洛阳理工学院毕业论文 风电叶片成型工艺

风电叶片成型工艺摘要风能是一种高效、环保，并且可持续发展的新能源，利用风能发电已成为解决能源危机的一种重要手段。叶片是风能发电装备的关键组成部分，随着风力机单机容量增大，叶片长度也相应的增长，兆瓦级大型叶片成为目前风电市场上主要需求对象。但由于兆瓦级大型叶片体形庞大，传统的手糊工艺已很难实施，于是采用真空辅助成型工艺便成了最佳方法。本文主要介绍了以真空辅助成型工艺生产（45.3米长）风力叶片的工艺流程。其生产流程包括三部分:第一、真空辅助成型工艺，包括真空辅助成型的特点、对树脂的要求及流道的设计；第二、各种材料的铺设，包括内外蒙皮的铺设，加强层的铺设，大梁的放置和芯材的铺设等；第三、叶片的缺陷，包括叶片生产过程中出现的缺陷做了等级划分，并针对各种缺陷给出了相应的型修方案。关键词：风力叶片真空辅助成型工艺流程型修方案

WindbladesformingprocesssummaryABSTRACTWindenergyisanefficient,environmentallyfridendlyandsustainableofnewenergy.,usingwindpowertosolvetheenergycrisishasbecomeanimportantmeans.Leavesisakeycomponentofthewindpowerequipment,withthewindturbinecapacityincreasing,theleaflengthhasacorrespondingincrease,megawattwindpowerlargeleaveshasbecomethemainmarketdemandforwindpowertarget.Butbeacauseofthelargebladeshapeofhugemegawatt,traditionalhandlay-upprocesshasbeendifficulttoimplement,sousingvacuumassistedmoldingtechnologyisthebestmethod.Thearticleprimarilydescribestheproductionofvacuumassistedmoldingprocess2.0MW(45.3-meter-long)processofwindblades.Theproductionprocessconsistsofthreeparts:first,vacuumassistedmoldingprocess,includingthecharacteristicsofvacuum-assistedmolding,resinrequirementsandthedesignflow;second,thelayingofvariousmaterials,includingthelayingofinternalandexternalskin,thelayingoftheenhancementlayer,thelayingofbeamplacementandthecorematerial,etc.;Thirdly,thedefectsoftheleaves,includingleafdefectsthatoccurduringtheproductiondivideinclasses,andforvariousdefectsgivesacorrespondingrepairprogram.KeyWords:WindBladeVacuumassistedresinspecificationprocessmolding-repairscheme目录前言 1第1章风电叶片的材料体系 21.1增强体 21.2基体 3第2章风电叶片的成型工艺 4真空辅助成型工艺 42.1.1VARI成型工艺特点 42.制备工艺流程 52.1.3VARI工艺所需树脂基体的性能 62.1.4VARI主要几种的流道设计形式和芯材的选用 72.2各部件的成型 10腹板工艺 10大梁工艺 12壳体工艺 12第3章型修方案工艺 22叶片缺陷等级划分 22缺陷等级划分和规定 22各种缺陷的等级分类 22叶片缺陷型修方案 23第4章叶片生产应用中存在的问题及对策 28大型模具问题 28固化时间问题 284.3叶片的固化问题 29叶片的长途运输问题 294.5退役叶片的处理问题 294.6其他问题 30结论 32谢辞 33参考文献 34外文资料翻译 34前言电能的主要来源是热力发电、核发电和水力发电。但随着社会的逐步发展，经济的持续增长，能源消耗量也不断增加，煤、石油、天然气等传统能源的紧张，全球正面对日益严峻的能源形势。然而，工农业的持续发展必需有充足的电能来支持。鉴于资源的限制和环境保护，这就迫使世界各国不得不讨论用其他再生能源发电问题。一般再生能源发电有风力发电、光电能、地热发电、生物能发电4种形式。其中，风力发电是新能源中最具规模开发条件和商业化发展前景的可再生能源技术，在远期有可能成为世界重要的替代能源。因为风能资源不仅是一种可再生能源，而且是一种绿色环保能源，每生产1kW·h风电能就少排放约600g二氧化碳。风能的开发和利用越来越得到人们的重视，已成为能源领域最具商业推广前景的项目之，目前在国内外发展迅速。目前风电市场的发展主要在欧洲，全球排名前4位的国家分别是德国、美国、西班牙和丹麦。中国风能资源丰富，风能利用潜力巨大。近年来，随着设备制造能力的增强，我国风电产业呈现加速增长的态势。因此，为了适应风力发电产业发展趋势，开发更长且刚性更好的叶片势在必行：（1）世界风力发电现状风电价格由20世纪80年代的40美分／(kW·h)降到现在3～5美分／(kWh)，随着技术设备的改善，成本还可以在目前的基础上再减少30％～50％。正因为此，界风力发电每年以30％左右的速度增长。2006年世界风电市场仍以欧美发达国家为主，亚洲地区处于逐步开发状态，速度相当可观。过去l0，风能已经成为世界上增长最快的能源。风电的发展主要仍集中在欧美发达国家，德国风力发电一直走在世界的前列，目前世界上15座l0GW的风力发电机厂，l0座在欧洲，而亚洲的印度及中国则是排列顺序逐渐上升，是未来10年最被看好的潜力市场。（2）中国风电现状中国风能资源丰富，主要集中在三北地区(东北、华北、西北)及东部沿海风能丰富带。设计、制造、建设及管理能力的逐步提高，使我国已经具备大规模发展风电的前提条件。中国政府十分重视风电开发利用，陆续出台了一系列政策，支持风力发电的发展国家科技部等有关部门的主持下，通过“六五”、“七五”、八五”和“九五”的科技攻关，在原国家计委“乘风计划”和原国家经贸委“国债风电”项目的带动下，我国大型风力发电机组及其部件的设计制造方面取得很大的进展。形成了风力发电机组总装企业为龙头，风力发电机组零部件制造厂相配套的格局；完成了以600kW风力发电机组为主机型的国产化进程。