風(fēng)電葉片生產(chǎn)中使用噴膠對(duì)層合板力學(xué)性能的影響

賈宇婷，楊 忠，郝志勇，劉鮮紅，張洪銘

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津 300480)

0 引 言

風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要部件之一，在運(yùn)行過(guò)程中主要負(fù)責(zé)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。在葉片鋪層工藝過(guò)程中，為了防止鋪層時(shí)出現(xiàn)纖維布滑落現(xiàn)象，要使用噴膠進(jìn)行固定[1]。為了研究噴膠對(duì)層合板性能的影響，通過(guò)層間剪切[2]實(shí)驗(yàn)研究噴膠種類(lèi)對(duì)層合板性能的影響，以及通過(guò)搭接剪切[3]實(shí)驗(yàn)研究不同噴膠量對(duì)層合板性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用的材料如表1所示。

表1 材料信息Tab.1 Material information

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 噴膠類(lèi)型對(duì)材料力學(xué)性能影響

在10 cm×10 cm的空白纖維布上分別噴上含量為5.4 g/m2的橡膠型噴膠和丙烯酸噴膠，然后置于干凈的環(huán)境下備用；以12層單向纖維布(G-UD-1200M50)為灌注基材，采用圖1鋪層方式，根據(jù)提前制作的色卡進(jìn)行噴涂，當(dāng)噴膠發(fā)粘時(shí)進(jìn)行粘接，在粘接區(qū)域用適當(dāng)壓力施壓，以保證粘接效果；鋪層完成1、10、40、90、120 h后，在23℃，50%RH環(huán)境下進(jìn)行灌注制成FRP樣板，灌注樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂DQ200E/DQ204H，自然固化16 h，然后70℃固化8 h；最后采用JC 773—2010《纖維增強(qiáng)塑料短梁法測(cè)定層間剪切強(qiáng)度》進(jìn)行層間剪切性能測(cè)試。

圖1 層間剪切實(shí)驗(yàn)纖維布粘接方式Fig.1 Bonding mode of fiber cloth in interlaminar shear experiment

1.2.2 噴膠含量對(duì)材料力學(xué)性能影響

在10 cm×10 cm的空白纖維布上分別噴上含量為5.4、16.2 g/m2的噴膠，放置在干凈的環(huán)境中備用；以4層3AX-1215(0°，±45°)纖維布為灌注基材，采用階梯錯(cuò)層拼接的鋪層方式，每層錯(cuò)層40 mm，如圖2；根據(jù)提前制作的色卡進(jìn)行噴涂，當(dāng)噴膠發(fā)粘時(shí)進(jìn)行粘接，粘接過(guò)程中在粘接區(qū)域用適當(dāng)壓力施壓，以保證粘接效果；在23℃，50%RH環(huán)境下進(jìn)行灌注，灌注樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂DQ200E/Q204H，自然固化16 h，然后70℃固化8 h；采用ISO 527—4《塑料拉伸性能的測(cè)定》進(jìn)行拉剪性能測(cè)試。

圖2 搭接剪切實(shí)驗(yàn)纖維布粘接方式Fig.2 Bonding mode of fiber cloth in lap shear experiment

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 噴膠類(lèi)型的影響分析

從表2和圖3可以得出，丙烯酸型噴膠層間抗剪強(qiáng)度均大于橡膠型噴膠層間抗剪強(qiáng)度，說(shuō)明橡膠型噴膠對(duì)材料力學(xué)影響較大，丙烯酸型噴膠比橡膠型噴膠與環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合效果更好。這主要是由于橡膠型噴膠成分中含有不溶于樹(shù)脂的物質(zhì)，該物質(zhì)固化后在層合板中相當(dāng)于雜質(zhì)存在，影響玻纖層與層之間的結(jié)合性，使板層之間容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致材料力學(xué)性能的降低；另外，通過(guò)圖4可以得出，樣條斷裂形貌為可接受的層間剪切失效模式，見(jiàn)圖5。

表2 層間剪切測(cè)試值Tab.2 Test value of interlaminar shear strength

圖3 層間剪切強(qiáng)度對(duì)比Fig.3 Comparison of interlaminar shear strength

圖4 層間剪切斷裂形貌Fig.4 Interlaminar shear fracture morphology

圖5 試樣失效模式Fig.5 Sample failure mode

2.2 噴膠含量的影響分析

表3 是搭剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，可以得出，5組試樣的離散系數(shù)均較小，說(shuō)明離散程度小；5.4 g/m2丙烯酸型、16.2 g/m2丙烯酸型、5.4 g/m2橡膠型噴膠含量的玻璃鋼條相對(duì)于空白組的玻璃鋼條拉剪強(qiáng)度高，說(shuō)明噴膠具有連接搭接區(qū)域的作用，但是噴膠含量越大，對(duì)玻璃鋼條的拉剪性能影響就越大。從圖6可以看出，拉剪試驗(yàn)斷裂面是在搭接區(qū)域開(kāi)始斷裂，所以破壞有效。另外，對(duì)比16.2 g/m2丙烯酸型和16.2 g/m2橡膠型，發(fā)現(xiàn)橡膠型含量為16.2 g/m2的玻璃鋼條拉剪強(qiáng)度低于空白組玻璃鋼條強(qiáng)度，見(jiàn)圖7，說(shuō)明材質(zhì)為橡膠型噴膠對(duì)材料的拉剪性能影響更大。

表3 剪切測(cè)試值Tab.3 Shear strength test value

圖6 搭接剪切斷裂形貌Fig.6 Lap shear fracture morphology

圖7 搭接抗剪強(qiáng)度對(duì)比Fig.7 Comparison of lap shear strength

3 結(jié) 論

丙烯酸型噴膠比橡膠型噴膠與環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合較好，對(duì)材料力學(xué)性能影響較小；2種類(lèi)型噴膠的交聯(lián)時(shí)間對(duì)材料有影響，時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能降低；風(fēng)電葉片生產(chǎn)過(guò)程中，噴膠的使用對(duì)材料有影響，噴膠用量越多，材料力學(xué)性能越差。■