2020风电叶片用碳梁的生产技术

2020风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究PAGEPAGE2/12前言通过拉挤成型工艺制备出的碳纤维复合材料(CFRP)具有长度不受限制、截面形状稳定、[2]风电用碳纤维复合材料研究现状40m44mNegMicon40m叶片、Dewind40m48.5m42.5m44m87meermxRotor44m56m61.5m大型复合材料叶片时采用碳纤维/2MW56m39.2m[7]1.提升2.3.降低风8.[8~10]。复合材料拉挤成型工艺拉挤成型工艺是一种连续生产固定截面纤维增强复合材料的成型方法，该技术始于1948[11]0.2~1.5m/min4m/min以上[12]。图1拉挤成型的一般成型过程拉挤成型的一般步骤有纤维供给─纤维导向─树脂浸渍─预成型─拉挤成型─牵引─图所示[13]。现有的拉挤树脂包括不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂等，一般用不饱图2拉挤模具分区示意图[13]碳梁生产技术研究50%～801（80～110（0.5～.0（05～2.5图3碳梁结构图拉挤工艺流程示意图如下。图4拉挤生产工艺流程示意图：(1-纱架，2-集纱板，3-分层纱板，4-浸胶槽，5-混胶，6-挤胶辊，7-脱模布，8-预成型模，9-成型模具，10-牵引装置，11-切断装置，12-收卷装置)24K2～40.2～0.5m/min，成型后的板材经风箱冷却降温后，进入牵引机和收卷机，成为复合材料板材成品。脱模布残留图5脱模布裁切后纤维纹路被破坏a、树脂的粘度过高使得浸润过程中纤维未浸润完全；b、单层纤维束的厚度过厚，树脂未能完全浸透内部纤维；c、浸胶槽中树脂的液面过低，使得上层纤维接触不到树脂等。图6碳梁内部干纱针对上述几种可能的干纱产生原因，我们相应地确定了以下几种改进措施：a、适当提高浸胶槽的树脂温度，降低胶槽内树脂粘度，使得树脂更容易浸透纤维；bc胶不充分。同时，为了便于对碳梁内部缺陷的探测与检验，我们增设了无损探伤仪对碳梁进行不定时抽检，以进一步确保产品质量。针对这一问题，我们采取了如下措施以改善碳梁直线度：abc、校正拉挤机与收卷机的中心位置，确保设备中心不偏离。根据分析所得出的结论，我们采取了以下措施来减轻并消除碳梁的残余内应力：bcde经过不断改进，改善后的碳梁纵向裁切后变形程度有了很大的改善，基本趋于直线。改善后切下的斜角改善后切下的斜角改善前切下的斜角碳梁性能研究

图9改进前后切割斜角对比测试标准表1碳梁性能测试标准测试项目参考标准0°拉伸性能ISO527《塑料拉伸性能测试方法》风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究PAGEPAGE7/120°压缩性能ASTMD6641《用组合载荷压缩(CLC)固定试验设备测定聚合物基复合材料层压板压缩特性的标准试验方法》弯曲性能ISO14125《纤维增强塑料复合材料弯曲性能的测定》层剪性能ISO14130《纤维增强塑料复合材料用短梁法表面层间剪切强度测定》力学性能测试的试验环境为室温干态的大气环境。碳梁的力学性能指标见表。表2碳梁性能要求序号项目要求10°拉伸强度≥1700MPa20°拉伸模量≥127GPa30°压缩强度≥1090MPa40°压缩模量≥117GPa5层间剪切强度≥61MPa60°弯曲强度≥996MPa70°弯曲模量≥122GPa890°弯曲强度≥26MPa测试结果通过性能测试，得到碳梁的力学性能数据如下。0°拉伸性能：表3碳梁0°拉伸性能数据Pb(kN)Xt(MPa)E1t(GPa)试验状态试样编号宽度(mm)厚度(mm)测量值测量值ν12ε11(με)115.181.5042.818741400.27213193215.081.5143.519151430.26313812315.181.5042.718721400.26413766415.081.5244.519391380.25213817515.251.5044.219291420.25913908615.221.5041.218021420.26414380室温干态715.131.4941.218321420.26513556815.151.5144.519461430.26913736915.091.5142.218581400.263134351015.041.5143.419221430.24414007平均值18891410.26113761标准差48.81.780.008324Cv(%)2.581.263.142.35风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究PAGEPAGE8/121000°压缩性能：表4碳梁0°压缩性能数据试验状态试样编号宽度(mm)厚度(mm)Pb(kN)Xt(MPa)E1t(GPa)ε11(με)测量值测量值112.181.9828.24117412610385212.191.9931.347129013610345312.172.0029.085119612710749412.151.9828.5711861339788512.221.9730.762128013310981612.171.9727.838116212510042室温干态712.201.9627.6411581309806812.202.0030.317124113310067912.201.9831.0181285127117251012.231.9427.167114412511875平均值121213010576标准差57.13.97749Cv(%)4.713.067.08图11碳梁0°压缩位移-载荷曲线由上述图表可见，本碳梁的压缩性能可以满足性能要求。层剪性能表5碳梁层剪性能数据试验状态试样编号宽度(mm)厚度(mm)Pb(kN)剪切强度(MPa)位移(mm)125.254.910.29862.4250.797225.374.910.12461.0790.803325.534.910.25061.4510.807425.544.910.39062.2680.867525.384.910.03260.5000.843625.344.9110.35162.3950.857725.324.910.26162.0310.827室温干态825.44.9110.33562.1520.900925.494.910.39662.4250.8471025.44.9110.24561.6130.837平均值10.26861.8340.838标准差0.1160.6570.032Cv(%)1.1291.0633.799图12碳梁层剪位移-载荷曲线由上述图表可见，本碳梁的剪切性能可以满足性能要求。弯曲性能表6碳梁0°弯曲性能数据试验状态试样编号宽度(mm)厚度(mm)Pb(kN)0°弯曲强度(MPa)Ef(GPa)ε11(με)115.004.812.0211251348368215.084.822.0211201388053室温干态0°弯曲314.974.831.8810411347869415.314.801.9210601328181515.144.811.9911041308449615.084.822.0911581398327715.064.812.0411331388216风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究PAGEPAGE10/12815.114.821.9910991377834915.074.822.07114613882271015.144.811.9610881367995平均值11071368152标准差37.02.96209Cv(%)3.342.192.56表7碳梁90°弯曲性能数据试验状态试样编号宽度(mm)厚度(mm)Pb(kN)90°弯曲强度(MPa)位移(mm)115.264.90.27587.6852.642215.264.90.27086.0732.674315.244.90.27888.8622.825415.254.90.25280.3642.350515.244.90.26584.6922.617室温干态90°弯曲615.324.90.27386.8642.617715.364.90.25580.9062.442815.264.90.27086.0602.692915.324.90.28189.