风电叶片生产中使用喷胶对层合板力学性能的影响

2021-07-29贾宇婷郝志勇刘鲜红张洪铭

天津科技 2021年7期

贾宇婷，杨忠，郝志勇，刘鲜红，张洪铭

(东方电气(天津)风电叶片工程有限公司天津 300480)

0 引言

风电叶片是风力发电机组的主要部件之一，在运行过程中主要负责将风能转化为机械能，再通过发电机转化为电能。在叶片铺层工艺过程中，为了防止铺层时出现纤维布滑落现象，要使用喷胶进行固定[1]。为了研究喷胶对层合板性能的影响，通过层间剪切[2]实验研究喷胶种类对层合板性能的影响，以及通过搭接剪切[3]实验研究不同喷胶量对层合板性能的影响。

1 实验材料和实验方案

1.1 实验材料

本实验所用的材料如表1所示。

表1 材料信息Tab.1 Material information

1.2 实验方案

1.2.1 喷胶类型对材料力学性能影响

在10 cm×10 cm的空白纤维布上分别喷上含量为5.4 g/m2的橡胶型喷胶和丙烯酸喷胶，然后置于干净的环境下备用；以12层单向纤维布(G-UD-1200M50)为灌注基材，采用图1铺层方式，根据提前制作的色卡进行喷涂，当喷胶发粘时进行粘接，在粘接区域用适当压力施压，以保证粘接效果；铺层完成1、10、40、90、120 h后，在23℃，50%RH环境下进行灌注制成FRP样板，灌注树脂为环氧树脂DQ200E/DQ204H，自然固化16 h，然后70℃固化8 h；最后采用JC 773—2010《纤维增强塑料短梁法测定层间剪切强度》进行层间剪切性能测试。

图1 层间剪切实验纤维布粘接方式Fig.1 Bonding mode of fiber cloth in interlaminar shear experiment

1.2.2 喷胶含量对材料力学性能影响

在10 cm×10 cm的空白纤维布上分别喷上含量为5.4、16.2 g/m2的喷胶，放置在干净的环境中备用；以4层3AX-1215(0°，±45°)纤维布为灌注基材，采用阶梯错层拼接的铺层方式，每层错层40 mm，如图2；根据提前制作的色卡进行喷涂，当喷胶发粘时进行粘接，粘接过程中在粘接区域用适当压力施压，以保证粘接效果；在23℃，50%RH环境下进行灌注，灌注树脂为环氧树脂DQ200E/Q204H，自然固化16 h，然后70℃固化8 h；采用ISO 527—4《塑料拉伸性能的测定》进行拉剪性能测试。

图2 搭接剪切实验纤维布粘接方式Fig.2 Bonding mode of fiber cloth in lap shear experiment

2 实验结果与分析

2.1 喷胶类型的影响分析

从表2和图3可以得出，丙烯酸型喷胶层间抗剪强度均大于橡胶型喷胶层间抗剪强度，说明橡胶型喷胶对材料力学影响较大，丙烯酸型喷胶比橡胶型喷胶与环氧树脂结合效果更好。这主要是由于橡胶型喷胶成分中含有不溶于树脂的物质，该物质固化后在层合板中相当于杂质存在，影响玻纤层与层之间的结合性，使板层之间容易出现分层现象，进而导致材料力学性能的降低；另外，通过图4可以得出，样条断裂形貌为可接受的层间剪切失效模式，见图5。

表2 层间剪切测试值Tab.2 Test value of interlaminar shear strength

图3 层间剪切强度对比Fig.3 Comparison of interlaminar shear strength

图4 层间剪切断裂形貌Fig.4 Interlaminar shear fracture morphology

图5 试样失效模式Fig.5 Sample failure mode

2.2 喷胶含量的影响分析

表3 是搭剪强度测试结果，可以得出，5组试样的离散系数均较小，说明离散程度小；5.4 g/m2丙烯酸型、16.2 g/m2丙烯酸型、5.4 g/m2橡胶型喷胶含量的玻璃钢条相对于空白组的玻璃钢条拉剪强度高，说明喷胶具有连接搭接区域的作用，但是喷胶含量越大，对玻璃钢条的拉剪性能影响就越大。从图6可以看出，拉剪试验断裂面是在搭接区域开始断裂，所以破坏有效。另外，对比16.2 g/m2丙烯酸型和16.2 g/m2橡胶型，发现橡胶型含量为16.2 g/m2的玻璃钢条拉剪强度低于空白组玻璃钢条强度，见图7，说明材质为橡胶型喷胶对材料的拉剪性能影响更大。