夹层复合材料剥离强度影响因素研究
2018-08-01薛浩鹏
杨 忠,薛浩鹏
(东方电气(天津)风电叶片工程有限公司 天津 300480)
0 引 言
复合材料夹层结构可以提高结构抗弯刚度和结构效率,降低制造成本,在风电叶片领域的应用日益广泛[1-3]。PVC泡沫作为叶片主要的材料体系,不仅要求具有较好的机械性能,同时叶片作为大型结构部件,在运行时由于受到气动载荷的作用,叶片自身会发生挥舞和摆振,因此还要求泡沫与玻璃钢层具有非常好的结合性[4-6]。泡沫的加工方式以及蒙皮结构的差异,导致剥离性能的差异。通过对泡沫加工方式和蒙皮结构的试验研究,分析引起泡沫与玻璃钢破坏的机理,并对泡沫与玻璃钢结合性能的影响进行研究对比[7-9]。
1 实验部分
1.1 原材料及设备
PVC芯材规格见表1。
表1 PVC芯材规格表Tab.1 Specifications of PVC cores
玻璃纤维多轴向织物 (-45,°/0,°/+45,°,1,215,g/m2);PVC 泡沫;环氧树脂 DQ200E;固化剂DQ204H。
1.2 试验
采用真空灌注成型工艺,制备夹层复合材料试样平板。将复合材料样板沿 0,°纤维布方向切割成120,mm×15,mm的样条,如图1所示,剥离测试速度2,mm/min,测试过程见图2。
图1 剥离试样图Fig.1 Picture of specimen extraction
图2 剥离测试Fig.2 Extraction testing
2 结果与讨论
2.1 PVC加工方式对夹层复合材料剥离强度的影响
分别测试了未加工、打孔、一字浅槽、十字浅槽PVC芯材对夹层复合材料剥离强度的影响,结果见表2。
表2 不同加工方式下剥离性能数据Tab.2 Performance data for stripping under different processing methods
PVC泡沫与玻璃钢层合板构成夹芯结构,当整体结构在外力作用下发生变形时,应力会通过玻璃钢与泡沫的粘接层将力传递到泡沫体,由于玻璃钢优异的机械性能,破坏会发生在玻璃钢与泡沫的粘接层或泡沫本体。
从试样的破坏方式分析,所有的试样破坏均为PVC泡沫本体发生破坏。当泡沫与玻璃钢层合板复合后,泡沫和玻璃钢层合板通过树脂层连接在一起。芯材加工方式的不同,使得 PVC泡沫与树脂的接触面积不同,十字浅槽>一字浅槽>打通孔>未加工。因此剥离强度符合上述规律,十字浅槽 PVC泡沫的剥离强度最大,未加工的PVC泡沫剥离强度最小。
2.2 蒙皮结构对夹层复合材料剥离强度的影响
分别测试了两组不同蒙皮结构(分别为2层蒙皮和 4层蒙皮)对夹层复合材料剥离强度的影响,结果见表3。
表3 不同蒙皮结构下剥离性能数据Tab.3 Data of peeling performance under different skin structures
从试样的破坏方式分析,所有的试样破坏均为PVC泡沫本体发生破坏。当泡沫与玻璃钢层合板复合后,泡沫和玻璃钢层合板是通过树脂层连接在一起。与 2层的蒙皮结构相比,4层蒙皮结构具有更大的刚度,当试样发生破坏时,需要更大的剥离力。因此剥离强度为4层蒙皮PVC泡沫大于2层蒙皮PVC泡沫。
3 结 论
PVC泡沫不同的加工方式对夹层复合材料的剥离强度有显著的影响。对比 4种不同的加工方式,十字浅槽PVC泡沫的剥离强度最大,未加工的PVC泡沫剥离强度最小。
与2层的蒙皮结构相比,4层蒙皮结构具有更大的刚度,当试样发生破坏时,需要更大的破坏载荷。因此,4层蒙皮 PVC泡沫的剥离强度大于 2层蒙皮PVC泡沫。