自主研发的750kW机组已批量投放市场十五”期间，为了赶超国际风力发电机组设计、制造先进水平，国家科技部又投入资金支持研制开发MW级风力发电机组，现已可达到2.2KW，正在研究更大功率的风电叶片。各个地区的风力发电场也得到了大力支持和迅速发展。第1章风电叶片的材料体系在风力发电机兴起100多年的历史里，叶片材料经历了木制叶片、布蒙皮叶片、铝合金叶片等。随着联网型风力发电机的出现，风力发电进入高速发展时期，传统材料的叶片在日益大型化的风力发电机上使用时某些性能已达不到要求，于是具有高比强度的复合材料叶片发展起来。现在，几乎所有的商业级叶片均采用复合材料为主体制造，风电叶片已成为复合材料的重要应用领域之一。复合材料在风力发电中的应用主要是转子叶片、机舱罩和整流罩的制造。相对而言，机舱罩和整流罩的技术门槛较低，生产开发的难度不大。而风力发电机转子叶片则是风力发电机组的关键部件之一，其设计、材料和工艺决定风力发电装置的性能和功率。采用复合材料叶片主要有以下优点：①轻质高强，刚度好。众所周知复合材料性能具有可设计性，可根据叶片受力特点设计强度与刚度，从而减轻叶片重量；②叶片设计寿命按20年计，则其要经受上亿周次以上的疲劳交变，因此材料的疲劳性能要好。复合材料缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能好，疲劳强度高；③风力机安装在户外，近年来又大力发展海上风电场，要受到酸、碱、水汽等各种气候环境的影响，复合材料叶片耐候性好，可满足使用要求；④维护方便。复合材料叶片除了每隔若干年在叶片表面进行涂漆等工作外，一般不需要大的维修。风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，一般由根部、外壳和加强筋或梁三部分组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90％以上。复合材料叶片发展之初采用的是廉价的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，直到今天这仍是大部分叶片采用的材料。增强体叶片增强体起初采用玻璃纤维增强，直到今天这仍是大部分叶片采用的材料。但随着叶片长度的不断增大，这种体系在某些场合已不能满足要求，于是很自然地，性能更优异的增强材料——碳纤维进入了叶片生产者的视野。一般认为，42m以下的叶片采用玻璃纤维，而大于42m的叶片则采用碳纤维或碳玻混杂纤维。鉴于目前国际上碳纤维价格居高不下，有些人认为在叶片生产中采用碳纤维太过昂贵，不应采用，实际上并非如此，一方面由于叶片长度的增加，其对刚度的要求也更加严格，在更大尺寸叶片的制造上，单纯的玻璃纤维已不能满足要求，碳纤维的刚度大约是玻纤的3倍，制成的复合材料刚度约是玻璃钢的两倍，从这个意义上说碳纤维的引入是必要也是必须的；另一方面，由于叶片尺寸的加大，其质量也越来越巨大，高性能碳纤维的引入可以在很大程度上实现叶片的减重，而随着叶片重量的减轻，旋翼叶壳、传动轴、平台及塔罩等也可以轻量化，从而可整体降低风力发电机组的成本，抵消或部分抵消碳纤维引入带来的成本增加。随着大型、超大型海上风力发电机的制造和陆续投入运行，碳纤维在风电叶片上大规模应用的时代已为时不远。1.2基体树脂基体方聚酯树脂价格低廉，成型工艺性好，但性能一般，环氧树脂则刚好相反，性能较优但价格较高且工艺操作性不好，主要是粘度太大，可以在加热条件下改善其粘度。所以目前成本和性能等介于二者之间的乙烯基树脂被一些叶片制造商大量采用。但是，鉴于环氧树脂的优越性能和碳纤维的价格过高，国内技术成熟的大企业会选择环氧树脂增强玻璃纤维生产大型叶片，可达单机功率KW（45.3m长），如洛阳双瑞风电。第2章风电叶片的成型工艺现在的叶片成型工艺一般是先在各专用模具上分别成型叶片蒙皮、主梁及其他部件，然后在主模具上把两个蒙皮、主梁及其它部件胶接组装在一起，合模加压固化后制成整体叶片。具体成型工艺又大致可分为七种；①手糊；②真空辅助成型工艺；③树脂传递模塑(RTM)；④西门子树脂浸渍工艺(SCRIMP)；⑤纤维缠绕工艺(Fw)；⑥木纤维环氧饱和工艺(WEST)；⑦模压。上述工艺中，①、④、⑤和⑥是开模成型工艺，而②、③和⑦是闭模模塑工艺。传统的叶片生产一般采用开模工艺，尤其是手糊方式较多，生产过程中会有大量苯乙烯等挥发性有毒气体产生给操作者和环境带来危害；另一方面，随着叶片尺寸的增加，为保证发电机运行平稳和塔架安全这就必须保证叶片轻且质量分布均匀。这就促使叶片生产工艺由开模向闭模发展。采用闭模工艺，如现在热门的真空辅助成型工艺，不但可大幅度降低型过程中苯乙烯的挥发，而且更容易精确控制树脂含量，从而保证复合材料叶片质量分布的均匀性，并可提高叶片的质传统风电叶片成型工艺一般采用手糊成型，但随着叶片长度的增加，手糊产品的质量越来越不能满足大型叶片强度要求，真空辅助成型已经成为当前大型叶片主要成型工艺。真空辅助成型工艺真空辅助成型工艺(VARI—VacuumAssistedResinInfusion)是一种新型的低成本的复合材料大型制件的成型技术，它是在真空状态下排除纤维增强体中的气体，利用树脂的流动、渗透，实现对纤维及其织物浸渍，并在室温下进行固化，形成一定树脂／纤维比例的工艺方法。我所借助和国外合作的机会，再经过改进后使这种新型的真空辅助成型工艺更趋完善。VARI成型工艺特点VARI成型工艺和传统的工艺相比，不需要热压罐，仅在真空压力下成型；也无需加热，可在室温下固化，经后处理可在较高的温度下使用；也比手糊方法制造的制件空隙率低，性能好，纤维含量高。将玻纤织物按设计方案进行铺层制得预制件并在预制件表面依次铺放脱模介质、导流介质，然后用预先制好的真空袋对上述系统进行密封，抽真空，注胶，加热固化。VARI工艺布置示意图见图2-1。图2-1VARI工艺布置示意图1一模具；2--聚酯薄膜；3一预制件；4—脱模介质；5一导流介质；6--真空嘴；7一真空袋；8--注胶嘴；图2-2VARI框图VARI工艺所需树脂基体的性能在真空辅助成型中，对基体树脂的要求是：(1)低粘度，借助真空可在增强体堆积的成型体中流动、浸润、渗透；(2)足够长的时间不变牯度，有利于浸透、排气，使树脂工作寿命满足结构要求；(3)可在室温下固化；(4)固化时无需额外压力，只需真空；(5)具有良好的韧性,高于一般树脂的弹性模量，以及抗腐蚀性(耐酸碱和海水)和可加工性；(6)具有较高的玻璃化转变温度，以满足耐热要求，经后处理后可以在较高的温度下使用；(7)具有优良的阻燃性，目前在国外用真辅助成型艺制造大型复合材料构件时，多半采用环氧树脂。但环氧树脂的粘度较大，为降低粘度．整个成型过程中模具和制件只能在80℃下进行；并lt在不进行后处理时，Tg只能达到90～100C。2.1.4VARI主要几种的流道设计形式和芯材的选用(1)VARI最主要的部分之一就是流道的设计，包括树脂流道和真空通路。