风电叶片用真空灌注树脂体系的研究

浅谈真空灌注工艺成型条件及常见缺陷修复

沈葛;孙洲

【摘要】真空灌注工艺是玻璃钢成型的主流工艺,相比玻璃钢手糊成型工艺有很多优点.分析了两者的区别,对真空灌注工艺的成型条件进行了阐述,提出真空灌注工艺材料和工艺原因都可能导致出现不同的缺陷,而缺陷修复的方式也不相同.

【期刊名称】《天津科技》

【年(卷),期】2014(041)006

【总页数】4页(P88-91)

【关键词】真空灌注工艺;手糊工艺;材料选择;工艺研究;缺陷修复

【作者】沈葛;孙洲

【作者单位】天津东汽风电叶片工程有限公司天津300456;天津东汽风电叶片工程有限公司天津300456

【正文语种】中文

【中图分类】TH48

1.1 真空灌注工艺简介

真空灌注工艺的原理是：在真空状态下排除纤维增强体中的气体，通过树脂的流动、渗透，实现对纤维的浸渍(见图1)。

1.2 真空灌注工艺和手糊工艺的优缺点比较

手糊工艺是一种开模工艺，它的优点是在模具的形状改变上有很大的自由度，模具价格低、适应性强。但该工艺也存在一系列问题，如可挥发有机物(VOC)超标、对操作人员的健康影响大、人员易流失、需用材料限制多、产品性能低、树脂用量大且浪费多等，尤其是产品质量不稳定，产品的玻璃纤维含量、制件厚度、生产效率等都受操作人员的影响，要求操作人员有较好的技术、经验和素质。手糊产品的树脂含量一般在 50%～70%左右。开模工艺的 VOC排放超过 500,mg/mL，而各国规定都在 50～100,mg/mL，苯乙烯的挥发量高达使用量的 35%～45%。目前国外大都改用环戊二烯(DCPD)或其他低苯乙烯释放树脂，但苯乙烯作为单体还没有好的替代品。

真空灌注工艺是近20年来发展的低成本制造工艺，尤其适合于大型产品的制造。其优点如下：

①产品性能优良，成品率高。在同样原材料的情况下，与手糊构件相比，真空灌注工艺成型构件的强度、刚度及其他物理特性可提高 30%～50%以上(见表1)。工艺稳定后成品率可接近100%。

碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究

１６　碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究　２０１３年９月　

碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究　

牟书香　，贾智源　

（１．中材科技风电叶片股份有限公司，北京　１０２１０１；２．中材科技特种纤维复合材料国家重点实验室，北京　１０２１０１）　摘要：本文研究了不同温度下ＲＩＭ１４５树脂的粘度和适用期，分析了不同温度下ＲＩＭ１４５树脂和碳纤维单丝之间的浸润　性；并以碳纤维单向布为增强材料，采用真空辅助灌注成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂（ＣＦ／ＥＰ）复合材料，研究了复合材　料的力学性能，对层间剪切试样剖断面形貌进行了ＳＥＭ分析，并研究了使用ＶＡＰ单向透气膜辅助真空灌注成型工艺对ＣＦ／ＥＰ　复合材料厚制件灌注质量的影响。研究结果表明，ＲＩＭ１４５树脂基体在５０～７０℃粘度低、适用期长且树脂与碳纤维单丝之间的　浸润性良好，适用于ＣＦ／ＥＰ复合材料的真空辅助灌注成型＿Ｔ－－艺；灌注的ＣＦ／ＥＰ具有良好的力学性能，树脂和纤维具有中等粘　结强度界面，采用ＶＡＰ单向透气膜辅助真空辅助灌注成型工艺可降低ＣＦ／ＥＰ复合材料的孔隙率。　关键词：碳纤维；环氧树脂；液体成型；复合材料　中图分类号：ＴＢ３３２；ＴＱ３２７．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—０９９９（２０１３）０６—００１６—０５　

