风力机叶片材料的选择与评价-论文.pdf

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1、科上海建材技前沿,it风力机叶片材料的选择与评价新闻上海玻璃钢研究院有限公司杨萍蔚患摘要：介绍了风力机复合材料叶片用基体材料、增强材料、胶粘剂和芯材的选材要求及评定方法，为现有材料的替代和新型材料的选择，寻求综合性能优异的材料提供参考，以满足叶片低成本、轻量化、质量稳定性的需求。关键词：叶片材料性能P16化1引言物无褶皱、不断裂、不撕裂，纤维无波折、扭结或起伏的学叶片是风力发电机中最基础和关键的部件，其良情况下，与模具贴合紧密，能够制成与产品相同的形状。建好的设计、稳定的质量和优越的性能是保证机组正常(3)浸润性。材运行的重要因素。叶片在工作中要承受多种外界因

2、素(4)叶片根端模拟试验。根端是叶片结构最厚的位的影响，要求叶片具有比重轻、最佳的疲劳性能和机械置，不管是树脂还是纤维的选择，均应该进行实际生产性能，能经受极端恶劣条件和随机负荷的考验，具有良模拟。好的耐紫外线性能、耐腐蚀性能和良好的稳定性。(5)层压板力学性能。目前所用E一玻璃纤维织物叶片材料的选择是叶片设计的关键，优良的材料主要有单轴向布、双轴向布和三轴向布，采用真空灌注是风力机叶片具有优良特性的重要保证。现今国内风工艺制备层压板，按相应的ISO标准进行测试，常见叶电行业发展迅速，叶片向大型化方向发展，使得替代材片设计需要材料满足性能见表1。料的选择和先进

3、材料的开发显得尤为重要。国内目前表1各种玻璃纤维织物层压板性能测试项目单轴向布双轴向布尚未有特定的标准和评定方法，主要从基体材料、增强0。三轴向布(4-45。)材料、胶粘剂和芯材等几方面对叶片材料进行分析，提0。拉伸800650出选材的相关要求和方法。强度／MPa*0。拉伸2叶片材料体系42．5l2．O30．5模量／GPa2．1增强材料0。拉伸2．03．O2．0增强材料主要起着承载载荷的作用，包括E一玻璃延伸率／％0。压缩纤维、s一玻璃纤维、M一玻璃纤维、碳纤维以及超高分子600500强度／MPa*量聚乙烯纤维、玄武岩纤维等新兴纤维。0。压缩模量／GPa45l

4、2．032．5E一玻璃纤维因其成本低、适用性强的特点得到大0。压缩量使用，是目前叶片主流增强材料。但E一玻璃纤维的1_213．01．75应变／％密度较大，完全依靠传统的E一玻璃纤维已不能满足大纵横剪切4544型叶片发展的需求，新型的高模量玻璃纤维和碳纤维强度／MPa纤维质量开始应用到叶片中。727072含量／％2．1．1性能要求注：标注的数据均为特征值，其余均为平均值。选择任何纤维织物，根据实际生产工艺和设计需同时，采用归一化方法分析力学性能测试数据，目要，从力学性能和工艺性能进行考虑：的是为对力学性能测试结果进行直接比较，把原始测(1)外观质量。纤维织物无断

5、丝、毛丝、杂质、缺丝试值修正成相对于某一规定的纤维体积含量的数值。和丝束排列不均匀等缺陷。数据归一化处理试图减少受纤维控制的性能的差异，(2)铺覆性。在叶片曲面上铺放纤维织物，纤维织考虑到大部分载荷是由纤维承担的这个前提假设，数科技前据归一化是合理的ll1，按照式(1)进行归一化处理：={。[2h1)'l+旦沿～⋯⋯⋯⋯⋯。、1各向异性材料计算公式-4tA&'P／'，、P=P·()(1)：={Yy【：hl(’’D0)_一l1+州瑶j—‘5Vm新其中，P为归一化值；Pm为实测值；Vt为理论纤维一般情况下，二维径向流动前沿曲线为圆形或椭闻体积含量；Vm为实测纤维体

6、积含量。圆形，记录树脂流动前沿半径r和时间t，根据以上公式信2．1．2浸润性测试方法计算渗透率。息树脂与纤维之间的浸润性是真空灌注成型工艺中2．2基体材料的重要影响因素，是保证产品质量和避免气泡、白斑等基体材料在复合材料中起着粘结、支持、保护增强缺陷的关键。材料和传递应力的作用，主要包括不饱和聚酯树脂、环浸润性通过增强材料的渗透率来表征。渗透率是氧树脂和乙烯基酯树脂，直接关系到叶片的工作温度、综合反映纤维渗透特性的参数，用来表征树脂流过纤耐环境性能及成型工艺，目前国内主要以环氧树脂为主。PI7维织物的难易程度，是优化成型工艺和保证产品质量为达到叶片性能要求，提

7、高叶片的承载能力以及的关键。满足真空灌注成型工艺的要求，须从以下几个方面进化(1)一维方向行材料选择和测试：学一维方向渗透法是树脂在单向流动的情况下，测(1)粘度要求合适。建量恒定流速的树脂在纤维内的一维流动压力降。由一般控制在180mPa·s～300mPa·S。树脂粘度影响材Darcy定律可推出树脂一维方向方程l1l：叶片成型时间以及与增强材料之间的浸润性。(2)低固化放热峰温度。譬=c叶片结构中局部较厚，低的放热峰可大大减少内应力和延长模具的使用寿命，放热峰过高会引起爆聚。式中：x为树脂流动前锋位置m)；K为纤维的渗透(3)凝胶时间长，固化时间短。率张量(

8、m)；AP为压力梯度(Pa)；t为灌注