目前国内外的流道设计主要有以下几种形式：①在模具表面上加工导流槽。这种形式的装置是树脂从制件下表面往上表面进行渗透。图2-3表面加工有流胶槽的模具②在模具表面加工出真空通路，使用高渗透性介质作为树脂的流动通道。高渗透性介质一般都是采用编制的立体网状的结构，有利于树脂的流动和渗透。这种方式是树脂从预成型体的上表面向下表面渗透。预成型体的上下表面各有1层介质作为树脂的通道。图2-4加工有真空通路的模具③在泡沫芯材上开孔或制槽来作为树脂流动的通路。泡沫芯材放在模具的表面上，树脂从预成型体的下表面向上表面渗透。开孔或制槽(槽的形式很多，可以是单向的，也可以是十字交错的)的泡沫芯材最终是产品的一部分。图2-5表面制流胶槽的泡沫板图2-6制流胶孔的泡沫板④模具上加工出主导流槽后和高渗透性的介质配合使用。这种形式不需要在模具上加工出很多的沟槽，只需加工出一个或几个主要的沟槽作为进胶的通道就可以了。也可以用管子来替代沟槽，不需要在模具表面加工。树脂从下往上渗透，整个制件表面的树脂流动就通过高渗透性的介质来完成。模具形式见图2-7。图2-7加工有主流胶槽和注胶孔的模具⑤使用打孔或制槽的金属板替代高渗透性介质作为树脂和真空的通道。采用这种形式，树脂是从下往上渗透，打孔或制槽的金属板放置在预成型体的上下表面。其树脂流动的主通道是在模具上制出合适的孔或槽。2.2各部件的成型叶片的成型可以三个部分，腹板、大梁、主模具，提前先成型腹板和大梁，然后在主模具上组合成型，本节从这三个方面介绍各部件工艺流程。2.2.1腹板工艺腹板由TE面（避雷线粘接面）和LE面（非避雷线粘接面）组装而成，两面在各自的模具上单独成型，脱模后组装，组合后用于后续壳体合模工序中。（1）清理模具用劈灰刀或美工刀将模具内部的残留的树脂及其他杂质清理干净；带模具内的固体物质清理干净后用干净的抹布将模具内清理出的污物、灰尘擦拭干净。（2）涂脱模剂使用干净的抹布在模具内部及法兰上150mm范围内涂抹脱模剂，现用55—NC，要求涂抹均匀、适量;（3）铺脱模布前后缘均从根部（20m处）铺宽300mm脱模布，翻边50±10mm，要求全部脱模布要求与模具紧贴，无褶皱。另外TE面从后缘根部（20）到50m处铺300mm脱模布，起点边缘与前缘法兰边底部靠齐，终点与模具中线对齐，50m到453m沿中线铺300mm脱模布，使脱模布中线尽量与模具中线平齐。（4）铺外蒙皮根据工艺参数铺第一到第四层玻纤布，各层均为双轴布，具体工艺参数见表3-1，布块搭接均为50+20mm。（5）铺芯材将PVC泡沫芯材按顺序取出，从根部或尖部铺起，注意各个有倒角的泡沫块的位置一定要对准模具上的倒角位置，尤其是从两头往中间对铺的情况下，根据各泡沫块的尺寸大小作稍微修前或补缺，力各个泡沫与模具紧贴而有不至于过紧拱起。（6）铺外蒙皮根据工艺参数铺第五到第八层玻纤布，各层均为双轴布，具体工艺参数见表，布块搭接均为50+20mm。表3-1腹板铺层参数TE面LE面层数起始位置mm终点位置mm层数起始位置mm终点位置mm第一层187544500第一层187544500第二层187544500第二层187544500第三层935038000第三层935034600第四层1275032900第四层1445024500第五层1275032900第五层1445024500第六层935038000第六层935034600第七层187544500第七层187544500第八层187544500第八层187544500（7）铺管路取包好的螺旋管（此管系用脱模布包），根部到33m处采用两根直径12mm的螺旋管，33m处到尖部采用一根直径8mm的螺旋管铺设注胶管路，小管接入一根大管中，接口处用注胶块连接，接管路为后段注胶口。（8）建真空系统使用直径8mm的螺旋管在两边模具法兰内出气孔内侧铺设，用压敏交代2m左右固定一下，再于螺旋管上铺透气毡，在模具内外出气孔间打压敏胶带，粘接真空袋膜并接真空泵抽真空建立真空系统。(9)灌注用自动混胶机把环氧树脂与环氧树脂以100:35的比例混合，排出到灌胶桶中，由注胶口进行灌注，待所有玻纤布都完全沁透后即可关闭注胶口停止灌注。(10)固化灌注完毕后，盖上棉被，模具开始升温一直到到80℃左右，等待六个半小时固化。(11)脱模组装待完全固化后用吊带和天车吧把TE面和LE面脱模，把LE面固定到腹板放置架上，在TE面上按要求糊制避雷线，待固化后中间涂抹胶黏剂粘接备用糊制的玻璃钢定位块把LE面和TE面组装。.2大梁工艺大梁分为SS面(侧风面)和PS面（迎风面），分别用于叶片主模具的SS面和PS面上，作加强筋使用，承载叶片的大部分作用力，因此其强度要求比较高，其中SS面分别由51层和57层无纬布灌注而成。其成型工艺流程与腹板大致相同，在此不作重述叙述。.3壳体工艺壳体即成型的两个叶片半叶片，在这段工序中将前面生产的腹板（合模时支撑壳体PS面和SS面，起抗剪作用）和大梁（壳体铺层过程中与玻纤布一起铺设，并灌注于壳体中。1清理模具用劈灰刀或美工刀将模具内部的残留的树脂及其他杂质清理干净；带模具内的固体物质清理干净后用干净的抹布将模具内清理出的污物、灰尘擦拭干净。2涂脱模剂使用干净的抹布在模具内部及法兰上150mm范围内涂抹脱模剂，现用55—NC，要求涂抹均匀、适量；大约每生产三只叶片要对模具整体涂抹脱模剂，局部位置需要每片均涂抹，具体位置如下：根部（—100mm—300mm）涂上脱模剂，3mm—45.3mm位置只涂法兰边及法兰边往叶片内300mm处的位置。3铺脱模布—0.1m铺800mm脱模布，翻边50±10mm，；2.前缘6m前铺宽300mm脱模布，6m~45.3m铺宽150mm脱模布，翻边均为50mm±10mm；×30mm的脱模布，脱模布边缘与尖部平齐；全部脱模布要求与模具紧贴，无褶皱。4固定根部挡环将根部挡环放置在模具内，其光滑面与根部-0.1m处对齐，用F夹和C夹固定挡环两端和中间部位于模具上。5安装避雷接收器避雷接收器位置；叶片长度方向L=25.3m，距离后缘内边缘440mm处。在放置避雷接收器时，紧靠模具处应垫上一层尺寸为30mm×30mm的双轴向布，双轴向布用喷胶固定在模具上。铺大布时,将避雷接收器的螺栓从大布的缝隙中穿过。6铺内外蒙皮和加强层（图3-1）外蒙皮共有三层布，第1层为三轴向布，第2层、第3层三轴向布；内蒙皮与外蒙皮对称铺设，第113层三轴向布，第112层、111层三轴向布；其余97层为根部加强层，尺寸都比较短。内外蒙皮均为大尺寸布块，需使用天车配合铺布，同时用拖图3-1铺玻纤布把布擀平，保证纤维没有褶皱，没有波浪。中间的定位定位块铺设时使用前缘及后缘卡板进行定位。将将避雷接收器的螺栓从布的缝隙中穿过。后缘拐角处的铺层需用木楔压实。7铺芯材（图3-2）壳体的芯材包括Balsa木和PVC.泡沫，分别铺于前端和后端。在铺放之前先将Balsa木沿着切割线掰开，并将碎屑抖落。铺设时沿切割线切开部分连接线可使其与模具更贴合。芯材之间的缝隙布大于２ｍｍ。修补芯材时，相邻芯材的高度差不得大于２ｍｍ。