采用长纤维热塑性复合材料注塑替代手工成型生产小型风电叶片的研究分析

   2013-12-23 《中小型风能设备与应用》2378


  3.2 电镜实验。将制品截断,截面处电镜照片如图6 所示。

  对A 型叶片成品断裂部位经过电镜扫描观察,其纤维和树脂之间的包覆情况非常紧密,没有出现纤维拖出现象。
  3.3 力学性能。对制品进行挂重实验,将叶片根部固定于实验台车臂上,最大静载荷砝码测试值选为300kg 时,匀速上升至1.8m高度后,叶片的根端部(90cm 端处) 逐渐开始出现断裂纹发生与增大扩展,直至最终断裂,此时叶片疲劳断裂强度认为己经达到最大极限值。实验过程如图7 所示。
  3.4 重量控制。通过合理设计注塑工艺参数,可以注塑生产出合格的热塑性复合材料叶片产品,每个叶片重量为3780g,公差为±15g,完全达到叶片设计的疲劳断裂强度要求。
  3.5 噪声。注塑产品表面质量较手糊工
  艺更优良,各叶片一致性、稳定性大幅提高,叶片气动外形与设计数据偏差小。故相比手糊成型叶片,注塑成型叶片噪声大幅度降低,A 型叶片目前测量结果为35dB 以下。
  总之,根据上述测试结果,在注塑加工成型后,长玻纤增强热塑性复合材料(PPLGF40)制品中的长纤维(LGF) 的最小保留长度会较大( > 3.4 ~ 5.8mm),明显大于其临界尺寸Lo=1.083mm,并且在制件内可以形成相互缠结纤维的三维空间网络结构。纤维(LGF) 增强效应更加明显,纤维拔出功更大,冲击强度会更高。 纤维头端部的应力集中点也是裂纹引发点,容易造成应力开裂,从而使抗冲击韧性下降。由于长玻纤增强热塑性复合材料叶片制品中的纤维最小保留长度(Lo) 较长,纤维头端部数量则会显著减少,应力开裂减少,从而使刚性强度、抗冲击韧性,以及载荷能量吸收同时得到显著提高。
  由此可见,长纤维热塑性复合材料完全能够满足小型风力发电机叶片的使用要求,是实现替换手糊成型工艺的理想材料。

  4. 结论和展望
  用长玻纤增强热塑性复合材料制备风能复合材料叶片,具有更好的力学机械性能和成型加工性能,特别是密度低、高刚性、耐低温抗冲击性好、耐蠕变好,质量控制可靠,产品综合成本降低约30%,因而取代用手糊成型工艺加工的风电叶片是风电行业未来的发展方向。
  这一成果为国内实现小型风能热塑性复合材料叶片产品的高性能化、国产化奠定了重要基础,具有十分重要科研意义和巨大经济价值,必将为我国风光互补发电系统集成技术与小型风力发电机行业发展做出更大贡
献。

【参考文献】
[1] 王飞,小型风力发电机叶片设计与制造工艺研究,广西大学, 2007 年06 月07日。
[2] 方鲲,长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料制备风光互补发电体统风能叶片的模具设计和注塑成型,中国塑料, 2013 年3 月,
第27 卷,第3 期。
[3] 钱伯章,聚合物复合材料的新进展,化工新型材料,2008,36(6)。
[4] 王汝敏,郑水蓉,郑亚萍,聚合物基复合材料及工艺,科学出版社,2003。
[5] 陈祥宝,树脂基复合材料制造技术,化学工业出版社,2000。
[6] 黄丽,聚合物复合材料,中国轻工业出版社,2001。
[7] 李宏伟,手糊玻璃钢质量的控制,全面腐蚀控制,2003,17(5)。
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