風(fēng)電葉片的季節(jié)性灌注生產(chǎn)管理和工藝技術(shù)措施

李 斌

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津 300480)

0 引 言

我國北方地區(qū)的春秋兩季為風(fēng)電葉片生產(chǎn)的黃金季節(jié)，在此季節(jié)不需要額外投入更多的能源成本。然而葉片的市場供應(yīng)依賴于風(fēng)電整機(jī)裝機(jī)需求，每年入冬后至次年的 3、4月份，因整機(jī)裝機(jī)較少導(dǎo)致葉片的需求量少，同時環(huán)境溫濕度偏低也不適宜生產(chǎn)葉片。在每年的 5～10月伴隨整機(jī)裝機(jī)量的增多，葉片的需求量也增多，葉片生產(chǎn)進(jìn)入高峰期，然而葉片生產(chǎn)所需的環(huán)境條件比較苛刻，由于環(huán)境溫濕度越來越高，并不適宜生產(chǎn)葉片。在不投入更多外界輔助能源的情況下，本文將在節(jié)約能源成本的前提下，對如何在極限條件下組織葉片的灌注生產(chǎn)進(jìn)行探討，做到葉片生產(chǎn)的均衡。

1 樹脂灌注技術(shù)

灌注的基本原理是將樹脂在真空負(fù)壓的作用下被“吸入”增強(qiáng)纖維或纖維布中。樹脂灌注玻纖布的速率是由以下參數(shù)決定：樹脂系統(tǒng)的粘度 η，玻纖布或增強(qiáng)纖維的浸潤能力D，作用在灌注樹脂的壓強(qiáng)梯度ΔP。

灌注速率v與上述3個參數(shù)的相關(guān)性為：

可知灌注速率與纖維浸潤能力(D)正相關(guān)，與灌注壓強(qiáng)梯度(ΔP)正相關(guān)，與樹脂粘度(η)負(fù)相關(guān)。

1.1 樹脂粘度

在給定負(fù)壓下，低粘度樹脂保證了更快的流動性，樹脂流過增強(qiáng)纖維層時受到的阻力也減小，好的流動性意味著可以減少樹脂注入點，增大灌注構(gòu)件同時減小灌注設(shè)計的復(fù)雜度，樹脂粘度由微觀分子結(jié)構(gòu)決定。以環(huán)氧樹脂為例，多數(shù)用于風(fēng)電葉片灌注制造的樹脂，以稀釋劑降低標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧單體樹脂的粘度值。另一種提高灌注速度的方法是提高樹脂溫度，因為樹脂的粘度是隨溫度升高而降低的。

1.2 滲透性

干纖維布或鋪層的滲透性取決于以下幾個因素：纖維直徑、纖維表面助劑、玻纖布的類型。

玻纖與碳纖維在滲透性上具有顯著區(qū)別，碳纖維的灌注難度明顯加大。這是由于碳纖維直徑(5～10,μm)小于玻璃纖維的直徑(16～24,μm)，以至碳纖維束更加緊密排布，妨礙了灌注樹脂的浸潤。一種化學(xué)表面助劑的添加保護(hù)了纖維在編織時不被損壞，并增加了纖維與樹脂的粘合能力以提高層合板的整體性能。表面助劑的一個重要功效就是增加纖維與樹脂浸潤能力，這在灌注工藝中尤為重要，使得樹脂能快速浸入并流過纖維層。玻纖布主要根據(jù)力學(xué)性能和纖維方向要求選擇，在灌注工藝中需要考慮纖維布的浸潤能力。

1.3 壓力梯度

通過真空泵抽真空，外界大氣壓會使得封閉的真空袋內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，樹脂即被吸入負(fù)壓的真空袋繼而浸潤纖維鋪層，浸潤的前沿和后沿會產(chǎn)生牽引力，牽引力與纖維鋪層的浸潤性成正比，一旦纖維鋪層確定，牽引力將等于產(chǎn)生的壓力梯度。

2 風(fēng)電葉片灌注工藝的主要影響因素

風(fēng)電葉片真空輔助樹脂灌注工藝是將纖維增強(qiáng)材料直接鋪放在模具上，在纖維增強(qiáng)材料上鋪設(shè)一層剝離層(脫膜布)，剝離層上鋪放高滲透介質(zhì)(隔離膜、導(dǎo)流網(wǎng))，然后用真空袋膜包覆密封，模具用真空袋膜包覆密封，真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài)；樹脂通過注膠管進(jìn)入整個系統(tǒng)，通過導(dǎo)流管引導(dǎo)樹脂流動的主方向，導(dǎo)流網(wǎng)使樹脂分布到鋪層的每個角落，加熱固化后剝離脫模布，得到葉片殼體。