图3-2铺芯材（PVC泡沫芯材）8铺导流介质（1）铺设脱模布：用幅宽600mm脱模布将梁帽从头到尾全部覆盖；用幅宽600mm脱模布将前缘后缘合模时涂结构胶的部位全部覆盖，并且超出法兰边200mm用于包裹螺旋管。(2)铺设有空隔离膜：有空隔离膜应将壳体表面全部覆盖，有空隔离膜可以搭接，搭接量为30—50mm，防止空被封闭掉。(3)铺设导流网：一层导流网从叶根直接铺设到叶尖，中间不需要断开；B第二层导流网裁剪要求;前缘，从叶根至轻木和pvc相接处铺至法兰边内边缘往下20—30mm，边缘要求平正圆滑过渡；从轻木与pvc相接处至叶尖，往分模面内50mm剪开，边缘要求平正，圆滑过渡。如图3-3。图3-3铺导流网9铺设欧姆管各个管的具体铺设位置要求：叶片长度方向平行铺设两条欧姆管，根部环向平行图3-4注胶管路欧姆管铺设两条欧姆管，各管内径均为25mm，欧姆管搭接口用脱模布或透气毡覆盖，以免刺破袋膜。如图3-5。10建立真空系统主要包括铺设真空袋膜（图3-5）、密封真空袋膜(图3-6)、抽真空（图3-7）。图3-5铺设真空袋膜在模具法兰边上粘贴密封胶条时，第一层袋膜密封胶条法兰边上的仅靠内出气孔内侧，第二层袋膜密封胶条距离法兰边上内外出气孔之间；在两层袋膜的密封胶带的内侧个放置螺旋包管，作抽气用。接抽气管于真空泵吹真空，叶片抽真空后，先后打开第一、第二层真空袋膜，要求保压至-0.1MPa，并且保压二十分钟内真空泵掉三个以内的格。图3-6密封真空袋膜图3-7抽真空11灌注注胶的工艺条件：真空系统达到注胶条件，即可保住压，20分钟真空泵掉3格以内；B模具温度为38度，保温；树脂初始温度为30度，上下可波动2度（温度低于25度，要求保温储存）；车间环境温度为25度，上下可波动2度。灌注体系：壳体真空灌注采用760E树脂和766H慢速固化剂混合体系，其混合质量比例为：760E:766H=100:35;灌注过程注胶桶内温度不高40度;不允许向发热的树脂桶内加入新的树脂；图3-8灌注中的叶片12固化灌注完毕后，盖上棉被，模具开始升温一直到到80℃左右，等待六个半小时固化。13合模第一，粘结角的准备（1）粘接角糊制要求：①粘接法兰用4层双轴向玻纤布和一层三轴向玻纤布糊制；②先糊三轴向玻纤布，然后糊制双轴向布；③玻纤布长度方向进行搭接，在开始和末端均错开50mm；④糊制时要求用滤辊将气泡赶净，不允许有干丝，白丝，缺胶现象；⑤粘接角模具要放置到位，糊制出的粘接角才不至于出现下榻等缺陷问题。（2）糊制粘接角工艺①准备粘接角模具：将粘接角募集表面的杂物清理干净，使用3M喷胶在粘接角模具表面粘一层幅宽300mm的脱模布；②将粘接角模具安装到壳体制定的工装位置固定，粘接角模具的安放位置应多出制品边缘3mm；③糊制粘接角所用的树脂为730E,固化剂分为快速固化剂734H和慢速固化剂735H可根据环境温度决定使用何种固化剂，其树脂与固化剂的混合质量比比例为;730E:734(735H)=100：35；④糊制后如果用慢速固化剂应用暖风机进行吹暖风加速固化，慢速固化剂不需进行加热，其在二十多分钟内即可完全固化。（3）切割粘接角①因切割误差，所以在进行切割前划线时，在原有设计高度基础上加5mm的切割误差；②所有区域进行圆滑过渡切割。(4)腹板的放置①撕掉腹板上下底部的脱模布，并清理干净腹板上下底部的杂物；②腹板从模具2米处为放置的起点；③通过测量放置SS面和PS面的定位块（方法：测量腹板和大梁对应位置的腹板宽度为amm，大梁宽度为bmm，那么b-a／2即为以大梁中心为中心线以b-a／2为定位块距离中心线的长度），每隔两米放置一组（每2块为一组）定位块，在距离叶尖最近处的定位块只需在前缘位置并排放置两块即可；④用环氧树脂730E和734H配制胶液将定位固定在测量的位置；⑤利用天车将腹板放置到ss面，准备试合模。第二，试合模（1）要求①叶片的根部切割至分模面以上3—5mm；②叶片手糊粘接角切割打磨到位；③PS面合模夹安装到位；④腹板组装到位。（2）目的①利用橡皮泥检测叶片壳体和腹板以及壳体和粘接角间的距离；②确保模具完全闭合；③检查是否有干涉出现；④记录的护具并计算粘胶的用号。（3）步骤①将组装好的腹板用行车吊到模具内部用腹板根部定位工装定位；在叶片前后缘粘接位置，粘接角位置和腹板PS粘接面上放置橡胶泥上裹上小块薄膜；每隔1000mm放置一块橡皮泥。有粘接角的位置平行放置两块橡皮泥。在后缘最大弦长处附近要吧橡皮泥捏成长条形状。其余位置的橡皮泥要捏成锥形。在铝块和铝尖上放置橡皮泥。④试合模之后根据测量估计结构胶的用量。第三，涂抹结构胶①结构胶的成分是树脂770E和778H，其混合比例为770E:778H=100:50;②撕去腹板表面的脱模布，将混合好的结构胶涂抹在大梁放置腹板的位置，利用推板按要求涂抹结构胶，涂抹完后，将腹板放到上面，压实；③撕去后缘需涂抹结构胶但覆盖有脱模布位置的脱模布，在相应位置涂抹结构胶，并用推板推去多余的结构胶；④在前缘粘接角位置、腹板上表面与ps面相接处、后缘粘接角位置、叶根位置均涂抹结构胶，并用推板推去多余的胶。第四，闭合模具①涂抹结构胶之后，开始闭合模具，待安装好避雷装置之后，完全闭合模具；②测量闭合之后叶根处水平和竖直位置叶根圆的直径大小，腹板开端处距离0点的距离，做记录。③以合模后ss和ps相接处为中心线，手糊内补强，内补强第五，后固化①经确认模具合模完成后模具开始升温后固化；②模具加温程序：升温速率为20度每小时；升温至75度后，保温个小时；③合模后在叶根部加盖保温棉，对叶片模腔进行保温。第六，模具降温和起模①在保证固化温度前提下，树脂固化结束后，经确认结构胶和内补强固化，Tg值大于75度；开始起模；②模具降温过程中需要测定叶片结构胶的温度，当结构胶的温度不低于40度（约需要1到1.5个小时，这个过程进行叶片检查，处理，模具清理工作）才能对叶片进行起吊的操作，起模。图3-9脱模后的制品第3章型修方案工艺成型出来的叶片会有不同种类、不同程度的缺陷，为了便于叶片的修改会对叶片各种类缺陷根据缺陷程度给予等级划分。3.1叶片缺陷等级划分3缺陷等级划分和规定(1)缺陷等级划分根据经验现将叶片的缺陷等级划分为四个等级，等级越高表示缺陷越严重，不同等级的缺陷需要相应的工作部门进行处理。(2)规定叶片基础负荷层：指叶片的内蒙皮、叶片的外蒙皮；叶片加强层：指叶片的内15层、外15层、根部79层；叶片UD复合层：指叶片梁帽、叶片的后缘UD；夹芯材料：Balsa和PVC。（单位：除特别说明外，所有尺寸的单位均为mm。）3各种缺陷的等级分类基础复合层一级缺陷；基础复合层出现白丝、气泡，修复面积在1平方米之内；基础复合层出现划伤、碰伤，修复面积在1平方米之内；基础复合层出现油污、杂物。修复面积在1平方米之内；二级缺陷:基础复合层出现白丝、气泡，修复面积大于1平方米但小于2平方米；基础复合层出现划伤、碰伤，修复面积在大于1平方米但小于2平方米；基础复合层出现油污、杂物。