隨著風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展，對風(fēng)電葉片的性能和制造成本提出了更高要求。碳纖維復(fù)合材料因其高強(qiáng)度、輕質(zhì)等特性，成為風(fēng)電葉片主梁結(jié)構(gòu)的理想材料。拉擠-真空導(dǎo)入組合成型工藝作為一種先進(jìn)的復(fù)合材料成型方法，在提高生產(chǎn)效率和降低成本方面具有顯著優(yōu)勢。本文旨在研究碳纖維復(fù)合材料主梁結(jié)構(gòu)拉擠-真空導(dǎo)入組合成型工藝的優(yōu)化及其性能表現(xiàn)。
拉擠工藝概述
拉擠工藝是一種高效連續(xù)的復(fù)合材料成型方法，特別適用于生產(chǎn)具有恒定截面的復(fù)合材料型材。在碳纖維板材的拉擠成型過程中，碳纖維從紗架上引出并按預(yù)定方式排列，經(jīng)過樹脂浸漬、預(yù)成型和模具固化等步驟，最終形成堅(jiān)硬的碳纖維復(fù)合材料。該工藝不僅提高了材料的強(qiáng)度和剛度，還賦予了其輕質(zhì)和卓越的耐腐蝕性。
真空導(dǎo)入模塑工藝（VIMP）概述
真空導(dǎo)入模塑工藝是一種利用真空負(fù)壓將樹脂導(dǎo)入模具中浸潤增強(qiáng)材料并固化的成型方法。它適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料制品，具有成型質(zhì)量高、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)。在風(fēng)電葉片主梁制備中，VIMP工藝常用于將堆疊的拉擠板材制備成主梁樣品。
拉擠-真空導(dǎo)入組合成型工藝優(yōu)化
材料選擇與預(yù)處理：選用高質(zhì)量的碳纖維和適宜的樹脂體系，確保材料的性能和兼容性。對碳纖維進(jìn)行預(yù)處理，如除油、除塵等，以提高與樹脂的浸潤性。
拉擠工藝參數(shù)優(yōu)化：通過調(diào)整拉擠速度、樹脂粘度、浸漬壓力和固化溫度等參數(shù)，優(yōu)化拉擠板材的性能。確保碳纖維在樹脂中均勻分布，提高板材的纖維體積分?jǐn)?shù)和力學(xué)性能。
VIMP工藝參數(shù)優(yōu)化：優(yōu)化模具設(shè)計(jì)，確保樹脂在模具中的均勻分布和快速浸潤。調(diào)整真空度和樹脂注入速度，以減少氣泡和缺陷的產(chǎn)生。
堆疊與固化：合理設(shè)計(jì)拉擠板材的堆疊方式和固化工藝，確保主梁結(jié)構(gòu)的整體性能和穩(wěn)定性。
性能研究
力學(xué)性能測試：對拉擠板材和拉擠-真空導(dǎo)入組合成型的主梁樣品進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲和剪切性能測試。結(jié)果表明，拉擠板材的纖維體積分?jǐn)?shù)提高了約10%，具有更好的拉伸、壓縮和彎曲性能。在拉擠-真空導(dǎo)入組合成型的主梁樣品中，以玻璃纖維為增強(qiáng)纖維時(shí)，整體力學(xué)性能提升明顯；以碳纖維為增強(qiáng)纖維時(shí)，剪切性能略有降低。
疲勞性能測試：對拉擠-真空導(dǎo)入組合成型的主梁樣品進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)。結(jié)果表明，在低應(yīng)變水平下，以玻璃纖維和碳纖維為增強(qiáng)纖維的主梁樣品疲勞性能分別提高了54.61%和70.59%。然而，在高應(yīng)變水平下，碳纖維增強(qiáng)主梁的疲勞性能降低了56.10%，這可能與碳纖維的脆性有關(guān)。
環(huán)境適應(yīng)性測試：針對風(fēng)電葉片可能面臨的惡劣環(huán)境，如高鹽霧、高濕熱等，對主梁樣品進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性測試。結(jié)果表明，采用碳纖維主梁結(jié)構(gòu)和拉擠-真空導(dǎo)入組合成型工藝的主梁樣品具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和耐久性。
結(jié)論與展望
本文通過對碳纖維復(fù)合材料主梁結(jié)構(gòu)拉擠-真空導(dǎo)入組合成型工藝的優(yōu)化及性能研究，得出以下結(jié)論：
拉擠工藝和VIMP工藝的優(yōu)化參數(shù)能夠顯著提高碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能和疲勞性能。
以玻璃纖維為增強(qiáng)纖維時(shí)，拉擠-真空導(dǎo)入組合成型的主梁樣品整體力學(xué)性能提升明顯；以碳纖維為增強(qiáng)纖維時(shí)，需關(guān)注其剪切性能和疲勞性能的平衡。
采用碳纖維主梁結(jié)構(gòu)和拉擠-真空導(dǎo)入組合成型工藝的風(fēng)電葉片具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和耐久性。
未來，將進(jìn)一步研究不同材料體系、工藝參數(shù)對碳纖維復(fù)合材料主梁結(jié)構(gòu)性能的影響，以及探索更高效、更環(huán)保的成型方法，為風(fēng)電葉片的制造提供更多創(chuàng)新解決方案。
