夾層復合材料剝離強度影響因素研究

楊 忠，薛浩鵬

(東方電氣(天津)風電葉片工程有限公司 天津 300480)

0 引 言

復合材料夾層結構可以提高結構抗彎剛度和結構效率，降低制造成本，在風電葉片領域的應用日益廣泛[1-3]。PVC泡沫作為葉片主要的材料體系，不僅要求具有較好的機械性能，同時葉片作為大型結構部件，在運行時由于受到氣動載荷的作用，葉片自身會發(fā)生揮舞和擺振，因此還要求泡沫與玻璃鋼層具有非常好的結合性[4-6]。泡沫的加工方式以及蒙皮結構的差異，導致剝離性能的差異。通過對泡沫加工方式和蒙皮結構的試驗研究，分析引起泡沫與玻璃鋼破壞的機理，并對泡沫與玻璃鋼結合性能的影響進行研究對比[7-9]。

1 實驗部分

1.1 原材料及設備

PVC芯材規(guī)格見表1。

表1 PVC芯材規(guī)格表Tab.1 Specifications of PVC cores

玻璃纖維多軸向織物 (-45,°/0,°/+45,°，1,215,g/m2)；PVC 泡沫；環(huán)氧樹脂 DQ200E；固化劑DQ204H。

1.2 試驗

采用真空灌注成型工藝，制備夾層復合材料試樣平板。將復合材料樣板沿 0,°纖維布方向切割成120,mm×15,mm的樣條，如圖1所示，剝離測試速度2,mm/min，測試過程見圖2。

圖1 剝離試樣圖Fig.1 Picture of specimen extraction

圖2 剝離測試Fig.2 Extraction testing

2 結果與討論

2.1 PVC加工方式對夾層復合材料剝離強度的影響

分別測試了未加工、打孔、一字淺槽、十字淺槽PVC芯材對夾層復合材料剝離強度的影響，結果見表2。

表2 不同加工方式下剝離性能數(shù)據(jù)Tab.2 Performance data for stripping under different processing methods

PVC泡沫與玻璃鋼層合板構成夾芯結構，當整體結構在外力作用下發(fā)生變形時，應力會通過玻璃鋼與泡沫的粘接層將力傳遞到泡沫體，由于玻璃鋼優(yōu)異的機械性能，破壞會發(fā)生在玻璃鋼與泡沫的粘接層或泡沫本體。

從試樣的破壞方式分析，所有的試樣破壞均為PVC泡沫本體發(fā)生破壞。當泡沫與玻璃鋼層合板復合后，泡沫和玻璃鋼層合板通過樹脂層連接在一起。芯材加工方式的不同，使得 PVC泡沫與樹脂的接觸面積不同，十字淺槽＞一字淺槽＞打通孔＞未加工。因此剝離強度符合上述規(guī)律，十字淺槽 PVC泡沫的剝離強度最大，未加工的PVC泡沫剝離強度最小。

2.2 蒙皮結構對夾層復合材料剝離強度的影響

分別測試了兩組不同蒙皮結構(分別為2層蒙皮和 4層蒙皮)對夾層復合材料剝離強度的影響，結果見表3。

表3 不同蒙皮結構下剝離性能數(shù)據(jù)Tab.3 Data of peeling performance under different skin structures

從試樣的破壞方式分析，所有的試樣破壞均為PVC泡沫本體發(fā)生破壞。當泡沫與玻璃鋼層合板復合后，泡沫和玻璃鋼層合板是通過樹脂層連接在一起。與 2層的蒙皮結構相比，4層蒙皮結構具有更大的剛度，當試樣發(fā)生破壞時，需要更大的剝離力。因此剝離強度為4層蒙皮PVC泡沫大于2層蒙皮PVC泡沫。

3 結 論

PVC泡沫不同的加工方式對夾層復合材料的剝離強度有顯著的影響。對比 4種不同的加工方式，十字淺槽PVC泡沫的剝離強度最大，未加工的PVC泡沫剝離強度最小。

與2層的蒙皮結構相比，4層蒙皮結構具有更大的剛度，當試樣發(fā)生破壞時，需要更大的破壞載荷。因此，4層蒙皮 PVC泡沫的剝離強度大于 2層蒙皮PVC泡沫。