修复面积大于1平方米但小于2平方米；；(2)加强层一级缺陷:加强层出现气泡、干丝，层数在5层之内；加强层出现褶皱，深度在5层之内；加强层铺设位置偏差不大于10mm。二级缺陷:加强层出现气泡、干丝，层数大于5层但在10层之内；加强层出现褶皱，深度大于5层但在10层之内；加强层铺设位置偏差大于10mm但小于20mm。三级缺陷:加强层出现气泡、干丝，层数大于10层；加强层出现褶皱，深度大于10层；加强层铺设位置偏差大于20mm。四级缺陷:加强层出现贯穿性的气泡、干丝；加强层褶皱超过厚度的一半。(3)UD复合层一级缺陷:UD层出现褶皱，深度在5层之内；UD层出现气泡、干丝，层数在5层之内.二级缺陷:UD层出现褶皱，深度大于5层但在10层之内；UD层出现气泡、干丝，层数大于5层但在10层之内；三级缺陷:UD层出现褶皱，深度大于10层但小于厚度的一半；UD层出现气泡、干丝，层数大于10层但小于厚度的一半；四级缺陷:UD层出现贯穿性的气泡、干丝；UD层出现褶皱超过厚度的一半。(4)夹芯材料一级缺陷:夹芯材料间隙尺寸不符合要求（小于2mm），但间隙尺寸小于5mm。二级缺陷:夹芯材料间隙尺寸大于5mm，但小于10mm。三级缺陷:夹芯材料间隙尺寸大于10mm。（5）其他缺陷一级缺陷:叶片连续缺胶，缺胶范围不大于100平方毫米；铝尖安装偏离基准不大于5mm；合模错位不大于1mm。二级缺陷:叶片连续缺胶，缺胶范围大于100平方毫米但在200平方毫米之内；3.2叶片缺陷型修方案（1）基础复合层型修方案（内外蒙皮）一级二级缺陷的型修方案：①将缺陷区域使用红色记号笔画出矩形区域；②按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行圆滑过渡打磨；③按照打磨层由大到小的方式进行补布，先补双轴向玻纤布，在补三轴向玻纤布，最后在外表面加一层三轴向玻纤布作为加强层，每层布按长度50mm，弦长30mm进行错层；④手糊方式进行补布。（2）加强层缺陷型修方案（内外15层、79加强层）一级缺陷的型修方案:干丝、气泡的修复:①将缺陷区域使用红色记号笔画出矩形区域；②按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行圆滑过渡打磨，严禁出现明显台阶；③按照打磨层由大到小的方式进行补布，最后在外表面加一层三轴向玻纤布作为加强层，每层布按长度50mm，弦长30mm进行错层；④手糊方式进行补布。褶皱修复:①将褶皱区域打磨掉，按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行错层，使用三轴向玻纤布手糊修复；②三轴向玻纤布长度50mm，弦长30mm进行错层，由大到小的方式进行糊制。二级缺陷的型修方案:干丝、气泡的修复;①将缺陷区域使用红色记号笔画出矩形区域；②按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行圆滑过渡打磨，严禁出现明显台阶③按照长度方向50mm，弦长方向30mm由大到小的错层铺布，外层加修补层*20%的加强层，加强层最小布要大出修补层，最大边长度100mm，弦长30mm，并按长度方向50mm，弦长30mm由大到小的方式进行补层；④采用真空导注进行修复褶皱修复:①将褶皱区域打磨掉（最多磨10层），按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行错层打磨；②三轴向玻纤布长度50mm，弦长30mm进行错层，由大到小的方式铺布，外层加修补层50%的加强层，外加强第一层长度方向超过修理层100mm，弦长方向超过修理层50mm，其余按照长度50mm，弦长30mm错层；③采用真空导注进行修复三级缺陷的型修方案:干丝、气泡的修复:①将缺陷层数不大于20层，按照每5层一组进行错层打磨，5层的打磨，斜角的长度为20mm，每一组按长度100mm，弦长50mm进行错层打磨。缺陷层数大于20层的，每10层为一组进行打磨，斜角的长度为50mm，，每一组按长度100mm，弦长50mm进行错层打磨；②按照打磨层由小到大方式进行补布；③最后加修补层*50%的三轴向玻纤布加强层，加强层大出修补层长100mm，弦长30mm，并按照长50mm，弦长30mm由小到大错层补布；④采用真空导注进行修复。褶皱修复:①按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行错层打磨（最多磨10层）；②按照长度方向50mm，弦长方向30mm由大到小的错层铺布，外层加修补层*100%的加强层，加强层由小到大铺布，外加强第一层超过修理层长100mm，弦长50mm，其余按照长度50mm，弦长30mm错层；③采用真空导注进行修复。四级缺陷的型修方案:综合会审后确定修复方案。（3）UD复合层型修工艺一级缺陷的型修方案：A干丝、气泡的修复：①将缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域；②按照长度方向100mm，弦长方向20mm进行圆滑过渡打磨；③按照打磨层由小到大方式进行补布，最后在外表面加一层单向UD的加强层，每层布按照长度方向100mm，弦长方向20mm进行错层；④壳体后缘采用手糊方式进行补布，大梁UD层放入壳体后进行真空导注。B褶皱修复：a壳体后缘UD缺陷：①不建议修复；b大梁UD缺陷：①将褶皱缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域；②按照长度方向50mm，弦长30mm错层打磨;③按照由小到大的方式进行补布，外加一层单向UD加强层;④放入壳体后采用真空导注。二级缺陷的型修方案：A干丝、气泡的修复：①将缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域；②按照长度方向100mm，弦长方向20mm进行圆滑过渡打磨；③按照打磨层由小到大方式进行补布，最后在外表面加一层单向UD的加强层，每层④壳体后缘UD采用真空导注方式进行补布，大梁UD层放入壳体后进行真空导注。B褶皱修复：a壳体后缘UD缺陷：①不建议修复；b大梁UD缺陷：①将褶皱缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域；②按照长度方向50mm，弦长30mm错层打磨;③按照由小到大的方式进行补布，外加一层单向UD加强层;④放入壳体后采用真空导注。三级缺陷的型修方案：A干丝、气泡的修复：①将缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域；②按照长度方向100mm，弦长方向20mm进行圆滑过渡打磨；③按照打磨层由小到大方式进行补布，最后在外表面加一层单向UD的加强层，每层布按照长度方向100mm，弦长方向20mm进行错层；④壳体后缘UD采用真空导注方式进行补布，大梁UD层放入壳体后进行真空导注。