浅槽轻木在风机叶片中的应用

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）

风能作为一种清洁的可再生能源，开发潜力已得到世界各国的认可。随着清洁无污染风能的发展，为降低每千瓦时的成本和捕获较低速的风，制造更高的风机和更长的叶片以及更大的扫风面积都是未来的发展方向。叶片越做越大，叶片的质量也越来越大，对叶片的要求也越来越高。叶片是一个复合材料结构，复合材料夹芯板是由上下蒙皮、芯材、树脂及其界面共同构成的结构，其结构具有优异的结构性和功能性，也关乎着风电、航空、船舰、汽车等行业的发展[1，2]。

复合材料夹芯板是由薄而强的纤维板和厚而轻的芯材组成，常用的芯材包括轻木（巴萨木）、应泡沫板、波纹板以及蜂窝等。轻木因为特殊的细胞结构，其体积形态稳定、强度柔性适中，完美匹配了风机叶片所需要求，随着叶片长度的不断延长，轻木的用量有所增加，叶片灌注时间可能会延长[3]。为实现真空系统合适的注胶时间，不延长生成周期，需优化灌注树脂的流动速度，不同的表面处理方式对芯材的性能影响显著，针对需求，可选择适用的处理方式[1]。芯材表面处理产生的槽不仅在灌注过程中为树脂起到导流作用，还便于树脂的快速浸润，提高界面性能，进而提高复合材料夹芯结构的力学性能。

为提高树脂在真空灌注时的流动速度，对轻木表面进行几何参数处理，沿弦向开一定尺寸的浅槽，然后对比铺设蒙皮-轻木、蒙皮-单轴布/连续毡-轻木两种结构时树脂的流动速度，分析试验结果，为开浅槽轻木在风机叶片中的应用提供了一定的试验基础。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料及仪器

环氧树脂体系，型号3321A/B；蒙皮，玻纤双轴布，800g/m2；玻纤布，玻纤单轴布，E8；连续毡，300g/m2，35cm×50cm；轻木，弦向开浅槽轻木。

自制模具平台；真空泵：佳宝丽，JBL-1100W；电子秤：上海乾峰电子仪器有限公司，ACS-D11。

1.2 复合材料夹芯样板制备

采用真空灌注工艺制备3 块复合材料夹芯样板，常温固化24h 后脱模。样板包括蒙皮-轻木样板1 块，蒙皮-单轴布/连续毡-轻木样板2 块，制样过程中记录树脂的流速和浸润情况。

2 结果与讨论

2.1 蒙皮-轻木样板树脂流速

蒙皮-轻木样板中的铺层顺序为先铺设2 层双轴800 蒙皮，然后空间距25×25mm 模具面弦向浅槽间距50mm 轻木，最后铺设2 层双轴800 蒙皮。轻木的孔和浅槽间距交错分布，灌注过程，与表面未开槽处理的轻木相比，表面开浅槽的轻木灌注时注胶时间缩短约5%，灌注时树脂先进入孔和浅槽内，树脂沿浅槽流动较快，有些浅槽间有轻微包死情况出现，但是随着灌注进行，会慢慢浸润，由流体动力学可知，开槽后树脂对芯材的浸润性增加，故固化后只有局部发白。

将浅槽间距为25mm 轻木按照上述铺层顺序进行实验，灌注时树脂的流动速度比浅槽间距为50mm 轻木的流动速度越快10%，灌注固化后包死发白现象不明显，符合叶片产品质量外观要求。

2.2 蒙皮-单轴布/连续毡-轻木样板树脂流速

蒙皮-单轴布/连续毡-轻木铺层顺序分为两种，铺层A 的先后顺序为1 层双轴800 蒙皮、连续毡、5 层单轴布E8、开槽轻木、2 层双轴800 蒙皮，铺层B 的先后顺序为1 层双轴800蒙皮、5 层单轴布E8、连续毡、开槽轻木、2 层双轴800 蒙皮，其中单轴布与浅槽成90°铺设。连续毡是一种复合材料用玻纤无纺增强基材，在风机叶片中，铺设连续毡，主要作用是增加灌注树脂渗透速度，以提高生产效率和灌注质量。

蒙皮-轻木样件的注胶时间与蒙皮-单轴布/连续毡-轻木样件的注胶时间相近。铺层A 和铺层B 的灌注过程中，铺层A 树脂的流动速度快于铺层B 树脂的流动速度，铺层A 和铺层B 固化后沿开浅槽弦向会出现轻微发白现象，这是由于铺层A 中连续毡铺设在单轴玻纤布上方，纤维布为连续的，在无束缚的情况下，连续毡在真空灌注系统中树脂的导流性高于其他增强类材料，能够加速树脂的浸入和渗透，但是连续毡的加入会降低复合材料的力学性能。固化后复合材料夹芯样件沿轻木浅槽方向存在轻微发白现象，一可能是树脂灌注时存现的轻微包死所致，二可能是灌注过程中气体未排除所致，三可能是固化过程中真空系统出现沙眼所致等，重复做铺层B 实验，固化脱模后样件表面发白不明显，能够满足叶片产品质量要求。

3 结语

本文重点分析了表面开浅槽芯材真空灌注时树脂的流动速度，结论如下：

1） 轻木表面开浅槽后，真空灌注时注胶时间缩短，树脂沿弦向浅槽方向流动速度较快，轻木表面浅槽间距25mm的树脂流动速度比浅槽间距为50mm 的树脂流动速度快约10%，浅槽间会出现轻微包死，随灌注进行，轻微包死区域会慢慢浸润，且固化后包死发白不明显，能够满足风机叶片的质量要求。2） 铺层A 树脂的流动速度快于铺层B 树脂的流动速度，沿开浅槽方向可能会出现轻微包死，随灌注进行浸润和控制好实验条件，样件固化脱模后的包死发白不明显，能够满足叶片产品质量的要求，可见采用表面开浅槽轻木能够加速树脂流动，缩短生产周期，降低生产成本。