CWPC2024：西安永興科技發(fā)展有限公司技術(shù)工程師劉奇發(fā)表《再論風(fēng)電葉片用拉擠UD條質(zhì)量穩(wěn)定與工藝創(chuàng)新》的演講

各位下午好，我受公司吳總委托分享一下公司在UD條拉擠生產(chǎn)的努力。

我匯報(bào)的題目是：再論風(fēng)電葉片用拉擠UD條質(zhì)量穩(wěn)定與工藝創(chuàng)新。

分享的內(nèi)容主要有以下3大板塊：企業(yè)介紹、復(fù)合材料概述、UD楔形條技術(shù)創(chuàng)新。

1、企業(yè)介紹

西安永興科技發(fā)展有限公司成立于2004年，現(xiàn)有橡塑研發(fā)中心和力達(dá)先進(jìn)復(fù)合材料事業(yè)部，是一家集研發(fā)，制造，加工，國(guó)際貿(mào)易，服務(wù)為一體的，面向石油，風(fēng)能發(fā)電，電力，環(huán)境工程，清潔能源等綜合性企業(yè)。力達(dá)先進(jìn)復(fù)合材料事業(yè)部主要從事高性能先進(jìn)復(fù)合材料的研發(fā)與生產(chǎn)，目前生產(chǎn)所使用的纖維增強(qiáng)材料有玻璃纖維、玄武巖纖維、聚酯纖維、碳纖維、芳綸纖維等。樹(shù)脂基有環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂。生產(chǎn)的復(fù)合材料包括電力用絕緣橫擔(dān)、軌道交通用電力保護(hù)套管、地鐵疏散平臺(tái)用復(fù)合材料、風(fēng)力發(fā)電用葉根部加強(qiáng)預(yù)埋UD楔形條、太陽(yáng)能發(fā)電光伏支架、光伏邊框，土木建筑用復(fù)合材料螺紋筋、碳纖維拉編纏工藝復(fù)合套管等。

公司規(guī)模，注冊(cè)資金5168萬(wàn)元，員工60余名，從事高分子材料研發(fā)人員5人，復(fù)合材料設(shè)計(jì)工程師6人，原材料及產(chǎn)品品質(zhì)檢驗(yàn)工程師4人。型材拉擠專用生產(chǎn)線50條，專門(mén)用于復(fù)合材料型材拉擠生產(chǎn)。按UD楔形條生產(chǎn)速度核算產(chǎn)量15000米/天。

我們的優(yōu)勢(shì)：一攬子解決方案、愿意接受非標(biāo)小批量、交貨周期短、具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格、可靠的產(chǎn)品品質(zhì)保障，愿意接受小批量的試制。

（圖示）這是公司取得的榮譽(yù)，三體系證書(shū)、復(fù)合材料協(xié)會(huì)會(huì)員單位、發(fā)明專利8項(xiàng)、實(shí)用新型17項(xiàng)、最佳交付供應(yīng)商獎(jiǎng)——時(shí)代新材。

2、復(fù)合材料概述

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，組成的具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

典型復(fù)合材料成型工藝：拉擠成型，將經(jīng)過(guò)浸漬的連續(xù)纖維通過(guò)具有一定截面形狀的成型模具，在模腔內(nèi)固化成型，在牽引機(jī)械拉力作用下可連續(xù)引拔出無(wú)限長(zhǎng)的型材制品的成型工藝。纏繞成型，將浸漬過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為復(fù)合材料制品的成型工藝。模壓成型，將一定量的預(yù)混料或預(yù)浸料加入金屬對(duì)模內(nèi)，經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。RTM，將纖維預(yù)制體放入封閉模具中，然后通過(guò)抽真空和壓縮方式向模具中注入樹(shù)脂，最后固化得到復(fù)合材料制品的成型工藝。

因?yàn)閁D條是拉擠成型，接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下拉擠成型，臥式拉擠結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)生產(chǎn)車(chē)間結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊的要求，因此在拉擠工業(yè)中應(yīng)用較多。立式拉擠，各工序沿垂直方向布置，主要用于制造空心型材，因?yàn)榭招男筒男灸Ｖ挥幸欢酥危怪辈贾貌粫?huì)使芯模懸臂下垂而使制品壁厚不均勻。這種拉擠工藝局限性較大，產(chǎn)品單一，已經(jīng)不再使用。

（圖示）這是拉擠成型工藝典型流程，纖維排布、浸膠、預(yù)成型、模具加穩(wěn)固化、牽引、切割，最后得到制品。這是典型的拉擠工藝設(shè)備，從左往右是紗架、樹(shù)脂槽、預(yù)成型、模具、牽引、切割。

拉擠工藝常用的樹(shù)脂體系有：環(huán)氧樹(shù)脂基、乙烯基和不飽和聚酯樹(shù)脂，聚氨樹(shù)脂基，酚醛樹(shù)脂基。拉擠工藝的增強(qiáng)材料：玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、其他增強(qiáng)材料。

拉擠工藝的助劑和填料，拉擠所用的助劑根據(jù)用途和功能不同，應(yīng)選擇符合工藝和產(chǎn)品質(zhì)量要求的滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或歐盟相關(guān)認(rèn)證的助劑和填料。常用助劑包括交聯(lián)劑、固化劑、促進(jìn)劑、增韌劑，低收縮劑、分散劑、引發(fā)劑，抗紫外線老化劑、脫模劑、阻燃劑、填料、色料等。常用填料有：碳酸鈣，滑石粉，高嶺土，氫氧化鋁等任何粉狀礦物。