B褶皱修复：a壳体后缘UD缺陷：①不建议修复；b大梁UD缺陷:①将褶皱缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域；②按照长度方向100mm，弦长方向20mm进行错层打磨，打磨层数最多为原有厚度层数的一半；③按照打磨层由小到大方式进行补布，最后在外表面加一层单向UD加强层，底部进行补强，补强层数为原厚度的20%;④放入壳体后采用真空导注。⑤放入壳体后梁帽区主管进行清洗修复追踪。四级缺陷的型修方案：综合会审后确定修复方案，可能报废。（4）夹芯材料缺陷型修工艺一级缺陷型修方案：芯材受损或缺块及分层型修方案：①将缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域②将芯材表面的玻纤布按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行平滑过渡打磨；③将受损的芯材剔出或将富树脂层剔出；④在芯材底部刷一层树脂，并在其上铺设一层表面毡；⑤将提前下好的芯材铺放于缺陷处，在芯材上面涂刷一层树脂⑥按照打磨层由小到大方式进行补布，最后在外表面加一层三轴向玻纤布的加强层，每层布按照长度50mm，弦长30mm进行错层；⑦采用手糊方式进行缺陷修复。（5）芯材间隙①在芯材间隙处使用三轴向玻纤布进行手糊加强；②加强层数为间隙值，按照长度50mm，弦长30mm进行错层修复；③手糊方式进行修复。二、三级缺陷的型修方案：芯材受损或缺块及分层型修方案：①将缺陷区域用红色记号笔画出矩形的区域②将芯材表面的玻纤布按照长度方向50mm，弦长方向30mm进行平滑过渡打磨；③将受损的芯材剔出或将富树脂层剔出；④在芯材底部刷一层树脂，并在其上铺设一层表面毡；⑤将提前下好的芯材铺放于缺陷处，在芯材上面涂刷一层树脂⑥按照打磨层由小到大方式进行补布，最后在外表面加修补层*20%的加强层，每层布按照长度50mm，弦长30mm进行错层；⑦采用真空导注方式进行缺陷修复。（6）其它缺陷型修工艺叶片连续缺胶型修方案(包括一、二、三级缺陷)：前后缘缺胶修复：①使用铜棒对叶片前后缘粘接面进行敲击，对出现空洞的声音的地方进行缺胶标识，说明叶片此处缺胶，应在此处进行补胶；②补胶时，使用直径为6mm的钻头进行钻孔，孔间距为50mm；③使用吹气管将缺胶的位置吹干净；④使用注胶枪对缺陷的位置进行补胶；⑤对于小于50mm的缺胶空洞，使用直径2mm的钻头进行钻孔，在长度方向的两端各钻一个洞，使用吹气管将缺胶的位置吹干净；使用注胶枪对缺陷的位置进行补胶；⑥经确认注胶已填充完毕后，用玻纤布在外层进行修复；⑦在喷胶房中进行后固化，温度为80度，时间为3小时；叶片SS面和PS面腹板粘接面：①在叶片内部对腹部粘接面进行检查，如果出现缺胶，进行补胶；②叶片叶尖区域，在叶片外面进行检查，出现缺胶的区域进行补胶，补胶时使用6mm的钻头进行钻孔，孔间距为50mm；③腹板上粘接面高度大于20mm的进行手糊加强，在此处手糊两层双轴向玻纤布。(7)叶尖的型修工艺一、二级缺陷型修方案：①将缺陷区域用红色记号笔画出;②将包裹住铝尖的玻纤布打磨掉，并进行随行过渡；③前后缘位置进行随行过渡。三级缺陷型修方案：①将缺陷区域用红色记号笔画出;②PS面打磨开，将铝尖磨出来；③将PS面抹上结构胶，重新进行铝尖的安放、固定；④将PS面打磨掉的玻纤布按照长度方向50mm，弦长方向30mm错层修复。(8)合模错位型修工艺一级缺陷型修方案：①使用结构胶直接进行过渡。二、三级缺陷型修方案：①测量缺陷的高度;②按照权限的高度进行过错层补布，补布的层数等于错模的高度(mm);③按照长度方向50mm弦长方向立边处对齐，下方错层20mm，有小到大进行补布。第4章叶片生产应用中存在的问题及对策随着叶片尺寸的不断增加，其生产和制造过程中产生了一些在以往的中小型叶片生产中未曾碰到过的新问题4.1大型模具问题大型复合材料叶片的外形尺寸与其制造模具有着极其密切的关系。为保证复合材料叶片设计外形和尺寸精度，叶片长度越长，成型时对模具刚度和强度的要求就越高，模具的重量和成本也会大幅度提高。为减轻模具重量，降低模具成本，大型复合材料叶片的制造模具也逐渐由金属模具向复合材料模具转变，这也意味着叶片可以做得更长。采用复合材料模具主要有以下优点：①为达到最佳气动效果，叶片具有复杂的气动外形，在风轮的不同半径处，叶片的弦长、厚度、扭角和翼型都是不同的，如用金属来制造，要在模具上实现这些变化，其加工难度很高，实现代价高昂，采用复合材料模具可大大降低其工艺难度；②由于模具与叶片采用同质的材料，模具的热膨胀系数与叶片材料基本相同，故制造出的复合材料叶片的精度和尺寸稳定性均优于金属模具制造的叶片产品；③采用复合材料模具亦可大大缩短模具的制作周期，提高生产效率。4.2固化时间问题真空树脂导入模塑法(VlP)在众多叶片成型工艺中的优越性逐渐显现，具有投入少、操作简单、工作环境好制品性能好等诸多优点，目前在叶片制造领域正获得越来越广泛地应用。传统VIP工艺中，一般先把树脂、促进剂、固化剂等按比例混合好，然后开始真空吸注。只要控制好促进剂和固化剂的用量，这种方法用在一般尺寸的制件上没有问题。但在制造例如叶片等大尺寸复合材料构件时，由于吸胶注胶的时间较长，如控制不好很容易出现树脂未注完即凝胶的现象。另外在用胶量较大时，桶中配好的胶液还可能发生爆聚。为防止此类情况发生，可考虑设计一种树脂和固化剂的混合装置，吸注前树脂和固化剂分别在不同的容器内，吸注时树脂与固化剂实时混合实时吸注从而可避免爆聚和过快凝胶，即增加了生产安全性，同时也节省了原材料的用量。4.3叶片的固化问题在叶片的生产过程中，由于模具尺寸巨大，一般无法采用烘箱等传统的外部加热方式对其进行升温固化，生产一般只是在室温下进行，这就造成叶片固化周期较长，难以进行连续化的生产。解决办法是叶片在模具上基本成型后即脱模，然后在室外利用光照进行后固化处理。当前很多企业采用的都是这种叶片生产方式，如国内叶片的领军企业中航保定惠腾等。但这种方式也有其先天不足，生产受制于天气并且制品脱模前存在模具中的时间较长，会影响生产效率。为此，可考虑在模具中内置热源，如铺设流体加热管路或电热布等，通过内置热源对模具的加热来实现叶片的快速固化，从而达到不受自然条件制约的、可连续进行生产。而且，由于光照后固化方式受气候因素制约严重，目前的叶片生产基地多建在光照较充足的北方。采用内置热源的叶片模具后大大放宽了叶片生产对气候的要求，可以谋求在南方建立叶片生产基地。4.4叶片的长途运输问题目前，世界上所有风电叶片都是采用整体模具生产的，这种模具尺寸、重量巨大，叶片生产只能在生产基地进行，于是叶片的运输问题便日益突出起来：一方面，出于安全考虑，世界各国铁路、公路管理部门对运载货物的长度、高度等都是有限制的，风力发电机组的叶片和塔架长度在几十米或更长，机舱罩一般在三米或更高，塔架下法兰直径超过三米，建造风电场时大型叶片运输成本非常高昂，有些地区甚至根本无法送达。