風(fēng)電葉片幾何構(gòu)造相對簡單，比較適合灌注工藝。但對現(xiàn)有灌注工藝進(jìn)行核心開發(fā)和不斷優(yōu)化后，仍然無法克服一些潛在可改變的影響因素，如環(huán)境溫度和真空壓力。灌注工藝的速度和樹脂的粘度以及與壓力梯度是正相關(guān)的，而樹脂的粘度對操作環(huán)境溫度的變化非常敏感，所以需要操作環(huán)境溫度的持續(xù)不變性以保證灌注工藝步驟不受影響。真空灌注最重要的工藝參數(shù)就是系統(tǒng)和模具的抽真空質(zhì)量，即使極小的漏氣也會導(dǎo)致空氣被吸入鋪層，鋪層內(nèi)的壓力梯度能很快催生氣泡并散布開來，最終造成成品的缺陷(如大量的氣泡)和需要修補的區(qū)域。

本文默認(rèn)灌注的其他影響因素是正常的，僅考慮季節(jié)性的溫度對灌注生產(chǎn)的影響，探討如何在高溫及寒冷的條件下，在不投入過高的能源成本前提下，合理有效組織生產(chǎn)。

3 極限條件下風(fēng)電葉片的灌注生產(chǎn)

8月份，屬于中國北方高溫季節(jié)，室外溫度高達(dá)37,℃以上，經(jīng)測量統(tǒng)計某風(fēng)電葉片公司成型車間環(huán)境溫度為 35,℃左右，樹脂從靜態(tài)混合器打出后出口溫度為 30,℃左右，凝膠時間相對變短。粘度變化的規(guī)律是：溫度每上升 10～15,℃，反應(yīng)速度加倍，需要的固化時間將減半。在此條件下，在生產(chǎn)組織時可采取如下措施：葉片固化完成后，斷開加熱電源，提前將模具翻開，等滿足脫模條件后，將葉片吊出模具，采用通風(fēng)方式(鼓風(fēng)機(jī))使模具的表面溫度降至室溫，開始鋪層；將葉片灌注用樹脂提前 3,d存入打膠房(打膠房裝有匹配的大功率空調(diào)，設(shè)置溫度 18,℃)，確保長時間的存放能使樹脂溫度降低，進(jìn)而促使打膠溫度及脫泡后的溫度降低，以便延長灌注時間；錯峰生產(chǎn)，將葉片的灌注放在凌晨進(jìn)行，并且整個灌注過程采用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。

1月份室外溫度低至 0,℃，經(jīng)測量統(tǒng)計某風(fēng)電葉片公司成型車間環(huán)境溫度為 10,℃左右(空調(diào)低溫運行)，樹脂從靜態(tài)混合器打出后出口溫度為 20,℃左右，樹脂粘度較大，灌注時間較長。在此條件下，在生產(chǎn)組織時可采取如下措施：葉片后固化完成后，將模具翻開，等滿足脫模條件后，將葉片吊出模具，直接鋪層，同時將模具的加熱溫度調(diào)至保溫溫度 35,℃，一直至葉片灌注完成，整個過程模具的表面溫度接近20,℃；將葉片灌注用樹脂提前 3,d轉(zhuǎn)入打膠房(打膠房裝有匹配的大功率空調(diào)，設(shè)置溫度 30,℃)，確保長時間的存放使樹脂溫度升高，進(jìn)而促使打膠溫度及脫泡后的溫度升高，降低樹脂粘度，加熱的好處在于增加了樹脂的流動性和浸潤能力；錯峰生產(chǎn)，將葉片的灌注生產(chǎn)放在中午，盡可能在車間內(nèi)部實時提高空調(diào)運行溫度。

4 總 結(jié)

風(fēng)電葉片的灌注生產(chǎn)要求：灌注環(huán)境溫度 15～32,℃；打膠出膠溫度(25±3)℃，脫完泡溫度≤32,℃，若樹脂經(jīng)過單組分脫泡，出膠溫度≤32,℃即可，出膠后可直接灌注。實際生產(chǎn)中，在高溫季節(jié)，如生產(chǎn)訂單飽滿的情況，在大型廠房中加裝空調(diào)是可行的，單支葉片的平均能耗成本會較低，同時采取輔助設(shè)施會大幅降低生產(chǎn)成本。在寒冷季節(jié)，如生產(chǎn)量少，在大型廠房中加裝空調(diào)是高成本、高耗能的，如交貨量少甚至可以短暫停產(chǎn)，少量生產(chǎn)則可采取輔助設(shè)施，雖然生產(chǎn)周期會加長，但生產(chǎn)成本增幅不高。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)量可以采用的方法是加熱模具表面至環(huán)境可達(dá)到的最高溫度(如 25,℃)，這樣既能保持灌注工藝的穩(wěn)定性，也能通過降低樹脂粘度提高灌注速度。高溫季節(jié)灌注過程中，當(dāng)樹脂溫度＞35,℃時，必須每 5,mim內(nèi)檢測一次樹脂溫度，一旦溫度達(dá)到40,℃，必須更換樹脂，同時 10,min內(nèi)向管道補充新的樹脂，防止先進(jìn)入管道內(nèi)的樹脂固化。