條、太陽能發(fā)電光伏支架、光伏邊框，土木建筑用復合材料螺紋筋、碳纖維拉編纏工藝復合套管等。

公司規(guī)模，注冊資金5168萬元，員工60余名，從事高分子材料研發(fā)人員5人，復合材料設計工程師6人，原材料及產(chǎn)品品質檢驗工程師4人。型材拉擠專用生產(chǎn)線50條，專門用于復合材料型材拉擠生產(chǎn)。按UD楔形條生產(chǎn)速度核算產(chǎn)量15000米/天。

我們的優(yōu)勢：一攬子解決方案、愿意接受非標小批量、交貨周期短、具有競爭力的價格、可靠的產(chǎn)品品質保障，愿意接受小批量的試制。

（圖示）這是公司取得的榮譽，三體系證書、復合材料協(xié)會會員單位、發(fā)明專利8項、實用新型17項、最佳交付供應商獎——時代新材。

2、復合材料概述

復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，組成的具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應，使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

典型復合材料成型工藝：拉擠成型，將經(jīng)過浸漬的連續(xù)纖維通過具有一定截面形狀的成型模具，在模腔內固化成型，在牽引機械拉力作用下可連續(xù)引拔出無限長的型材制品的成型工藝。纏繞成型，將浸漬過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為復合材料制品的成型工藝。模壓成型，將一定量的預混料或預浸料加入金屬對模內，經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。RTM，將纖維預制體放入封閉模具中，然后通過抽真空和壓縮方式向模具中注入樹脂，最后固化得到復合材料制品的成型工藝。

因為UD條是拉擠成型，接下來簡單介紹一下拉擠成型，臥式拉擠結構較為簡單，操作方便，對生產(chǎn)車間結構沒有特殊的要求，因此在拉擠工業(yè)中應用較多。立式拉擠，各工序沿垂直方向布置，主要用于制造空心型材，因為空心型材芯模只有一端支撐，垂直布置不會使芯模懸臂下垂而使制品壁厚不均勻。這種拉擠工藝局限性較大，產(chǎn)品單一，已經(jīng)不再使用。

（圖示）這是拉擠成型工藝典型流程，纖維排布、浸膠、預成型、模具加穩(wěn)固化、牽引、切割，最后得到制品。這是典型的拉擠工藝設備，從左往右是紗架、樹脂槽、預成型、模具、牽引、切割。

拉擠工藝常用的樹脂體系有：環(huán)氧樹脂基、乙烯基和不飽和聚酯樹脂，聚氨樹脂基，酚醛樹脂基。拉擠工藝的增強材料：玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、其他增強材料。

拉擠工藝的助劑和填料，拉擠所用的助劑根據(jù)用途和功能不同，應選擇符合工藝和產(chǎn)品質量要求的滿足國家標準規(guī)定或歐盟相關認證的助劑和填料。常用助劑包括交聯(lián)劑、固化劑、促進劑、增韌劑，低收縮劑、分散劑、引發(fā)劑，抗紫外線老化劑、脫模劑、阻燃劑、填料、色料等。常用填料有：碳酸鈣，滑石粉，高嶺土，氫氧化鋁等任何粉狀礦物。

3、UD條技術創(chuàng)新

UD楔形條是一種用于螺栓預埋型風電葉片制造中的新型材料，有效解決了預埋螺栓后葉根出現(xiàn)的孔洞、氣泡、富樹脂等問題，從而提高了葉根的連接質量。UD楔形條通常使用玻璃纖維作為增強材料，環(huán)氧樹脂作為基體，采用拉擠工藝生產(chǎn)而成，與葉片屬于同一體系。一般具有特定形狀，作為葉片葉根連接的關鍵部件同殼體結構鋪層一起灌注成型。