3、UD條技術(shù)創(chuàng)新

UD楔形條是一種用于螺栓預(yù)埋型風(fēng)電葉片制造中的新型材料，有效解決了預(yù)埋螺栓后葉根出現(xiàn)的孔洞、氣泡、富樹(shù)脂等問(wèn)題，從而提高了葉根的連接質(zhì)量。UD楔形條通常使用玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，環(huán)氧樹(shù)脂作為基體，采用拉擠工藝生產(chǎn)而成，與葉片屬于同一體系。一般具有特定形狀，作為葉片葉根連接的關(guān)鍵部件同殼體結(jié)構(gòu)鋪層一起灌注成型。

（圖示）UD楔形條生產(chǎn)流程圖。

UD楔形條創(chuàng)新，拉擠工藝創(chuàng)新，引入微波加熱，提高了生產(chǎn)效率并穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。配方的創(chuàng)新，采用無(wú)脫模劑配方，提高了UD楔形條與葉片材料界面粘接強(qiáng)度，對(duì)葉根部連接可靠性和穩(wěn)定性有了長(zhǎng)期保障。新品研發(fā)，一種低密度、表面粗糙度高的全新UD楔形條。

微波加熱，微波加熱是一種依靠物質(zhì)吸收微波能將其轉(zhuǎn)化為熱能，使自身整體同時(shí)升溫的加熱方式。與傳統(tǒng)的加熱方式電加熱相比，微波加熱是通過(guò)被加熱物料內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)摩擦使被加熱物料溫度升高，物料內(nèi)部外部同時(shí)加熱，同時(shí)升溫，加熱快速且均勻，有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)。傳統(tǒng)電加熱是根據(jù)熱傳導(dǎo)，對(duì)流和輻射原理使熱量從外部傳至物料上，熱量總是由表及里傳遞對(duì)物料進(jìn)行加熱。物料中會(huì)存在溫度梯度，加熱不均勻，局部加熱過(guò)熱，形成外焦里不熟，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（圖示）這就是典型的微波加熱的傳熱方式。左邊是典型由外向里的熱傳遞。

微波加熱優(yōu)勢(shì)主要有：加熱均勻，升溫速度快。穿透力高，有利于產(chǎn)品的固化。反應(yīng)靈敏、控制及時(shí)、效率高。清潔衛(wèi)生，污染小。

脫模劑的作用，在拉擠成型工藝中，脫模劑起到提高產(chǎn)品表面光滑度，減少拉擠過(guò)程中的阻力。目前傳統(tǒng)玻璃纖維環(huán)氧拉擠體系中，樹(shù)脂基都含有無(wú)機(jī)蠟類(lèi)，酯類(lèi)等脫模劑。它在樹(shù)脂基中以游離物存在，模具加熱后在膜腔溫度和壓力作用下，遷移到半固化的產(chǎn)品表面形成一層離型膜，從而減少拉擠過(guò)程中的阻力，起到潤(rùn)滑脫膜作用。有利于產(chǎn)品順利從模腔中拉擠出來(lái)。對(duì)于不同截面大小的型材，脫模劑添加量是不同的。

但脫模劑又存在一個(gè)問(wèn)題，脫模劑大多是無(wú)機(jī)材料，它不參與制品在固化過(guò)程中環(huán)氧樹(shù)脂膠料的化學(xué)反應(yīng)。在加熱過(guò)程中，析出和游離在制品和模腔表面，有利于制品脫模，但會(huì)影響制品與其他材料的界面粘接可靠性。而且它并不能一次性完全析出，潛伏在樹(shù)脂基的脫模劑就會(huì)對(duì)產(chǎn)品粘接的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

（圖示）這兩個(gè)圖就是我們根據(jù)有脫模劑的UD楔形條和無(wú)脫模劑的UD楔形條做的熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)，左邊是脫模劑析出的狀態(tài)。

（圖示）這是我們公司開(kāi)發(fā)的無(wú)添加脫模劑UD楔形條配方， 在環(huán)氧樹(shù)脂膠料中添加一種有機(jī)的反應(yīng)型助劑，他參與環(huán)氧樹(shù)脂的化學(xué)反應(yīng)，提高產(chǎn)品表面光潔度的同時(shí)提高了制品韌性。這種反應(yīng)型助劑按比例加入到固化劑中，攪拌均勻，放置96小時(shí)以上，使助劑和固化劑充分預(yù)聚。與環(huán)氧樹(shù)脂按比例混合制成的膠料在加熱固化時(shí)，添加的助劑與環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，減小環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)時(shí)模腔對(duì)制品的阻力，達(dá)到順利脫模，這是我們公司無(wú)脫模劑配方的重中之重。

（圖示）這是我們公司一種全新的UD楔形條，低密度，表面粗糙度高，界面粘接強(qiáng)度好，抗疲勞性能好。

（圖示）這是公司對(duì)UD楔形條質(zhì)量控制，嚴(yán)格對(duì)UD楔形條質(zhì)量進(jìn)行把控。這是德國(guó)進(jìn)口的Tg測(cè)試機(jī)，上海力學(xué)性能測(cè)試，膠含量測(cè)試儀，粗糙度測(cè)試儀。

我的分享完畢，謝謝大家！