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方允偉:風電葉片用拉擠復材性能影響因素及測試方法標準探討

2022-08-19 瀏覽數:611

南京國材檢測有限公司(國家玻璃纖維產品質量檢驗檢測中心)副總經理方允偉方允偉:各位領導、各位專家、各位風電行業的同仁,大家


 
南京國材檢測有限公司(國家玻璃纖維產品質量檢驗檢測中心)副總經理方允偉

方允偉:各位領導、各位專家、各位風電行業的同仁,大家下午好!我是來自南京國材檢測有限公司的方允偉。主要分四個部分進行匯報。

拉擠板材性能優異,被廣泛用于大型風電葉片的主梁的主要解決方案,目前大家都很清楚,拉擠板材用量飛速增長。拉擠板材主要影響因素是原材料和成型工藝,原材料主要是纖維和樹脂,界面的效果也非常關鍵。成型工藝方面,為纖維的張力、樹脂的含量、孔吸力及固化工藝的控制都非常關鍵。早些年之前,我們還沒有做風電葉片拉擠板材時,我們給很多拉擠供應商做了很多測試和分析,幫很多客戶解決了很多問題。

(PPT圖示)這是目前拉擠板材測試關注的主要性能,靜態性能、疲勞性能、物理性能及匹配性能,組合件匹配性能是大家最為關注的。

目前,拉擠板材主要的性能相關的測試方法進行了羅列,可能不完全,但基本上主要方法在這里。比如拉伸性能方法有很多,但這里有一些細微的差異,可能會導致測試的結果產生明顯的差異。我們和客戶溝通交流過程中建議所有的材料,同性測試方法盡量統一,這樣有比較性。

(PPT圖示)這里寫了“無”,拉擠組份含量測試方法缺失,我們申報了國家標準,國家標準已經通過立項答辯,等待立項,等立項后,我們希望邀請到同行,如果有興趣的單位或者專家可以參與到后面的標準制修訂過程中。

性能測試影響因素方面,方法有國標、ISO標準、試樣形狀、人員、測試設備和測試規范性。我一直在從事復合材料檢驗檢測,從我個人感受認識來講,人是最主要的影響因素,方法、設備基本上固定的,對于人的是操作水平、對標準的理解、測試經驗非常關鍵。同樣的工裝不同的人做,效果完全不一樣。

第二部分,關鍵性能測試及影響因素。

壓縮性能是復合材料比較難測的性能,在座有很多專家也在從事測試工作,發現了這樣的影響因素。我們曾經對壓縮做了很多研究分析,一是對不同的標準如何理解,對不同工裝的原理分析。這里有幾個標準,比如DIN65380主要是剪切加載,D6641和2850是組合式加載。右邊灰白的圖ISO。

(PPT圖示)這是對不同的工裝進行測試分析,這是同一個拉擠板,從數據明顯地看出來,不同試驗工裝對試驗結果有明顯的影響,總體分析來看,組合加載工裝更適合于拉擠板材高強高模的組合材料。

關于壓縮試驗,測樣優缺點是可以直接采樣條,相對比較簡單。由于比較厚,載荷傳遞很難達到非常理想的效果。所以,很難達到比較理想的狀態。第二種現在很多加工2毫米,通過將厚度加工薄了之后測,制樣比較復雜,關鍵是盡量減輕對試樣的損傷。如果加工不好的話會產生翹區,再去壓的時候是達不到理想結果,碳玻混結構比較特殊。

(PPT圖示)這是不同厚度測試的結果,采用2毫米,從加工試樣角度來看,測試的效果還可以。

另外,彎曲性能,大家都覺得三點彎曲很簡單,但如果對試樣狀態做分析的話,三點彎曲和四點彎曲有明顯差異。主要是識別狀態不一樣,特別是用到碳纖維拉擠板的復合材料,用四點彎曲測會更加實際的狀態。并不是測的數據越高越好,而是結果要合理。

(PPT圖示)這是拉擠板材組合件性能測試,測下來,不同的客戶鋪陳方式不太一樣,匹配性能會有一些比較大的差異,每一家要求不太一樣,所以數據可比較性較差,我們對不同拼接寬度的測試結果進行了分析。

(PPT圖示)這是剪切性能,測試人員要對標準有很好的理解。對拉擠組合件是非對稱的,哪一面朝上,哪一面朝下,測試結果有明顯差異。針對裂紋擴展為均勻穩定的組合件標準是適用的。標準的適用性,同行可以一起來商討評估,我們也進行了數值模擬分析,得出來的結果比較吻合。

(PPT圖示)這是疲勞,不同的試樣形式,疲勞測出來的效果不一樣。這里有兩種形式。

(PPT圖示)這兩個圖比較熟悉,風電行業用的是線性擬合,其他行業用得是曲線的擬合。為什么放曲線的形式?曲線的形式可以看出來,纖維含量高的拉擠板,其樹脂含量低,在進行疲勞實驗時其基體易出現開裂,缺陷擴展快速。

第三部分,關于拉擠板的建議。對于拉伸、壓縮建議統一的制備方式,彎曲也要明確用三點彎曲還是四點彎曲,匹配性有些方法有待完善。制樣與實際使用更貼合,使結果更具有參考意義。

(PPT圖示)和大家分享一段話,復材作為結構件來講,安全很重要,我寫了一段話,安全是準繩,發展是目標,建立方法是手段,實驗驗證是途徑,先嚴后寬是規律,設計制造是一體,質量提升永無止境。

第四部分,關于公司情況。1988年我們成立國家中心,2020年進入到國材集團,現在有三個中心。這是服務理念,業務能力,我們是國家中心,所以我們通過國家資質認定,覆蓋300余類產品,2500余項技術參數。在其他服務領域都有很多能力。

(PPT圖示)這是業務范圍。作為第一起草單位,30多年來,我們在玻璃纖維、碳纖維、絕熱材料領域制修訂標準130余項。除了組織參加國內也參加國際標準制修訂,2019年參加了由英國國家物理試驗組織的循環比對實驗,比對效果很理想。

謝謝,如果有不對的地方請批評指正。

(文章內容來自于現場速記,未經本人審核)



【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 繆昌志:葉片全生命周期保護
閱讀下文 >> 陳遠杰:淺談風電葉片開發機遇和挑戰

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