降噪锯齿材料的测试研究

李 靖

（连云港中复连众复合材料集团有限公司，江苏 连云港 222000）

风电机组一般要求20 年使用寿命，风机叶片由复合材料制造而成，在正常工作中，受力最为复杂的就是叶片。叶片在运行过程中承受强风负荷、沙粒冲刷、空气和紫外线老化、盐雾腐蚀等，不可避免会出现气孔、裂缝、磨损、腐蚀等问题。作为叶片附件的降噪锯齿，运行也需要考虑以上因素带来的影响[1-2]。聚碳酸酯(PC) /丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯塑料(ASA) 合金能提高ASA 的强度、刚性、耐热性，也能改善PC 的加工性能、耐候性、耐溶剂性，不经涂覆也可在户外使用。本文选取了一种ASA/PC 合金作为降噪锯齿的原材料，基于风险控制的思维从以下几个方面开展性能评估：1） 本体力学性能，后缘锯齿材料需要具备优异的本体力学性能，如冲击韧性、拉伸性能和弯曲性能等；2） 本体物性参数，通过DSC、扫描电镜等手段确认材料成型加工方式的稳定性；3） 粘接性能，降噪锯齿材料作为叶片的外附件，需要评估实现方式的有效性；4） 耐候性，为确保后缘锯齿在叶片运行寿命内能正常发挥降噪作用，需要考察锯齿材料的耐候性。

1 实验部分

1.1 主要原料

ASTALOYTMPC/ASA 颗粒（PC∶ASA=4∶6）、MA530 环氧胶、WD1330 环氧胶

1.2 主要仪器和设备

拉伸试验机（AG-IC 100KN）；差式扫描量热仪（DSC200 F3）、热变形、维卡软化点温度测定仪（RV-300F）、冲击试验机（XJJ-50）、紫外老化设备（LY-9029）、扫描电子显微镜（KYKY-2800）。

1.3 样品制备

a、将PC/ASA 粒料加热至95-100℃持续4 个h，使之完全干燥。然后将粒料放入料筒中，将料筒温度升至245～290℃，使粒料处于熔融状态。 b、保持模具温度50～80℃，将熔融态粒料注塑到模具中。注塑条件：①注塑压力60～140 MPa；②注射速度中等；③背压0.1-0.5rpm；④锁模力4～8Kn/cm2； c、按照ISO527-2、ISO 178-2010 和ISO 179-1-2000 标准制成测试用样条。

1.4 性能测试

按照ISO527-2 标准测试样品的拉伸强度、拉伸模量和拉伸断裂延伸率，按照ISO 178-2010 标准测试样品的弯曲强度和拉伸模量，按照ISO 179-1-2000 标准测试样条的冲击韧性。ISO11357-2-20 标准测试粒料和样条的Tg。通过EN1465 标准测试降噪锯齿粘接胶的Lap-shear 性能。通过对比UVA 老化168h 前后的力学性能评价PC/ASA 合金的老化性能。

1.5 测试条件

实验室环境条件：（23±2） ℃

拉伸测试速度：2mm/min，标距：50mm；

弯曲测试速度：2mm/min；

2 结果和分析

2.1 拉伸性能

通过实验，拉伸平均拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率与供应商TDS 数据表给出PC/ASA 的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率对比，实验测得的断裂伸长率远小于断裂伸长率参考典型值，而且变动系数非常大，离散非常大，初步分析可能和样条的制备过程有关。

2.2 弯曲性能

通过实验，样条的平均弯曲强度和平均弯曲模量与供应商TDS 数据表给出PC/ASA 的弯曲强度和弯曲模量对比，测试数据和参考数据基本一致。

2.3 冲击性能

通过实验，样条的平均冲击强度低于供应商给出的典型参考值，且数据的离散比较大，变动系数非常大，初步分析可能和样条的制备过程有关。

2.4 断裂样条的SEM 扫描

PC/ASA 形貌属于韧性断裂，但是呈现出有明显的高度差和残留裂缝，放射线条纹不光滑，呈锯齿状且有小分枝，原纤化的形成很明显，这些结构单元在裂缝扩展过程中都消耗了大量的破坏能。

2.5 UVA老化168h后拉伸性能、弯曲性能和冲击韧性的变化率

按照ISO16474-3 标准，采用1A 型（UVA-340）荧光紫外灯对拉伸、弯曲、冲击样条做老化测试，测试时间为168h。

1） 实验后拉伸性能，通过实验，样条的断裂伸长率离散非常大，变动系数非常大，且样条的断裂都在标距外初步分析和样条制备有关。老化前后样条的拉伸强度、模量无明显差异，断裂伸长率差异很大。2） 实验后弯曲性能，通过实验，老化前后弯曲强度、模量无明显差异。3） 实验后冲击性能，通过实验，样条的冲击强度离散比较大，变动系数比较大，且老化前后差异明显。

3 结语

通过对一种PC/ASA 合金材料注塑后的性能研究，结果表明：1） 该PC/ASA 合金注塑后的拉伸断裂伸长率、冲击韧性远低于参考典型值， SEM 扫描电镜呈现出有明显的高度差和残留裂缝，综上所述如果需要达到性能的参考典型值，那么需要优化该合金的注塑工艺。2） UVA 老化168h 后，PC/ASA 合金注塑样条的弯曲性能无明显差差，拉伸样条的强度和模量无明显差异，样条老化后断裂伸长率比老化前降低明显，老化后冲击强度比老化前降低明显。