（圖示）UD楔形條生產(chǎn)流程圖。

UD楔形條創(chuàng)新，拉擠工藝創(chuàng)新，引入微波加熱，提高了生產(chǎn)效率并穩(wěn)定了產(chǎn)品質量。配方的創(chuàng)新，采用無脫模劑配方，提高了UD楔形條與葉片材料界面粘接強度，對葉根部連接可靠性和穩(wěn)定性有了長期保障。新品研發(fā)，一種低密度、表面粗糙度高的全新UD楔形條。

微波加熱，微波加熱是一種依靠物質吸收微波能將其轉化為熱能，使自身整體同時升溫的加熱方式。與傳統(tǒng)的加熱方式電加熱相比，微波加熱是通過被加熱物料內部偶極分子高頻往復運動產(chǎn)生內摩擦使被加熱物料溫度升高，物料內部外部同時加熱，同時升溫，加熱快速且均勻，有利于提高產(chǎn)品品質。傳統(tǒng)電加熱是根據(jù)熱傳導，對流和輻射原理使熱量從外部傳至物料上，熱量總是由表及里傳遞對物料進行加熱。物料中會存在溫度梯度，加熱不均勻，局部加熱過熱，形成外焦里不熟，從而影響產(chǎn)品質量穩(wěn)定。

（圖示）這就是典型的微波加熱的傳熱方式。左邊是典型由外向里的熱傳遞。

微波加熱優(yōu)勢主要有：加熱均勻，升溫速度快。穿透力高，有利于產(chǎn)品的固化。反應靈敏、控制及時、效率高。清潔衛(wèi)生，污染小。

脫模劑的作用，在拉擠成型工藝中，脫模劑起到提高產(chǎn)品表面光滑度，減少拉擠過程中的阻力。目前傳統(tǒng)玻璃纖維環(huán)氧拉擠體系中，樹脂基都含有無機蠟類，酯類等脫模劑。它在樹脂基中以游離物存在，模具加熱后在膜腔溫度和壓力作用下，遷移到半固化的產(chǎn)品表面形成一層離型膜，從而減少拉擠過程中的阻力，起到潤滑脫膜作用。有利于產(chǎn)品順利從模腔中拉擠出來。對于不同截面大小的型材，脫模劑添加量是不同的。

但脫模劑又存在一個問題，脫模劑大多是無機材料，它不參與制品在固化過程中環(huán)氧樹脂膠料的化學反應。在加熱過程中，析出和游離在制品和模腔表面，有利于制品脫模，但會影響制品與其他材料的界面粘接可靠性。而且它并不能一次性完全析出，潛伏在樹脂基的脫模劑就會對產(chǎn)品粘接的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

（圖示）這兩個圖就是我們根據(jù)有脫模劑的UD楔形條和無脫模劑的UD楔形條做的熱穩(wěn)定實驗，左邊是脫模劑析出的狀態(tài)。

（圖示）這是我們公司開發(fā)的無添加脫模劑UD楔形條配方， 在環(huán)氧樹脂膠料中添加一種有機的反應型助劑，他參與環(huán)氧樹脂的化學反應，提高產(chǎn)品表面光潔度的同時提高了制品韌性。這種反應型助劑按比例加入到固化劑中，攪拌均勻，放置96小時以上，使助劑和固化劑充分預聚。與環(huán)氧樹脂按比例混合制成的膠料在加熱固化時，添加的助劑與環(huán)氧樹脂產(chǎn)生交聯(lián)反應，減小環(huán)氧樹脂反應時模腔對制品的阻力，達到順利脫模，這是我們公司無脫模劑配方的重中之重。

（圖示）這是我們公司一種全新的UD楔形條，低密度，表面粗糙度高，界面粘接強度好，抗疲勞性能好。

（圖示）這是公司對UD楔形條質量控制，嚴格對UD楔形條質量進行把控。這是德國進口的Tg測試機，上海力學性能測試，膠含量測試儀，粗糙度測試儀。

我的分享完畢，謝謝大家！