基于復合材料風機轉子葉片制造工藝探討

夏云雙

摘 要：伴隨著科學技術的快速發展，復合材料風機轉子葉片的制作工藝也不斷受到各方面的專注，復合材料風機轉子葉片和玻璃纖維復合材料相比，具有更加突出的特點，主要表現在復合材料風機轉子葉片密度更低、強度更高，已經成為了現代風力機轉子葉片的主要首選材料。此材料有著不可替代的優勢，本文將對復合材料風機轉子葉片制造工藝進行探討，進而尋找更適合的工藝，減少成本。

關鍵詞：復合材料； 風機轉子； 葉片制作； 工藝；

引言：

葉片是風力發電機擁有捕捉風能比較基礎、最關鍵的部件，不過葉片的價格也非常昂貴，甚至可占據發電機所有成本的兩層左右，葉片的質量密度比較小，但對風機運行的效率提升卻有非常直接的影響。風力發電機組的運行環境一般都比較差，所以需要確保葉片有抗疲勞強度及機械性能。想要在根本上減少發電機組的制造與運行成本，葉片制作的成本更低、壽命更長、安裝更方便、維修次數會更少。利用玻璃纖維、碳纖維、及熱塑性樹脂而形成的復合材料輕質高強、耐蝕性較高、可設計性較強。復合材料風機轉子葉子制造工藝包含著手糊成型、預浸料成型、模壓成型、纖維纏繞、真空灌注成型及樹脂傳遞模塑等方式。

1、預浸料輔放工藝

預浸料法的命名是因該技術使用預浸增強材料，這種工藝是將部分增強材料或固話樹脂鋪放在一個單一的模具當中，并且對其進行加熱固化處理。想要根本杜絕樹脂區，減少可能發生的氣空隙，就要確保預浸料中的數值可以滿足溢出量的要求。同手糊工藝相比較，預浸料鋪放是屬于勞動密集型、產量低的產業，預浸料方法是生產復雜形狀構件的非常理想的工藝，在國外該工藝的利用率比較高，已經達到了比較成熟的發展階段。在實際的生產過程中，由于葉片的蒙皮、主梁、根部等不同的部位所使用的工藝都有所不同，力學性質也有差異，因此，要確保產品的性能，同時還要兼顧降低成本，不同的部位就要使用不同的預浸料。

2、纖維纏繞

纖維纏繞一般都運用在管道或者容器的制作過程中，纖維纏繞工藝是利用連續纖維浸入到浸膠槽當中，在機器所控制的實際芯模的實際模型上進行纏繞。纏繞工藝能利用機器控制好纖維張力、生產速度、纏繞角度等變量。纖維纏繞所生產出的相對粗糙的外表會產生對葉片的空氣動力學的性質會發生變化，因此要處理好葉片的表面工作。因為計算機控制與芯模型控制的成本比較高，所以更適用于管道和容器，不過在葉片生產過程中也會增加額外的成本。

3、垃擠工藝

拉擠成型的工藝一般都運用在生產斷面、連續成型的制品生產過程中，若是連續成型的工藝生產中，要加強材料使用樹脂浸膠槽采用固化成型。拉擠制品中的纖維含量比較高，質量也比較穩定。大型自動化設備對于拉擠工藝的實際運用的生產成本也成為了生產的主要因素，此項工藝技術對于小型風機葉片的生產占有比較明顯的優勢。

4、模壓成型

在使用模壓成型的工藝時，首要的就是將樹脂或加強材料放置到模具中，之后利用模具閉合，加壓加熱，最后再利用脫模處理并且固化。模壓成模的特點表現為高纖維含量、低空隙率、生產周期比較短、尺寸公差更準確、表面處理的好。要使模具承受越23-42m的大跨度、壓力大、加熱膜需要使用高投資成本，模壓成型所使用的生產部件有纖維含量高、強度高的質量比，如果利用成本相對較低的方法制作出比較復雜的幾何形狀的葉片具有較大的難度。

5、手糊工藝

手糊工藝是生產復合材料風機轉子葉片的傳統的技術方式之一，要利用纖維基材防治在一個單一的模具當中，使用毛刷或滾子用于涂敷樹脂或玻璃布，要利用腸胃固化，成型后進行脫模。手糊工藝都是利用形狀比較大型的、復雜的、成本比較低的制品工藝進行生產，這樣才能不受壓力或加熱的因素影響。這種工藝同其他技術相比較，成本比較低廉，手糊工藝生產的風機葉片也具有一些缺陷，主要表現為產品質量需要熟練控制好生產環境，工人操作熟練程度要求也比較高，產品質量的生產效率、質量均勻性都具有較大的波動性，同樣具有較高的廢品率。負載氣動外型及夾芯結構的葉片對于生產性能要求比較高，還要用粘結等二次進行加工。粘結工藝操作需要借助粘結型架或平臺，進一步確保粘結面能夠完全貼合，生產工藝比較復雜且困難。利用手糊工藝制作的風力發電機葉片在實際的風機使用過程中，出現工藝問題大都是因為樹脂或纖維浸潤不好、固化不全、含膠量不均勻等情況誘發的裂紋、斷裂、或葉片變形等情況。

6、真空灌注成型工藝

真空灌注成型工藝是利用纖維增強材料直接鋪放在模具智商，在纖維增強材料商再鋪設一層剝離層，剝離層一般是一層低滲透率的纖維織物、很薄的低孔隙率，剝離層上需要鋪放高滲透的介質，再利用真空薄膜進行包覆并密封。真空泵抽氣到負壓狀態，樹脂利用進膠管進而到整個系統，再利用導游管引導著樹脂流動的主方向。導流布使得樹脂全部分布到鋪層的各個角落，在固化后完成剝離脫模不，進而會獲得含膠量低、比較密實的鋪層。

真空灌注成型工藝是風機轉子葉片的生產商選擇的最佳的方法，可以更好的節約時間，減少有機揮發物，還能完善勞動條件，進而減少工作人員同有害物質的接觸，進而滿足人們對于其環保的需求，完善了工作環境，工藝操作鞥夠更簡便。另外，利用真空還能消除掉氣泡，減少產品可能發生空隙的勤快，另外，還可以更好的控制產品的含膠量，使得產品的穩定性好，重復性也比較高。制品的外觀質量好，相同鋪層的厚度一致，強度比較高，同手糊成型工藝制作出的葉片，其拉伸程度提升五分之一，真空灌注工藝對于模具的要求不多，模具制作也比較簡單，能有效減少生產成本。

結束語：

隨著經濟的不斷發展，科學技術的不斷進步，環境發展需要可持續的發展，復合材料風機葉片制造工藝正朝著復雜化、大型化的方向去發展，各項工藝也在實際運用的過程中得到廣泛的使用。在使用風力轉子葉片制造工藝的過程中，要合理的選用適當的工藝獲得更低的成本、更高的質量的風機轉子葉片。

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