１　引　言　

碳纤维增强环氧树脂（ＣＦ／ＥＰ）复合材料具有比　强度高、比模量高，密度小、结构尺寸稳定、耐腐蚀、　

抗疲劳、耐热、耐低温以及材料性能可设计等优点，　

既可以作为结构材料承载重荷又可以作为功能材料　发挥作用。目前已广泛应用于航空航天、交通运输、　

风电叶片制造、化工防腐、建筑工程和体育器材等领　域¨Ｉ２　。近年来风电叶片大型化的发展趋势，使得　

叶片设计者越来越关注这种轻质、高刚的高性能材　

料。目前占据统治地位的玻璃纤维增强树脂基　（ＧＦＲＰ）复合材料在制造更大的风电叶片时，会面临　

叶尖易变形撞击塔架、转动频率与固有频率接近共　振、摆振方向易疲劳、叶片自重过大等问题。使用碳　

DQ200E系列灌注环氧树脂性能表征

周百能;杨红;钟连兵;卢毅;杨青海;翟保利

【摘要】文章简述了环氧树脂作为风电叶片基体树脂的优势、国内外研究和应用的状况以及风电叶片对环氧树脂的性能要求.研制了DQ200E系列灌注环氧树脂,并对该树脂的工艺性能、力学性能、纤维增强塑料复合材料(FRP)性能以及耐疲劳性能进行了系统地测试.结果表明,DQ200E系列灌注环氧树脂粘度低、操作时间长、力学性能良好、耐疲劳性优异,能满足风电叶片的要求,并成功地应用在1.5MW风机叶片上.

【期刊名称】《东方汽轮机》

【年(卷),期】2013(000)001

【总页数】5页(P53-56,69)

【关键词】风电叶片;灌注;环氧树脂;应用

【作者】周百能;杨红;钟连兵;卢毅;杨青海;翟保利

【作者单位】东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000

【正文语种】中文

制造风力发电机叶片的材料目前都为复合材料，基体为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂或环氧树脂[1]，尽管不饱和聚酯和乙烯基树脂在价格上具有明显的优势，但环氧树脂由于其优异的性能，仍然是风电叶片最常用的基体树脂。

聚酯树脂和乙烯基树脂中需加入一定量的苯乙烯以降低树脂粘度和提高树脂反应活性，由于固化过程中苯乙烯大量挥发，因此聚酯树脂和乙烯基树脂固化收缩率非常大（一般为 5%～8%），这导致了聚酯和乙烯基树脂复合材料有很高的内应力。

相比之下，环氧树脂的固化收缩率仅为2%～5%，内应力很低，同时环氧树脂与玻璃纤维有非常好的粘结性能。这使得环氧树脂在静态力学性能上有很大的优势。此外，环氧复合材料的耐疲劳性能（表现为 S-N 曲线的斜率）也公认优于聚酯和乙烯基复合材料[2]。

叶片真空灌注工艺样件尺寸与纤维孔隙的影响分析

鲁学林;郑磊;李卓;张金峰

【摘要】采用真空灌注工艺，研究了灌注样件尺寸和纤维间隙变化对于树脂流动特性的影响。结果表明：桥架作用容易造成树脂包络而出现纤维浸透不良，适当增加纤维间隙可以提高树脂的渗透速率。%Using the vacuum infusion process,

this paper investigated the effects of sample size and fiber hole changes

on the flow characteristics of resin. The results showed that:the bridge

function is easy to cause the fiber impregnated and bad for resin

enveloped;The increase of the fiber space can improve the penetration rate

of resin.

【期刊名称】《风能》

【年(卷),期】2013(000)004

【总页数】4页(P80-83)

【关键词】风轮叶片;真空灌注;管路布置;孔隙形成

【作者】鲁学林;郑磊;李卓;张金峰

【作者单位】北京鉴衡认证中心，北京100013;北京鉴衡认证中心，北京100013;北京鉴衡认证中心，北京100013;北京鉴衡认证中心，北京100013

【正文语种】中文

【中图分类】TM614

0 引言

随着能源危机日趋严重，风能作为一种清洁、可再生的能源日益受到重视。作为风电机组关键部件之一的复合材料叶片，目前多数采用真空灌注工艺。真空灌注工艺是将纤维等增强材料铺设到模具上，再铺上具有密封功能的真空辅助系列，在抽真空后的负压下导入树脂浸透增强材料并固化成型的工艺。