可以说，长途运输问题已经越来越成为制约风电发展的一个瓶颈。在这方面，可以考虑采用组合模具来制造叶片，即把风电叶片成型模具设计成可拆装、易运输的组合模具，通过普通公路或铁路运输把模具、工装、重要部件和原材料运抵大型风电场附近，快速搭建简易工房，在风电场现场进行叶片制造；还有一种思路就是采用组合叶片，即把叶片分成几段来制造，使其尺度在公路运输最大许可范围内，运送到风电场后再进行叶片的组装但这种构想能否在实践中应用还有待实验验证，目前尚未有这方面的报道。4.5退役叶片的处理问题风力发电是可持续的产业之一，但目前使复合材料叶片则属于不可回收材料，这已成为复合材料叶片最大的隐忧。采用热固性树脂生产的材料叶片，目前的工艺水平难以对其回收再利般的处理仅仅是在露天堆放，随着风电叶片的越来越大，数量激增，这些叶片退役后给环境造影响不可忽视，这与我们目前倡导可持续发展旨也是相违背的。针对这一问题，目前的发展趋势：是对叶片的增强材料进行改进，如采用生物质材料，即采用木材与树脂复合，通过积层制作叶片。有文献称，目前的分级竹篾层积材料比模量已超过玻纤增强的复合材料，比强度也达到与其相同的数量级，但竹篾积层材料虽减少了树脂用量，仍需要使用热固性树脂，只能治标而不能治本。最彻底的解决方式还是发展可回收利用的热塑性复合材料叶片，这方面的研究目前也取得了一定成果。爱尔兰GaothTecTeo公司、日本三菱重工、美国Cyclics公司签署了合作协议开发热塑性复合材料叶片，并已采用玻璃纤维增强Cyclics公司的低粘度热塑性CBT树脂制造出世界上首个12..6m可循环利用风电叶片。据称，这种叶片退役后，每套叶片回收的材料平均可达到19t，这是一个史无前例的数据。但在更大尺寸叶片的制造上，这种热塑性树脂目前的性能可能还不是很理想。据称，目前上述几家公司正在研制30米以上的叶片。这种“绿色叶片”究竟能否在大型风力发电机上获得广泛应用还有待时间来验证。4.6其他问题目前总体上看风力发电的形势一片大好，但也有反对的声音存在，如有的动物保护主义者认为风力发电机会危及一些动物的生存，也有人认为风力发电存在噪声污染并影响景观，另外虽然目前风力发电机以每年3～5％的速度在降价，但我国风力发电的上网电价仍然偏高。应该指出的是，任何一种技术都不是完美无缺的，都可能存在瑕疵。作为一项可惠及子孙的事业，风力发电总体上来说是利大于弊的。在这个问题上，一方面政府需要加大宣传力度，纠正公众对风力发电若干问题的看法；另一方面政府也可考虑在政策上增加对风电的扶持和指导，提高风电的价格竞争力，以实现我国风电事业又好又快的发展。结论由本文对风电叶片成型工艺的论述不难得出：选择最佳的材料体系、制造工艺和结构设计，是制造出质量上乘的复合材料叶片先决条件，而这正是一个复合材料人员所应该孜孜寻求的目标；使用内置热源的大型复合材料组合模具、改进的真空辅助成型工艺等新设想、新工艺将会成为今后会发展成为引领风电叶片研究和制造的新热点，而有望使用可回收利用的热塑性叶片树脂基体将会解决风电叶片无法回收、污染环境的问题。我国的风力资源丰富，有很大风电市场，对我国的复合材料产业来说，风力发电是一个难得的机遇。谢辞本文是在周思凯老师的精心指导和大力支持下完成的。周老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、认真工作作风和热心的教学态度，对我产生重要影响。学生在此表示由衷的协议！同时，我也在撰写论文过程中学到了很多关于风电的知识，加深了对实习中工艺理解，对叶片的认识上升了一个层次；并且对word、图表等基本计算机辅助工具的操作更加熟练，深刻感受到科学的严谨。所有这一切都将成为我终生受益的宝贵财富!同时，非常感谢辅导员等诸位老师对我的细心教育，他们细心指导我的学习与思考，不仅教我们科学知识，更以其良好的作风教给我们做人的道理，真是学生的良师益友。在此，学生要向诸位老师深深地鞠上一躬表示学生由衷的感谢！另外，对我的同学表示衷心地感谢，是他们陪我度过了人生最灿烂的时光，并在此收获了丰盛的友谊果实。最后感谢我的家人对这么多年我的精神上的理解和物质上的帮助。他们为孩子付出的一切，孩子将永远铭记在心，会用一生感知他们的冷暖一如他们用一生感知我的冷暖！参考文献倪安华.我国海上风力发电的发展与前景[J].安徽电力，2007，(2)：64．邱冠雄，刘良森，姜亚明．纺织复合材料与风力发电[J]．纺织导报，2006，(5)：56．陈宗来，陈余岳．大型风力机复合材料叶片技术及进展[J]，玻璃钢／复合材料，2005，(3)：53．谢晓芳，卞子罕．国外风力机叶片材料的新进展[J]．玻璃钢，2006，(4)：21．马振基，林育锋．复合材料在风力发电上的应用发展[J]．高科技纤维与应用，2005，30(4)：5-8．[M]化学工业出版，2007.施鹏飞，2005年中国风电场装机容量统计[z]．钟方国，赵鸿汉．风力发电发展现状及复合材料在风力发电上的应用[J].纤维复合材料，2006，(3)：48.54．陈宗来，陈余岳．大型风力机复合材料叶片技术及进展[J].璃钢／复合材料，2005，(3)：53-56．.杨霜，孙康，吴人洁．混杂纤维复合材料参数设计与力学性能的关系[J]．纤维复合材料，2001，(4)：14-18.盖晓玲，田德等．风力发电机叶片技术的发展概况与趋势[J]，农村牧区机械化，2006，(4)：53-56．董永棋．国外风力发电机FRP叶片近况[J]．纤维复合材料，2001，(3):46-49．江泽慧，孙正军等．先进生物质复合材料在风电叶片中的应用[J]．复合材料学报，2006，23(3):127-129．刘万琨，张志英，李银凤等．风能与风力发电技术[M]．北京：化学工业出版社，2007，217-218.一种用于大尺寸制件的真空渗透成型复合材料的工艺方法[P]．中国专利(申请号)：01120577.6．一种用于大厚度制件的真空渗透成型复合材料的工艺方法l[P1]．中国专利(申请号)：0l120575.X．一种提高真空渗透成型复合材料结构质量的工艺方法[P]．中国专利(申请号)：0l120576.8．一种用于复合材料真空吸注成型模具[P]．中国专利：(申请号)：0l232020．X.王如敏，郑水蓉,郑亚萍．聚合基复合材料及工艺.北京：科学出版社，2000.赵渠森，赵攀峰.真空辅助成型工艺研究.纤维复合材料，2002(1)：42.郭泓，陈淳，高国强．SCRIMP成型工艺研究．玻璃钢／复合材料，2002(6)：36.邓京兰，祝颖丹，王继辉．SCRIMP成型工艺的研究．玻璃钢／复合材料，2001(5)：40.外文资料翻译Thermodynamicandmechanicalpropertiesofamine-curedepoxyresinsusinggroupinteractionmodellingJoelP.Foreman.DavidPorter.ShabnamBehzadi.KarlP.Travis.Published

