淺槽輕木在風(fēng)機(jī)葉片中的應(yīng)用

李 靖

（連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222000）

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，開(kāi)發(fā)潛力已得到世界各國(guó)的認(rèn)可。隨著清潔無(wú)污染風(fēng)能的發(fā)展，為降低每千瓦時(shí)的成本和捕獲較低速的風(fēng)，制造更高的風(fēng)機(jī)和更長(zhǎng)的葉片以及更大的掃風(fēng)面積都是未來(lái)的發(fā)展方向。葉片越做越大，葉片的質(zhì)量也越來(lái)越大，對(duì)葉片的要求也越來(lái)越高。葉片是一個(gè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料夾芯板是由上下蒙皮、芯材、樹(shù)脂及其界面共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性和功能性，也關(guān)乎著風(fēng)電、航空、船艦、汽車等行業(yè)的發(fā)展[1，2]。

復(fù)合材料夾芯板是由薄而強(qiáng)的纖維板和厚而輕的芯材組成，常用的芯材包括輕木（巴薩木）、應(yīng)泡沫板、波紋板以及蜂窩等。輕木因?yàn)樘厥獾募?xì)胞結(jié)構(gòu)，其體積形態(tài)穩(wěn)定、強(qiáng)度柔性適中，完美匹配了風(fēng)機(jī)葉片所需要求，隨著葉片長(zhǎng)度的不斷延長(zhǎng)，輕木的用量有所增加，葉片灌注時(shí)間可能會(huì)延長(zhǎng)[3]。為實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)合適的注膠時(shí)間，不延長(zhǎng)生成周期，需優(yōu)化灌注樹(shù)脂的流動(dòng)速度，不同的表面處理方式對(duì)芯材的性能影響顯著，針對(duì)需求，可選擇適用的處理方式[1]。芯材表面處理產(chǎn)生的槽不僅在灌注過(guò)程中為樹(shù)脂起到導(dǎo)流作用，還便于樹(shù)脂的快速浸潤(rùn)，提高界面性能，進(jìn)而提高復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

為提高樹(shù)脂在真空灌注時(shí)的流動(dòng)速度，對(duì)輕木表面進(jìn)行幾何參數(shù)處理，沿弦向開(kāi)一定尺寸的淺槽，然后對(duì)比鋪設(shè)蒙皮-輕木、蒙皮-單軸布/連續(xù)氈-輕木兩種結(jié)構(gòu)時(shí)樹(shù)脂的流動(dòng)速度，分析試驗(yàn)結(jié)果，為開(kāi)淺槽輕木在風(fēng)機(jī)葉片中的應(yīng)用提供了一定的試驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

環(huán)氧樹(shù)脂體系，型號(hào)3321A/B；蒙皮，玻纖雙軸布，800g/m2；玻纖布，玻纖單軸布，E8；連續(xù)氈，300g/m2，35cm×50cm；輕木，弦向開(kāi)淺槽輕木。

自制模具平臺(tái)；真空泵：佳寶麗，JBL-1100W；電子秤：上海乾峰電子儀器有限公司，ACS-D11。

1.2 復(fù)合材料夾芯樣板制備

采用真空灌注工藝制備3 塊復(fù)合材料夾芯樣板，常溫固化24h 后脫模。樣板包括蒙皮-輕木樣板1 塊，蒙皮-單軸布/連續(xù)氈-輕木樣板2 塊，制樣過(guò)程中記錄樹(shù)脂的流速和浸潤(rùn)情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒙皮-輕木樣板樹(shù)脂流速

蒙皮-輕木樣板中的鋪層順序?yàn)橄蠕佋O(shè)2 層雙軸800 蒙皮，然后空間距25×25mm 模具面弦向淺槽間距50mm 輕木，最后鋪設(shè)2 層雙軸800 蒙皮。輕木的孔和淺槽間距交錯(cuò)分布，灌注過(guò)程，與表面未開(kāi)槽處理的輕木相比，表面開(kāi)淺槽的輕木灌注時(shí)注膠時(shí)間縮短約5%，灌注時(shí)樹(shù)脂先進(jìn)入孔和淺槽內(nèi)，樹(shù)脂沿淺槽流動(dòng)較快，有些淺槽間有輕微包死情況出現(xiàn)，但是隨著灌注進(jìn)行，會(huì)慢慢浸潤(rùn)，由流體動(dòng)力學(xué)可知，開(kāi)槽后樹(shù)脂對(duì)芯材的浸潤(rùn)性增加，故固化后只有局部發(fā)白。

