专题报告

方允伟:风电叶片用拉挤复材性能影响因素及测试方法标准探讨

2022-08-20    东方风力发电网


 南京国材检测有限公司(国家玻璃纤维产品质量检验检测中心)副总经理方允伟

方允伟:各位领导、各位专家、各位风电行业的同仁,大家下午好!我是来自南京国材检测有限公司的方允伟。主要分四个部分进行汇报。

拉挤板材性能优异,被广泛用于大型风电叶片的主梁的主要解决方案,目前大家都很清楚,拉挤板材用量飞速增长。拉挤板材主要影响因素是原材料和成型工艺,原材料主要是纤维和树脂,界面的效果也非常关键。成型工艺方面,为纤维的张力、树脂的含量、孔吸力及固化工艺的控制都非常关键。早些年之前,我们还没有做风电叶片拉挤板材时,我们给很多拉挤供应商做了很多测试和分析,帮很多客户解决了很多问题。

(PPT图示)这是目前拉挤板材测试关注的主要性能,静态性能、疲劳性能、物理性能及匹配性能,组合件匹配性能是大家最为关注的。

目前,拉挤板材主要的性能相关的测试方法进行了罗列,可能不完全,但基本上主要方法在这里。比如拉伸性能方法有很多,但这里有一些细微的差异,可能会导致测试的结果产生明显的差异。我们和客户沟通交流过程中建议所有的材料,同性测试方法尽量统一,这样有比较性。

(PPT图示)这里写了“无”,拉挤组份含量测试方法缺失,我们申报了国家标准,国家标准已经通过立项答辩,等待立项,等立项后,我们希望邀请到同行,如果有兴趣的单位或者专家可以参与到后面的标准制修订过程中。

性能测试影响因素方面,方法有国标、ISO标准、试样形状、人员、测试设备和测试规范性。我一直在从事复合材料检验检测,从我个人感受认识来讲,人是最主要的影响因素,方法、设备基本上固定的,对于人的是操作水平、对标准的理解、测试经验非常关键。同样的工装不同的人做,效果完全不一样。

第二部分,关键性能测试及影响因素。

压缩性能是复合材料比较难测的性能,在座有很多专家也在从事测试工作,发现了这样的影响因素。我们曾经对压缩做了很多研究分析,一是对不同的标准如何理解,对不同工装的原理分析。这里有几个标准,比如DIN65380主要是剪切加载,D6641和2850是组合式加载。右边灰白的图ISO。

(PPT图示)这是对不同的工装进行测试分析,这是同一个拉挤板,从数据明显地看出来,不同试验工装对试验结果有明显的影响,总体分析来看,组合加载工装更适合于拉挤板材高强高模的组合材料。

关于压缩试验,测样优缺点是可以直接采样条,相对比较简单。由于比较厚,载荷传递很难达到非常理想的效果。所以,很难达到比较理想的状态。第二种现在很多加工2毫米,通过将厚度加工薄了之后测,制样比较复杂,关键是尽量减轻对试样的损伤。如果加工不好的话会产生翘区,再去压的时候是达不到理想结果,碳玻混结构比较特殊。

(PPT图示)这是不同厚度测试的结果,采用2毫米,从加工试样角度来看,测试的效果还可以。

另外,弯曲性能,大家都觉得三点弯曲很简单,但如果对试样状态做分析的话,三点弯曲和四点弯曲有明显差异。主要是识别状态不一样,特别是用到碳纤维拉挤板的复合材料,用四点弯曲测会更加实际的状态。并不是测的数据越高越好,而是结果要合理。

(PPT图示)这是拉挤板材组合件性能测试,测下来,不同的客户铺陈方式不太一样,匹配性能会有一些比较大的差异,每一家要求不太一样,所以数据可比较性较差,我们对不同拼接宽度的测试结果进行了分析。

(PPT图示)这是剪切性能,测试人员要对标准有很好的理解。对拉挤组合件是非对称的,哪一面朝上,哪一面朝下,测试结果有明显差异。针对裂纹扩展为均匀稳定的组合件标准是适用的。标准的适用性,同行可以一起来商讨评估,我们也进行了数值模拟分析,得出来的结果比较吻合。

(PPT图示)这是疲劳,不同的试样形式,疲劳测出来的效果不一样。这里有两种形式。

(PPT图示)这两个图比较熟悉,风电行业用的是线性拟合,其他行业用得是曲线的拟合。为什么放曲线的形式?曲线的形式可以看出来,纤维含量高的拉挤板,其树脂含量低,在进行疲劳实验时其基体易出现开裂,缺陷扩展快速。

第三部分,关于拉挤板的建议。对于拉伸、压缩建议统一的制备方式,弯曲也要明确用三点弯曲还是四点弯曲,匹配性有些方法有待完善。制样与实际使用更贴合,使结果更具有参考意义。

(PPT图示)和大家分享一段话,复材作为结构件来讲,安全很重要,我写了一段话,安全是准绳,发展是目标,建立方法是手段,实验验证是途径,先严后宽是规律,设计制造是一体,质量提升永无止境。

第四部分,关于公司情况。1988年我们成立国家中心,2020年进入到国材集团,现在有三个中心。这是服务理念,业务能力,我们是国家中心,所以我们通过国家资质认定,覆盖300余类产品,2500余项技术参数。在其他服务领域都有很多能力。

(PPT图示)这是业务范围。作为第一起草单位,30多年来,我们在玻璃纤维、碳纤维、绝热材料领域制修订标准130余项。除了组织参加国内也参加国际标准制修订,2019年参加了由英国国家物理试验组织的循环比对实验,比对效果很理想。

谢谢,如果有不对的地方请批评指正。

(文章内容来自于现场速记,未经本人审核)