纖維成形工藝及裝置對風電用直接紗帶寬均勻性的影響研究

李 輝，顧建定，張樹興，魏研佳，宋長久，曹建強

（巨石集團有限公司，浙江 314500）

0 前言

風電用直接紗產品主要用于生產單、雙或多軸向織物的織造，并采用真空輔助樹脂灌注成型工藝制造大型風力發(fā)電葉片。紗線具有浸透、浸穿速度快，終態(tài)效果均一、完全，制品的機械性能優(yōu)越，與環(huán)氧樹脂相容性好，耐磨性好，毛羽少等特點。隨著風電行業(yè)的快速發(fā)展，產能快速增加。

直接紗產品普遍存在紗線帶寬不均勻問題，紗團上下端面轉角處紗線帶寬大，紗團中部紗線帶寬小，以及紗團外圈紗線帶寬比內圈紗線大的問題。紗線帶寬不均，在織布織造過程中，由于紗線集束性不好，分散不均勻和帶寬不均勻波動造成紗線上機性能不好，織物不平整，并且在織造過程中，由于紗線張力控制不均勻，導致織物縫隙不均勻，造成制品玻璃纖維與樹脂占比波動，影響制品強度及使用壽命。

以下分析以風電用紗2 400 tex直接紗為研究對象，從拉絲成形工藝各環(huán)節(jié)開展對比試驗，旨在解決紗線帶寬均勻性問題，摸索建立紗線帶寬控制工藝及方法，并應用于其他對紗線帶寬有要求的產品，解決改善織物縫隙問題。

1 漏板流量

在其他拉絲工藝不變的基礎上開展漏板流量對比驗證。采用120 kg/h、126 kg/h 2種流量對比紗線帶寬狀態(tài)，測試結果見圖1，其中120 kg/h流量產品測得的紗線帶寬相對較小。流量下降，拉絲機轉速、拉絲張力相對下降，對紗線帶寬均勻性有一定改善［1］。

圖1 拉絲漏板流量與紗線帶寬

2 卷繞比

在其他拉絲工藝不變的基礎上開展不同卷繞比試驗。卷繞比調整對紗團上下端面轉角處紗線帶寬均勻性有一定改善效果，帶寬測試結果見圖2。其中6.783997、7.385684卷繞比生產的產品紗線退解過程中存在粘連、散絲問題，不適合采用，4.720028、6.720028、6.771540、6.269054卷繞比試驗，紗團中間部分紗線帶寬存在較大差異。

圖2 拉絲卷繞比與紗線帶寬

卷繞比對紗線帶寬、捻度的影響較大，針對不同產品的使用要求，可選擇設定不同的卷繞比生產［2］。

3 分拉工藝

在其他拉絲工藝不變的基礎上開展第一集束輪分拉與集束工藝對比試驗。經過多輪重復性試驗驗證，帶寬測試結果見圖3，分拉工藝對紗線帶寬無明顯變化［3］。

圖3 第一集束輪分拉集束工藝與紗線帶寬

4 工藝位置

在其他拉絲工藝不變的基礎上開展第二集束輪位置對拉絲張力以及紗線帶寬的影響，驗證第二集束輪張力大小隨拉絲機頭軸向中心與第二集束輪絲束切點水平距離變化情況。制作一個固定的第二集束輪架并安裝壓力檢測裝置，連接第二集束輪，在拉絲過程中實時跟蹤張力變化，當推絲桿退回開始計時，張力數(shù)值發(fā)生變化記錄時間，使用秒表每20 s記錄第二集束輪張力變化數(shù)據(jù)，記錄完一個原絲筒數(shù)據(jù)后，調整第二集束輪位置后再次歸零，翻筒重新開始檢測記錄數(shù)據(jù)，測試結果見圖4、圖5［4］。