当前也有不少关于叶片的真空灌注成型工艺方面的研究。董锋岩[1]简述了我国复合材料风电机组叶片的发展现状，并对叶片材料体系、灌注成型工艺进行了较为详细的论述；李传胜、周利峰、张锦南[2]对真空灌注工艺的技术原理、工艺要求等进行了探讨，提出了影响灌注工艺的几点重要因素；齐大伟、宁荣昌、凌辉[3]对用于真空灌注工艺的树脂体系研究进展进行了综述；Scott M Rossell [4]通过真空灌注实验测定了3种增强材料在不同纤维体积含量下的渗透率，提出了混合增强材料叠加渗透率的推算方法，并通过实际叶片灌注予以验证。彭家顺、高建勋[5]研究了真空灌注工艺管路布置以及孔隙的形成。

关于风电叶片真空灌注成型工艺质量问题研究

摘要：当前国内外一般使用真空灌注成型的兆瓦级风电叶片，在真空灌注成型工艺中树脂是非常重要的材料，环境温度会对其凝胶时间、粘度以及固化速度产生影响。为了保证风电叶片成型的质量，避免其出现质量隐患，应该重视不同环境温度下风电叶片成型受到灌注树脂性能变化的影响，对其工艺作出有效调整，保证风电叶片的质量。

关键词：风电叶片；真空灌注；成型工艺；质量问题

社会不断发展进步的背景下，对于电能的需求逐渐增加，传统的发电方式不仅会消耗不可再生资源，并且会在一定程度上污染环境，各国积极应对这一问题，促进了风力发电发展。风力发电属于清洁能源，目前各国都非常注重风电的开发利用，在风力发电中需要使用风电机组，风电叶片作为其中关键部件，其能够决定风电机组使用寿命以及发电效率，这就需要注重风电叶片的设计、使用的材料以及制造技术。目前风电叶片制造主要采用真空灌注成型工艺，使用该工艺时树脂是主要的材料，该材料的优势有模量与强度高、耐疲劳、具有较强设计性和抗腐蚀等。真空灌注工艺属于液体成型技术，其成本低，主要是通过高渗透介质以及真空负压作用，使树脂在浸渍玻纤后，加热固化，最终形成复合材料构件，该工艺的主要优势为制品质量稳定、环境污染程度低、生产效率高以及性能优异等，在国内外兆瓦级风电叶片制作中都会使用该技术。

一、风电叶片真空灌注成型工艺存在的质量问题

我国每年7月份温度较高，通过测量统计可知，一般风电叶片公司在夏季成型车间的环境温度大约为35℃，湿度大约为75%，应用静态混合器打出树脂，其所处的出口温度在23～30℃之间，其粘度处于138～151mPa.S之间，有着较短的凝胶时间，通常为150min。一般叶片腹板面积小、层数少，在其灌注成型时上述因素不会产生较大影响，而叶片的主梁以及壳体具有较大面积以及较多层数，上述因素会在较大程度上影响其灌注成型情况，应该结合实际生产情况来调整部分工艺。下文将针对2.5MW风电叶片在30～45℃的高温环境下与10～20℃低温环境下，其叶片主梁以及壳体在灌注成型中经常出现的质量问题进行分析。

叶片真空灌注工艺管路布置以及孔隙的形成

第３１卷　第２１期２００９年１１月武　汉　理　工　大　学　学　报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＷＵＨＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３１　Ｎｏ．２１　Ｎｏｖ．２００９ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－４４３１．２００９．２１．０２６叶片真空灌注工艺管路布置以及孔隙的形成彭家顺，高建勋（国电联合动力技术有限公司，北京１０００４４）摘　要：　研究２种不同管路布置方法对风机叶片灌注时间以及灌注效果的影响，并对灌注过程中孔隙的形成进行了分析。实验表明，采用先开启叶片壳体主管道，再开启叶根铺层上方管路的方法，节约壳体灌注时间，同时也避免了叶根白斑的产生。关键词：　真空灌注；　管路布置；　孔隙的形成中图分类号：　ＴＢ３３２；ＴＱ３２７．１文献标识码：　Ａ文章编号：１６７１－４４３１（２００９）２１－００９８－０３ＰｉｐｉｎｇＬａｙｏｕｔａｎｄＰｏｒｅｓＦｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＶＡＲＴＭＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅＰｒｏｃｅｓｓｏｆＷｉｎｄＴｕｂｅＢｌａｄｅＰＥＮＧＪｉａ－ｓｈｕｎ，ＧＡＯＪｉａｎ－ｘｕｎ（ＧｕｏｄｉａｎＵｎｉｔｅｄＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｍｐａｎｙＬＴＤ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＳｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｆｕｓｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｉｎｆｕｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗｉｔｈｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｉｐｉｎｇｌａｙｏｕｔｉｎＶＡＲＴＭｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｉｎｄｔｕｂｅｂｌａｄｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｐｏｒｅｓｉｎＶＡＲＴＭｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｐｅｎｔｈｅｍａｉｎｐｉｐｅｌｉｎｅｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｓｈｅｌｌａｎｄｔｈｅｎｏｐｅｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓｏｎｔｈｅｂｌａｄｅｒｏｏｔｌａｙｅｒｓｗｉｌｌｓａｖｅｔｈｅｉｎｆｕｓｉｏｎｔｉｍｅｂｕｔａｌｓｏｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｄｒｙｓｐｏｔａｔｔｈｅｂｌａｄｅｒｏｏｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｖａｒｔｍ；　ｐｉｐｉｎｇｌａｙｏｕｔ；　ｐｏｒｅｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ

风电叶片用真空导入环氧树脂-最新国标

风电叶片用真空导入环氧树脂

1范围

本文件规定了风电叶片用真空导入环氧树脂的分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运

输和贮存。

本文件适用于风电叶片用真空导入用环氧树脂。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB190危险货物包装标志

GB/T191包装储运图示标志

GB/T601—2016化学试剂标准滴定溶液的制备

GB/T2035塑料术语及其定义

GB/T2567树脂浇铸体性能试验方法

GB/T3961纤维增强塑料术语

GB/T4612塑料环氧化合物环氧当量的测定

GB/T6488液体化工产品折光率的测定(20℃)

GB/T6678化工产品采样总则

GB/T6680—2003液体化工产品采样通则

GB/T1033.1塑料非泡沫塑料密度的测定第1部分：浸渍法、液体比重瓶法和滴定法

GB/T11547塑料耐液体化学试剂性能的测定

GB18191包装容器危险品包装用塑料桶

GB/T19466.2塑料差示扫描量热法(DSC)第2部分：玻璃化转变温度的测定

GB/T22314塑料环氧树脂黏度测定方法

GB/T24148.9塑料不饱和聚酯树脂第9部分:总体积收缩率的测定

3术语和定义

GB/T2035和GB/T3961界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

真空导入vacuumresininfusionmolding

在刚性半模和柔性膜组成的模具中，利用真空产生的压力将树脂通过预设的管路注入预制成型的增

强材料，经固化制成复合材料制品的方法。

3.2

环氧树脂体系epoxyresinsystem

由环氧树脂和固化剂按照一定比例组成的混合液体。

3.3初始混合黏度initialmixedviscosity

环氧树脂和固化剂按照一定比例在一定温度下持续混合一定时间测得的黏度。

3.4

适用期applicabletime

风电叶片胶接修补与真空灌注修补的比较研究

１０２　风电叶片胶接修补与真空灌注修补的比较研究　２０１３年５月　

风电叶片胶接修补与真空灌注修补的比较研究　

侯学杰，黎华，史俊虎，林　明　

（中船重工集团公司第七二五研究所，洛阳双瑞风电叶片有限公司，洛阳４７１０３９）　摘要：风电叶片在运输、安装及服役过程中，可能产生某些原因导致的需要修补的损伤。本文针对修补损伤的挖补法，设　计了一组实验，比较了预浸料胶接修补与真空灌注修补的工艺区别，以及修补件静态力学强度恢复率的差异，并对两种工艺修　补效果的差异进行了讨论。结果表明，在静态力学性能方面，胶接修补的拉伸强度和层间剪切强度性能可达到初始的８０％左　右，真空灌注修￣ｂ．ｚ－艺的拉伸强度和剪切强度可恢复到９０％以上。　关键词：风电叶片；修补；胶接；真空灌注　中图分类号：ＴＢ３３２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—０９９９（２０１３）０３—０１０２—０４　