online:

12

August

2006

?

Springer

Science+Business

Media,

LLC

2006

Abstract

The

prediction

of

thermal

and

mechanical

properties

of

amine-cured

epoxy

resins

by

group

interaction

modelling

is

presented.

The

derivation

of

the

group

inter-

action

based

approach

to

the

prediction

of

macroscopic

engineering

properties

of

both

linear

and

crosslinked

epoxy

resinsisdescribedwithspecificapplicationtoMY721resin.

The

glass

transition

temperature,

bulk

and

tensile

modulus

and

linear

thermal

expansion

coefficient

of

tetraglycidyl

4,4?-diaminodiphenylmethane

(TGDDM)

cured

with

4,4?-

diaminodiphenyl

sulphone

(DDS)

are

estimated

using

the

model

and

compared

with

results

from

dynamic

mechanical

experiments.

The

glass

transition

of

TGDDM/DDS

is

calculatedtooccuratapproximately248

?Candthereasons

for

a

secondary

peak

in

the

spectrum

cured

to

180

?C

are

given.

The

bulk

and

tensile

modulus

of

TGDDM/DDS

are

calculated

to

be

7.54

GPa

and

5.34

GPa,

respectively.

Introduction

Fibre

composite

materials

consist

of

an

array

of

fibres

often

in

a

polymeric

thermosetting

matrix.

Without

support

from

the

resin,

the

fibres

cannot

be

utilised

to

their

full.

In

the

process

of

making

a

composite

material,

uncured

resin

is

impregnatedintothefibreswhicharemaintainedinadefined

orientation.

After

manufacture

into

a

structure,

the

resin

is

cured

usually

in

a

high

temperature

stage.

The

resin

chosen

as

the

matrix

of

a

composite

material

depends

on

its

appli-

cation

and

the

manufacturing

route

of

the

artifact.

In

fibre

reinforcedplasticsitiscommontouseunsaturatedpolyester

resins

for

applications

less

demanding

in

mechanical

and

thermal

environments.

In

advanced

composite

materials

based

on

high

performance

fibres

such

as

carbon

most

matrices

rely

heavily

on

the

use

of

epoxy

resins.

For

high

temperature

use

other

thermosetting

resins

are

in

use

to

a

limited

degree

(including

cyanate

esters,

bismaleimides

and

phenolics).

In

general,

the

high

performance

matrices

bring

cure

issues

with

them.

As

a

result,

epoxy

resins

in

various

guises

are

used

extensively

for

the

manufacture

of

carbon

fibre

and

glass

fibre

reinforced

plastics.

These

epoxy

resins

consist

of

blends

of

differing

functional

epoxies

with

rubber

or

thermoplastic

toughening

agents.

A

thermoplastic

modi-

fier

also

acts

as

a

flow

control

additive

and

a

variety

of

hardeners

or

curing

agents

are

available.

With

epoxy

resins

the

curing

reaction

is

often

a

copolymerisation

with

the

curing

agent

or

a

ring

opening

polymerisation

is

initiated.

This

means

that

the

chemical

structure

of

the

cured

resin

varies

with

the

chosen

blend

of

epoxy

resins,

the

relevant

curing

agent(s)

and

the

thermo-

plastic

or

other

toughening

agent.

As

a

result

the

structure

of

the

cured

resin

can

vary

significantly

from

material

to

material.

Furthermore,

the

detailed

curing

mechanisms

are

quite

complicated

leading

to

uncertainty

over

the

actual

structure

of

the

resin.

This

means

that

modelling

proce-

dures

to

determine

the

properties

of

the

resin

need

to

take

into

account

a

number

of

factors

which

are

rather

uncer-

tain.

Any

modelling

requirement

for

a

thermosetting

resin

used

in

this

application

is

determined

by

the

complexity

of

the

chemistry

involved.

Models

which

use

simplified

average

structures

are

therefore

preferred

if

some

predictive

capability

can

be

achieved.

J.

P.

Foreman

?

S.

Behzadi

?

K.

P.

Travis

?

F.

R.

Jones

(&)

Department

of

Engineering

Materials,

University

of

Sheffield,

Sheffield

S1

3JD,

UK

e-mail:

f.r.jones@sheffield.ac.uk

D.

Porter

QinetiQ

Ltd,

Cody

Technology

Park,

Farnborough,

Hampshire

GU14

0LX,

UK

J

Mater

Sci

(2006)

41:6631-6638

DOI

10.1007/s10853-006-0202-9

123

For

angle

ply

laminates

the

micromechanics

of

failure

of

each

individual

lamina

is

constrained

so

that

the

composite

material

would

normally

fail

by

damage

accumulation

mechanisms.Inordertoachievequasiisotropicpropertiesitis

normaltouse

45?,90?and0?pliesindispersedarraytoforma

structurallaminate.Therefore,anotherfactordeterminingthe

mechanical

properties

of

a

laminate

will

be

the

transverse

fracture

of

a

90?

ply.

The

transfer

strength

of

an

isolated

90?

ply

will

be

determined

by

the

failure

strain

of

the

matrix

as

wellas

the

strength

ofthe

interfacial

bond

betweenthe

fibres

and

theresin.Apartfromthefailurestrainoftheresinmatrix

theotherfactorwhichdeterminesthetransfercrackingstrain

withinalaminate,istheresidualthermalstressinbuiltduring

the

manufacturing

process.

The

residual

strain

which

is

present

in

an

angle

ply

laminate

results

from

the

constrained

shrinkage

of

the

resin

during

cure

and

on

cooling

from

the

post-cure

temperature.

Much

of

the

shrinkage

due

to

cure

does

not

contri