圖4 第二集束輪張力與第二集束輪切點到機頭中心水平距離的變化趨勢

通過測試，第二集束輪張力大小隨著第二集束輪絲束切點位置與機頭中心水平距離增加，即呈線性強相關遞增關系，隨著卷繞時間延長，張力呈逐漸下降趨勢。本次試驗跟蹤發(fā)現(xiàn)，剛開始卷繞時原絲紗線抖動嚴重，然后抖動逐漸穩(wěn)定，當拉絲時間在100 s到220 s時間段過程，第一集束輪到第二集束輪紗線存在紗線抖動嚴重情況，且抖動持續(xù)時間隨著第二集束輪絲束切點位置與機頭中心水平距離增加而增加［5］。

通過以上的試驗測試，拉絲生產時，應減少爐位間的工藝位置差異，根據(jù)產品特性設定不同的張力及工藝位置。

5 工藝附件

5.1 集束輪

在其他拉絲工藝不變的基礎上開展不同規(guī)格的集束輪對比試驗。R1、R2、U型3種集束輪對產品紗線帶寬無明顯影響，帶寬測試結果見圖6。紗線與不用類型的集束輪接觸時，紗線狀態(tài)有一定變化，但紗團成型時，與滑梭、壓輥接觸，會再次影響紗線狀態(tài)，從測試對比集束輪對紗線帶寬無明顯影響［6］。

5.2 滑梭

在其他拉絲工藝不變的基礎上開展不同規(guī)格的滑梭對比試驗。常規(guī)厚度滑梭、1 cm加厚滑梭，加厚滑梭與凹槽集束輪組合結構三種滑梭對產品紗線帶寬無明顯影響，帶寬測試結果見圖7。試驗時不采用壓輥，以減少紗線在壓輥上的摩擦，影響滑梭對比試驗效果，但紗線帶寬沒有明顯的變化，說明紗線經過滑梭時受力，兩端面的紗線帶寬無法有效控制［7］。

5.3 槽筒

在其他拉絲工藝不變的基礎上開展新舊槽筒試驗對比試驗。主要驗證紗團端面紗線拐點處的紗線帶寬，測試結果見圖8。新槽筒生產的產品在拐角處紗線帶寬與常規(guī)槽筒數(shù)據(jù)均值無明顯差異；但磨損大的槽筒內圈有跳絲問題，波動較大［8］。

圖8 槽筒磨損與紗線帶寬

6 結論

（1）漏板流量下降后拉絲機轉速、拉絲張力下降，對紗線帶寬有一定改善。流量高紗線帶寬有一定增加，試驗數(shù)據(jù)顯示流量增加6 kg/h，紗線帶寬均值增加0.3 mm，生產時控制流量的中心值，減少流量波動，有利于紗線帶寬穩(wěn)定性控制［9］。

（2）通過不同卷繞比的試驗對比，卷繞比對紗線帶寬的影響最大，同時對紗線捻度、紗線粘連及散絲均有影響，選擇卷繞比時要考慮到紗線的使用要求，減少卷繞比導致的使用順暢性問題。

（3）分拉集束生產工藝、集束輪、滑梭、槽筒經過多輪試驗驗證，紗線帶寬無明顯變化。紗團成型與滑梭、壓輥接觸，會再次受力影響紗線狀態(tài)，所以對紗線帶寬無明顯影響，生產過程減少生產工藝位置的差異，可以減少生產過程張力的差異；新槽筒生產的產品在拐角處紗線帶寬與常規(guī)槽筒數(shù)據(jù)均值無明顯差異，但磨損大的槽筒內圈有跳絲問題，波動較大。

（4）通過測試不同爐位、第二集束輪切點與機頭水平中心位置增大的張力，第二集束輪張力大小隨著第二集束輪絲束切點位置與機頭中心水平距離增加，即呈線性強相關遞增關系（張力/位置= 0.01斜率）。因此拉絲生產時，應減少爐位間的工藝位置差異，根據(jù)產品特性設定不同的張力及工藝位置。