●—ｊ』一——～　１　日ＩＪ　舌　

随着社会与经济的快速发展，人类对能源的需　求量日益增大。进入２１世纪，风能的利用越来越广　

泛，至２０１１年底，全球风力发电机组装机累积达　２３８，Ｏ００ＭＷ，我国以６５，Ｏ００ＭＷ成为全球第一风电　

大国。随着风电产业的迅猛发展，单机功率已至　７ＭＷ，风力发电机组叶片还在朝着大型化的方向发　

展，最长的叶片达８０ｍ。目前，兆瓦级风电叶片都为　

树脂基复合材料，在运输、安装和服役期间难免会产　生缺陷或损伤，如刮痕、凹陷、裂纹、撕伤、雷击烧伤　

等。为了使叶片的力学性能得到恢复并达到预期的　

寿命，研究损伤叶片的修补方法就显得十分必要和　

重要了。　复合材料的修补技术的研究开始于２０世纪７０　年代初期，之后有很多且系统的研究，涉及到修补的　理论计算、力学分析及工艺等¨　。我国的复合材　

料修补技术研究始于２０世纪８０年代中后期，１９８９　

年，文献［５］报道了对某飞机副油箱水平安定板支　臂裂纹进行以碳纤维复合材料为补片的外场修补。　

之后，大量的复合材料修补研究工作　相继开展。　

风电叶片用双酚A型及双酚AF型环氧树脂复合材料性能研究

风电叶片用双酚A型及双酚A/F型环氧树脂复合材料性能研究＊

冯学斌1**，周娟1，彭超义1, 2，曾竟成1, 2，唐先贺1

1 株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007

2 国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙 410073

摘要：对比研究风电叶片用双酚A型及双酚A/ F型两种环氧树脂材料体系。对树脂体系力学性能、工艺性能进行考察，进一步通过真空灌注工艺制备玻璃纤维复合材料并测试。结果表明，双酚A/ F型环氧树脂与双酚A型环氧树脂比较，材料具有更佳的冲击及疲劳性能。

关键词：环氧树脂；复合材料；风电叶片

Study on the Properties of Bisphenol A and Bisphenol A/F Epoxy Resin

Composites Used to Wind Turbine Blades

Fengxuebin1, Zhoujuan1, Pengchaoyi1, 2, Zengjingcheng1, 2, Tangxianhe1

1 Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd., Hunan Zhuzhou, 412007

2 College of Aerospace and Materials Engineering, National University of Defense Technology, Hunan Changsha

410073

Abstract: The two kinds of epoxy resins used to wind turbine blades, included Bisphenol A and

Bisphenol A/F epoxy resins, were researched. The mechanical properties and process properties of

风机叶片制造技术——真空灌注成型技术

.

'. 风机叶片制造技术——真空灌注成型技术

风电技术专题 2010-01-05 08:33 阅读53 评论1

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1 世界风力发电现状

随着国际原油价格持续高涨及京都议定书的实施，产业化条件最为成熟的风力发电成为欧美等发达国家推动可再生能源发展的首选项目。风能不仅充沛和廉价，而且也是目前最有开发利用前景的一种可再生能源。20世纪80年代风电的成本为40美分/kW·h，现在降为3~5美分/kW·h，随着技术设备的改善，成本还可在目前的基础上再降低30~50%。正因为此，全世界风力发电每年以30％左右的速度增长。

世界上很多国家尤其是发达国家，已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电的开发给予了高度重视，装机规模持续高速增长。2006年累计风电装机最多的10个国家占世界风电装机的85％，与2005年相比，德国、美国和西班牙保持了前3名的地位，中国则从第八名升到第六名。中国新增装机容量（不包含台湾省装机）为1.347GW，处于亚洲第二，2006年风力发电市场较2005年成长超过3倍，累计装机容量达2.604GW，排行全球第六大市场。其市场驱动力主要源自2006年1月1日生效的“可再生能源法”。

单机容量是风电机组技术水平的标志。全球兆瓦级机组的市场份额明显增大，1997年及以前还不到10%，2001年则超过50%，2002年达到62.1％，2003年达到71.4％。2003年安装的风电机组平均单机容量达到1.2MW。2006年安装的机组增均单机容量约为1.5MW，而10年前只有500kW。我国风电机组单机容量也从600kW逐步走向兆瓦级转变。更大型、性能更好的机组也已经开发出来，并投入生产试运行。由于更多国家致力于风能的开发利用，预计这种世界范围的快速增长将持续下去。除了风电大国丹麦、德国、西班牙和美国外，很多其它国家包括英国、法国、巴西和中国也制定了雄心勃勃的风电发展计划。