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风电叶片碳纤维预浸料主梁生产工艺及质量控制

随着叶片的尺寸越来越大,完全用玻璃纤维制造的叶片也将变得越来越重。假如采用玻璃纤维和碳纤维的混合结构,比如用碳纤维来制作主梁等重要承载部件,则可以大大降低叶片的重量。初步推算,对于70m长的叶片,假如采用碳纤维主梁设计,叶片重量相比完全的玻纤设计能降低30%左右。随着叶片的尺寸越来越大,使用玻纤和碳纤混合结构的叶片性价比也能渐渐接近纯玻纤叶片,甚至更优。碳纤维真空灌注工艺由于材料的固有特征,在生产过程中对产品质量的辨别和控制难以把握,所带来的风险也比采用碳纤维预浸料大得多。因此,采用碳纤维预浸料制作主梁相对于真空灌注工艺质量更加稳固可靠,风险系数更低。
碳纤维预浸料储存及温度控制
一样平常情况下,碳纤维预浸料是一种低温固化预浸料,遵循常规的预浸料固化机理。在不同温度条件下必要不同的固化工艺条件,温度越高反应固化时间越短。因此碳纤维预浸料在运输、仓储等环节都必要冷藏,冷藏温度越低保质期越长。运输车辆应装备有温湿度记录仪,在工厂接货时应同时接收记录仪器并对运输过程的条件进行检查确认,同时对剩余保质期做出评估,以便制订后续的存储和使用计划。假如企业忽视了接货时的确认工作,这将是一个伟大的风险隐患,由于碳纤维可能在运输途中已经大大折损了寿命期限,并可能在使用前报废,从而给企业带来伟大的经济损失。
碳纤维预浸料的使用解冻
碳纤维预浸料在使用之前应充分解冻,激活预浸料的粘性以达到肯定的工艺性能。一样平常对解冻的温度时间都有明确的要求和控制,温度太高可能折损碳纤维的使用寿命或直接导致产品固化进而丧失使勤奋能,温度太低则迟迟达不到使用的要求性能。应打开产品外包箱,将碳纤维预浸料完全暴露在加热环境中,整个过程准时测量产品外观温度,最终要将材料的温度提拔至室温或工艺要求的适合温度。只有解冻完成的碳纤维预浸料才会具备肯定的粘度,而合适的粘度是碳纤维预浸料铺设性能的关键影响因素。
铺设工装的设计及运用
碳纤维预浸料主梁的铺设必须借助工装,以确保铺设质量的均匀性和稳固性。主梁的型面取决于叶片的型面,其每每是扭角转变的,因此铺设工装的轨道设计应保证工装的行走路线与大梁的扭角转变相匹配,以确保每一层的预浸料都能够以对称中间重合的体例堆叠在模具上。否则,铺设过程中预浸料会渐渐偏离铺设区域,造成不可接受的铺设位置误差。
碳纤维预浸料的铺设
铺设前先检查环境和模具的温度,以确保达到工艺要求的参数。首先模具外观必要铺设一层脱模布,脱模布必须为一块整布,不能有任何搭接或对接,顺着模具的型面将脱模布完全抚平、贴实在模具外观,可以采用适量的喷胶固定。细致检查确保脱模布肯定贴实模具外观,无褶皱。脱模布是基础,但由于其是辅材每每不受正视,一旦基础没打好,可能会造成碳纤维预浸料的褶皱,带来无法挽回的损失。
碳纤维预浸料一样平常随着导气纱一同铺设,以加强在固化阶段的导气性能,对削减产品的孔隙率大有帮助。但是第一层预浸料一样平常不必要铺设导气纱,以保证其与脱模布的粘接牢固,确保在后续的预浸料铺设过程中不会产生移动。预浸料由于生产的缘故原由,即便是进口的产品也可能存在干纤维的情况。因为碳纤维是黑色的,所以有没有浸渍树脂颜色并无显明区别,由于光线反射的不同细心检查的话照旧能发现的。所以,必要对铺设完的每一层预浸料都要周全、细心检查一遍,并对任何干纤维的地方进行检查记录。对于如许的情况,应及时与供给商取得联系,快速决定是替换照旧继承使用,由于小面积的干纤维在后期加热树脂产生流动性时可以被浸润。对于面积的限制必要前期的相干试验并结合供给商的相干数据提前给出,以免在发生题目时不知所措,也提示我们在采购的技术条目中应细致此类题目的界定。
对于每层碳纤维预浸料的肇端位置,应使用美工刀裁切并趁热打铁,确保裁剪的连贯性和划一性。这时候不能用剪刀裁剪,由于剪刀裁剪的过程中会产生数次停留,每一次停留会产生一个小缺口,每一个小缺口位置都可能会成为一个应力集中点,对产品的性能带来不利的影响。
铺设过程中必要记录、监控每一层的预浸料温度,确保其知足工艺参数要求。其实对温度的严苛控制目的是保证预浸料具备合适的铺设黏度,这在前面的内容中也有提到。一旦哪一层预浸料黏度出现非常,可能会导致其与上一层之间的粘合度降落,也就是说两层之间可能存在不粘合的征象,即产生了“悬空”。随着后续铺层的增长,“悬空”的这层预浸料在铺设工装压辊的反复作用下可能会产生褶皱。随着后续铺层的增长,皱褶被渐渐放大,直至显明到被视力检查发现,但这时每每为时已晚,造成了返工和材料的虚耗。因此每层预浸料铺设之后的贴覆情况也是作为过程质量控制必不可少的一项。