將淺槽間距為25mm 輕木按照上述鋪層順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，灌注時(shí)樹(shù)脂的流動(dòng)速度比淺槽間距為50mm 輕木的流動(dòng)速度越快10%，灌注固化后包死發(fā)白現(xiàn)象不明顯，符合葉片產(chǎn)品質(zhì)量外觀要求。

2.2 蒙皮-單軸布/連續(xù)氈-輕木樣板樹(shù)脂流速

蒙皮-單軸布/連續(xù)氈-輕木鋪層順序分為兩種，鋪層A 的先后順序?yàn)? 層雙軸800 蒙皮、連續(xù)氈、5 層單軸布E8、開(kāi)槽輕木、2 層雙軸800 蒙皮，鋪層B 的先后順序?yàn)? 層雙軸800蒙皮、5 層單軸布E8、連續(xù)氈、開(kāi)槽輕木、2 層雙軸800 蒙皮，其中單軸布與淺槽成90°鋪設(shè)。連續(xù)氈是一種復(fù)合材料用玻纖無(wú)紡增強(qiáng)基材，在風(fēng)機(jī)葉片中，鋪設(shè)連續(xù)氈，主要作用是增加灌注樹(shù)脂滲透速度，以提高生產(chǎn)效率和灌注質(zhì)量。

蒙皮-輕木樣件的注膠時(shí)間與蒙皮-單軸布/連續(xù)氈-輕木樣件的注膠時(shí)間相近。鋪層A 和鋪層B 的灌注過(guò)程中，鋪層A 樹(shù)脂的流動(dòng)速度快于鋪層B 樹(shù)脂的流動(dòng)速度，鋪層A 和鋪層B 固化后沿開(kāi)淺槽弦向會(huì)出現(xiàn)輕微發(fā)白現(xiàn)象，這是由于鋪層A 中連續(xù)氈鋪設(shè)在單軸玻纖布上方，纖維布為連續(xù)的，在無(wú)束縛的情況下，連續(xù)氈在真空灌注系統(tǒng)中樹(shù)脂的導(dǎo)流性高于其他增強(qiáng)類材料，能夠加速樹(shù)脂的浸入和滲透，但是連續(xù)氈的加入會(huì)降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。固化后復(fù)合材料夾芯樣件沿輕木淺槽方向存在輕微發(fā)白現(xiàn)象，一可能是樹(shù)脂灌注時(shí)存現(xiàn)的輕微包死所致，二可能是灌注過(guò)程中氣體未排除所致，三可能是固化過(guò)程中真空系統(tǒng)出現(xiàn)沙眼所致等，重復(fù)做鋪層B 實(shí)驗(yàn)，固化脫模后樣件表面發(fā)白不明顯，能夠滿足葉片產(chǎn)品質(zhì)量要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析了表面開(kāi)淺槽芯材真空灌注時(shí)樹(shù)脂的流動(dòng)速度，結(jié)論如下：

1） 輕木表面開(kāi)淺槽后，真空灌注時(shí)注膠時(shí)間縮短，樹(shù)脂沿弦向淺槽方向流動(dòng)速度較快，輕木表面淺槽間距25mm的樹(shù)脂流動(dòng)速度比淺槽間距為50mm 的樹(shù)脂流動(dòng)速度快約10%，淺槽間會(huì)出現(xiàn)輕微包死，隨灌注進(jìn)行，輕微包死區(qū)域會(huì)慢慢浸潤(rùn)，且固化后包死發(fā)白不明顯，能夠滿足風(fēng)機(jī)葉片的質(zhì)量要求。2） 鋪層A 樹(shù)脂的流動(dòng)速度快于鋪層B 樹(shù)脂的流動(dòng)速度，沿開(kāi)淺槽方向可能會(huì)出現(xiàn)輕微包死，隨灌注進(jìn)行浸潤(rùn)和控制好實(shí)驗(yàn)條件，樣件固化脫模后的包死發(fā)白不明顯，能夠滿足葉片產(chǎn)品質(zhì)量的要求，可見(jiàn)采用表面開(kāi)淺槽輕木能夠加速樹(shù)脂流動(dòng)，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。