风电叶片真空灌注成型工艺质量问题探析

李爽

关键词：风电叶片;真空灌注成型工艺;质量问题

树脂是真空灌注工艺当中的常用材料，它具备着诸多的优势。但是其粘度、凝胶时间、固化速度等性能会随着周围的环境因素改变而发生性能的变化。适当调节工艺水平，从而使得风电叶片真空灌注成型的工艺质量能够满足生产建造的需求，是相关从业者以期达到的目标。

一、成型质量问题

在北方地区，7月份属于高温天气，据有关统计显示，当风电叶片的成型车间在此时约35℃左右的温度，湿度则会在75%左右。此时会对相关材料的固化时间和性能状态造成影响，树脂从静态的混合器打出后，需要维持温度范围为30～32℃，粘度为 138～151，mPa.S。由于风电叶片的尺寸具备差异性，面积较小、层数较少的风电叶片对于该状态下的温度和湿度变化情况影响较小，但是体积较大、层数较多的叶片则会造成性能上的较大影响，需要对工艺形式进行调整。其他时节和环境的变化也会对材料的性能造成相对应的影响[1]。在不同的环境下，主梁帽的成型和壳体的成型也会呈现质量的差异。

二、原因分析及解决方法探究

2.1主梁帽灌注时包围问题

主梁帽结构在高温灌注的过程当中，容易造成包围的现象。这是由于该结构在连续性生产创造的过程当中，会从模具的温度较高的状态下展开施工操作。材料的内部结构纤维层温度状态较高，树脂的粘性水平处于较低的状态，而且容易产生流动的现象。最终导致超前到达，而没有完全浸透。为了解决主梁帽灌注时的包围问题，可以在脱膜之后，给予一定的时间，用电扇吹拂等形式，达到降温的目的，从而延缓树脂的流动过程。也可以采取分时段来完成进胶口等方式，从而尽可能的降低包围问题出现的概率。

2.2壳体成型时包围问题

壳体材料在温度较高的状态下，也容易造成包围的现象。在高温生产的过程中，树脂粘度较低、导流网中流速过快，此时的渗透速度也会发生改变，造成壳体表面和叶根最低区域出现快速抵达边缘状态的现象，而造成包围的情况。为了解决该问题，可以将叶根区域的导流网边距进行调控来缓解包围问题，将15cm的数值调控至10～25cm的数值范围之内，杜绝内部结构边缘化的现象。叶根区域的导流网调控形式具体如图一所示：

2.3壳体成型时的包围问题

在壳体成型时，容易出现区域气泡较多的现象，这是由于树脂中的带入气泡集中于主梁帽，很难被抽出。高温状态下也容易导致胶管和抽气管产生漏气的情况。为了解决气泡的现象，杜绝漏气的情况，应当严格的加强固化过程的调整，使得灌注工艺更具细节的控制，避免腔体出现漏气的情况。要对树脂的材料进行脱泡处理，使得整个生产创造过程能够在真空状态下进行。通过抽气，持续约10min左右的操作时间，使得多项方案共同促进，得到组织协调的目的。避免树脂的倾倒，产生较多的气泡，而影响到了材料的性能。

2.4常温主梁帽白斑、干纤维质量问题

树脂材料在高温的状态下，具备着流动快以及粘度低的特点，能够达到较好的灌注效果，实现固化的操作反应。而在常温的状态下，树脂在导流管中的流速以及树脂向纤维中渗透的流速会具备一定的差异，前者的速度较快，从而使得灌注过程中梯度更大。最终导致包围的现象，造成白斑或干纤维的情况出现。为了解决这些问题，应当根据环境的特点，做好模具的加热工作。在开展工艺生产创造时，也通过抽气和注射等多种形式来解决包围的问题。在两导流管的设置阶段，根据环境的变化，调整边缘的距离，从而延缓包围的现象[2]。

2.5高温壳体白斑、干纤维质量问题

灌注壳体在高温的状态之下，容易产生干纤维的情况或出现白斑的状况，这种质量问题主要是由于壳体在进行灌注的过程当中，容易形成包围的现象，缓冲区域会较小，而且不符合系统工艺构造的标准。出现了偏执较大的情况，会影响到材料的性能。灌注树脂的停留时间过长，就会导致粘度较大，而产生流动性较低的情况。在解决上述问题时，可以通过将导流材料添加在纤维的下表面，从而达到底层导流空间增大的目的，均衡不同的方向，防止形成包围的现象。也可以通过使用VAP膜，利用抽气来提升整体的效率，将缓冲区域的宽度不断增大，将两根注胶的U型管向导流网进行切断，从而使得流动的速度得到控制。也可以将前缘导流网减速区的宽度进行调节，通常调节在120～250mm范围之内能够保持较佳的运行状态。在壳体的灌注工艺处理时，应当根据具体的情况来打出树脂材料，减少树脂的堆积情况，避免材料的浪费。要严格按照真空灌注的工艺需求，对整个真空灌注的系统进行布设。通常情况下，要保持流体材料和端面的5cm左右距离，而叶根抽气口与铺层也要尽可能的相隔较远，才能保持较好的供应效果。在灌注的过程当中，也要控制车间整体的温度，要配合胶房树脂材料的制造需求，调节温度的大小，从而完成材料的构造，达到较好的工艺效果[3～4]。

2.6真空灌注工艺成型的条件

在材料的选择方面，应当根据工艺的条件，考虑材料的兼容性问题。树脂材料具备着体系粘度低的特点，通常情况下，其范围值为100～400，mPa·s。它需要满足真空压力的作用条件，而且对于不同的工艺形式，其最终创造的凝胶时间也会不同。为了能够达到灌注的效果，必须要有效控制凝胶的时间。在选择树脂材料时，要确保材料粘度变化较小。通常情况下，在真空的灌注工艺处理时，会有加强筋的操作，保证树脂材料的延伸性。通过研究复合材料中树脂基体的优点，开发更多的工艺建造形式，从而创造出低黏度的还氧树脂，提高生产创造的效率。通过对树脂材料流动性的研究，能够更好的控制工艺形式，滿足制作的需求。在达西定律当中，树脂被认为是不可压缩的，而且粘度也不容易受到切变速度的影响。将树脂的流动分为两大类：可以由压力梯度来决定浸润或者宏观的流动速率;由纤维毛细管的压力和表面的张力来决定微观的流动速率。通过研究影响流动速率的相关条件，优化整体的建造形式。纤维预制件当中的树脂流动检测装置能够控制材料的相关特性，利用硬件和软件提升检测平台的效率，围绕节点将资源分为小的单元，从而在利用达西定律的基础之上，控制好流动的速率，完成真空灌注工艺的控制过程。

三、结束语

综上所述，受到温度条件的限制，真空灌注工艺会存在材料性能的变化。尤其是树脂材料，会在风电叶片成型的过程当中根据环境而产生相对应的性能影响。所以，应当根据工艺的需求做出调整，控制质量的风险因素，尽可能的避免材料的质量出现问题。在高温状态下和常温状态下进行生产加工的对比，尽可能的减少固化的时间，节约模具。提高生产效率，改善工艺成果，提升产量，创造更大的经济效益。

参考文献

[1]郝志勇. 真空导入工艺在风电叶片领域的应用与研 究[J]. 天津科技，2011，38（3）：28-30.

[2]李艳菲，李敏，顾轶卓，等. 风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究[J]. 玻璃钢/复合材料，2012（4）：109-114.

[3]孙曼灵. 环氧树脂应用原理与技术[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

[4]李亚娟.风电叶片分层缺陷演化的力学行为及声发射响应特性研究[D].保定：河北大学，2015.