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拉挤大梁板在风电中的应用及未来发展方向(下篇)




拉挤大梁板在风电中的应用及未来发展方向(下篇)




拉挤大梁板在风电中的应用及未来发展方向(上篇)
王志伟,中复碳芯副总经理,主要从事复合材料拉挤工艺研究,中国电机工程学会输电线路专委会电气学组委员、中国复合材料工业协会拉挤专业委员会副主任委员。申请专利29项,获批专利15项,其中发明专利4项,实用新型专利11项。


四、常见缺陷

据国家能源局发布数据显示,截至2021年6月底,全国可再生能源发电装机达9.71亿千瓦,其中,水电装机3.78亿千瓦、风电装机2.92亿千瓦、光伏发电装机
缺陷是对产品质量的一种考验,而关于质量,我认为有五个方面需要重视:高水平的技工,稳定的设备,可靠的原材料体系,合理的工艺和健全的管理。这五个要素决定了最终产品的质量。最近,风电大梁市场发展火热,过热就会带来一些不理智:我们这个行业有没有足够的高水平的技工?有没有那么好的设备?有多少可靠的原材料体系?有多少懂工艺的人?就是说我们的管理能不能跟得上?都会对最终的结果产生很大影响。所以企业要做拉挤或者做大梁时,要重视这些方面,才能做出更好的产品。
常见的缺陷一般分为两个方面——显性缺陷和隐性缺陷。显性缺陷是通过简易的检测可以发现的缺陷,隐性缺陷是要通过一些检测数据,或者说是通过一些检测方法才能发现的缺陷。
常见的显性缺陷,包括直线度超差,尺寸超差,杂质,机械损伤,脱模布到边距离,色差,脱模布撕除的一些残留,这是可见的。脱模布的残留实际上跟隐性缺陷里脱模布的残留是有差别的。还有微裂纹,黄心,实际上这些情况在大梁上都可能会发生。

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图示为直线度超差缺陷
经常发生的隐性缺陷就是TG的波动,树脂含量的超差,脱模布的残留,脱模剂的析出,纤维的直线度和干纱.如果没有大量的数据积累,可能最终很难发现这些问题。

五、发展方向

1、原材料的迭代

这里需要重点考虑更高模量的纤维的经济性。纤维模量提高到一个更高等级的过程当中,价格会有大幅度的提升,这意味着其经济性变差。成本,或者密度,或者其他一些要素,可能都会造成这个更高模量的纤维,不一定适合于这个场景。
其次,开发应用于拉挤的专用碳纤维。叶片受力状态是不同的。拉伸一侧需要拉伸模量,压缩一侧需要压缩应变。可以设计不同的纤维来实现这样功能。通过设计不同的碳纤维,来降低整个碳纤维利用的成本,还能最大的发挥出性能优势。
第三,就是合理设计碳玻混。碳玻混的经济性更接近于碳纤维,而特性更优于碳纤维。碳玻混就是既考虑到了经济性,又注重了结构合理性。现在常见的一些均混,层混,包覆等很多设计,最终合理的一个设计可能会为适用在风电大梁提供一个重要的源泉,可能在某一段叶片上有应用的价值。
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第四就是聚氨酯树脂。目前,行业已经有一些企业在使用了,这是一个很好的方向,代表了未来的发展趋势。聚氨酯树脂能产生更好的效益,拉挤速度更快,效率更高。我们需要研究的是聚氨酯树脂的稳定性,让其更易操作,把聚氨酯的一些特性能更好发挥出来。

第五就是一些其他基体。例如,我们使用环氧、聚氨酯,还有一些其他类的基体树脂。实际上,在不同基体与纤维的匹配性上,其实还是有选择的空间。

2、表面处理技术的更新

第一个是机械法,就是我们常见的打磨、喷砂这种表面的机械处理方法。主要思考有五个方向:方向一,损耗,你能不能承受得了这个损耗,能不能用到这个场场景;方向二,就是加工的稳定性,能不能实现这样可靠稳定地打磨,会不会出现漏磨或者漏喷;方向三,就是机械法性能验证,通过表面粘接、横向粘接这样的方法来验证它的这种打磨表面处理的方法,能否达到我们的要求;方向四,有效性和时效性问题,因为打磨之后到叶片,它是有一定时间的,这段时间你能忍受多长。从板材变成叶片或者变成大梁,这个过程时间是有一定的制造时间或者运输时间,所以必须要有足够的时效性来保证它的表面性能不能急剧下降;最后,就是处理的效率与环保,因为机械法,其实最常最常想到的就是它的效率跟环保,环保的要素更大一些,因为这个比表面积比较大,需要处理的表面积很多,所以对耗材需要的也比较多。但是比起脱模布来说还是要低的。

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第二个是表面活化研究,常见的有等离子、火焰、激光。关于表面活化,我认为有四个方面需要思考:一是表面活化确认,表面活化后,颜色上或是外观上是跟没有活化处理,基本上是相同的,因此,该如何确认表面活化;二是表面化的稳定性,能否通过这样的方式,保证其所有位置都能实现表面活化;三是表面活化的性能表征,也是通过一些粘贴,层间的或者横向的,来保证它活化之后,为拉挤叶片制造提供性能稳定的作用。四是表面活化的有效性和时效性,主要应对时效性做一些研究。

第三个是化学法。化学法也有很多种,我们采用了一种就是基体材料的改进,从而实现无需贴脱模布,也不需要喷砂就能直接粘贴的一种方法。有三个方面需要思考:一是化学法的确认,怎样证明这个板材是通过化学法处理过的;二是化学法的性能验证;三是化学法的有效性实效性。这种方法可以实现就是双无脱:无脱模布、无脱模剂。没有脱模剂,也没有脱模布,相当于直接降低成本,也没有环保问题。我认为这个方法从理念上讲还是比较先进,相对于前两种会更加先进一些。

3、工艺和检测技术的提高

工艺的提高就是注射和真空辅助。当下,我们可以考虑注射和真空辅助这两个方法相结合来减少缺陷率,但也要考虑其效率。
无损检测有两种形式,一是在线无损检测,就是在生产线上进行检测。另外就是抽检。关于在线检测,难度还是比较大,到目前为止,其实进展并不明朗。这中间换过很多种方法,总的来说还没有特别好的在线检测技术。因为拉挤制品的缺陷的尺寸,缺陷的类型,跟常见的灌注制品或者层压制品,或者说模压或者RTM这些制品缺陷的尺寸是不一样的,形状是不一样。所以大家用无损检测的时候,要去做一些标准的样件去跟自己的设备匹配。我们最近这几年一直在做这方面的工作,会做一些标样,或者故意做一些缺陷,然后用这样的设备去检测,目前看,误报率还是较高。另外,无损检测的检测效率还是一个很大的挑战。



(完)


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