按照铺层计划铺设完所有预浸料之后,就可以建立真空体系,首先是铺设脱模布覆盖整个预浸料,脱模布将为产品提供粗糙的适合粘接的工作面。接着铺设隔离膜,以控制树脂析出量并保证透气毡等辅材能轻易从产品外观移除。之后,整个外观铺设透气毡,真空袋。透气毡连接真空体系,将固化过程中体系内的气泡带离产品。贴着真空袋要布置热电偶,热电偶用于固化过程的实时温度测量,并根据实时温度对固化制度作出修订调整。最后使用保温层覆盖整个模具外观,为固化提供优秀、均匀的温度保证。因为大多的模具都是电加热体系,模具内置了用于反馈温度旌旗灯号的热电偶,假如模具某个位置的热电偶区域覆盖不好,或没有覆盖,将会导致这个位置热电偶持续给加热控制体系反馈持续加热的旌旗灯号,造成其他位置的过度加热,对产品和模具都会带来肯定的危险。
还有一点也要引起细致,有人认为在铺设真空体系的过程中应在预浸料的两边放置挡边以保证产品边缘的划一和外形。但因为挡边的高度很难控制,这也将会对产品的质量产生很大的影响。假如挡边高度稍微低于主梁的厚度,那么基本上不会影响边缘的外形。假如挡边高出主梁厚度,那么固化后主梁边缘将会产生向上的卷边征象,这将带来紧张的应力集中题目。其实因为碳纤维预浸料采用工装铺设,每一层铺设都有特别很是正确的重合性,即使不用任何挡边,固化后产品的边缘也可以保持特别很是平整。
碳纤维主梁预浸料固化
必要根据碳纤维预浸料的特点和说明,设定适宜的固化制度。每种预浸料的固化温度和持续时间即固化曲线可能不尽雷同,但是遵循着同样的固化原理,基本上分为三大阶段。第一阶段是升温至树脂融流状况,然后维持肯定的时间。这个温度条件下不足以引起产品的快速固化,但是树脂呈现融流的状况,随着树脂的流动,整个产品的含胶量趋于均匀化,并且小的干纤维在这一过程也得到充分的浸润。同样,随着树脂的流动,在导气纱的作用下预浸料中的气体充分被带动并导出,最终被真空体系抽走,所以这一阶段也是产品孔隙率保证的紧张阶段。所以第一阶段的温度设定和持续时间特别很是紧张,除了从供给商获得的技术支撑外,使用者也特别很是有需要进行响应的样机试制,充分掌握工艺参数的设计。第二阶段是从第一阶段升温至固化温度,并在这一阶段内维持肯定的时间。预浸料重要在这临时间段内发生固化反应,完成放热峰。因此这一阶段的温度设置首先应能激起化学反应,另外又不会导致树脂放热峰温度太高。过高的放热峰导致产品的内应力大,收缩大甚至造成产品褶皱,也有损模具的寿命。第三阶段是从第二阶段升温至后固化温度,并在后固化温度下维持肯定的时间。这一阶段树脂充分地完成交联反应形成致密的网状结构。用于反应聚合程度的玻璃化变化温度在这一阶段形成并达到要求。当然这一阶段的后固化必须要在放热峰过后并回落到后固化温度附近启动。
前文也有提到,这一过程必要充分地保证产品的覆盖。环境温度应严酷地保持均匀。假如在模具外观有局部的气流流动,比如车间门未关闭,导致冷气流直接影响到靠近门的模具端头。当冷气流在温控热电偶上流动时,热电偶探测到模具温度的降落,会向温度控制体系做出反馈以获得更多的温度。这就会导致该区域的产品温度要高于其他区域,造成整个产品温度的不均匀性,从而冲击整个固化过程的温度曲线设定。
碳纤维预浸料主梁的质量检验
对于碳纤维预浸料主梁,除了常规的尺寸、表面、玻璃钢转化温度的检验外,还必要进行超声波无损检测以检验内部是否存在分层、孔隙等缺陷。一样平常孔隙率要求控制在1%以内,超过2%的孔隙率就将对产品性能造成肯定的影响,甚至导致产品报废。超声波检测必要耦合剂,一样平常用水来削弱声波在空气中的衰减,如许可保证声波与材料达到最大程度的耦合。但是因为受到噪音污染、测量的方法、缺陷识别判定能力等多方面影响,每每测量效果自己的误差可能也比较大。因此,用扫描电镜对试成品的横切面进行观测,计算孔隙率也是一种特别很是有用而且正确的增补手段。
结语
本文从原材料管理、工装设备、模具、生产工艺过程等多个方面分析了碳纤维预浸料主梁的生产工艺特点及可能存在的质量风险,并针对这些风险提出了响应的质量控制方案和建议。同时,也对碳纤维预浸料主梁的检测项目和手段做了相干介绍。


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