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真空吸附技术在风力发电玻璃钢件上的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-03-28  浏览次数:2573

1  序 言
      风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视,其蕴量巨大,全球的风能约为2.7*109MW,其中可利用的风能为2*107MW,比地坏上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广,仅陆地上的风能储量约为2.53亿千瓦。随着全球经济的发展,风能市场也迅速发展起来。近5年来,世界风能市场每年都以40%的速度增长。预计未来20至25年内,世界风能市场每年将递增25%。现在,风能发电成本已经下降到1980年时的1/5。随着技术进步和环保事业的发展,风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。
      风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不存在产生辐射或空气污染。中国风电行业发展比较迅速,但与国际风电行业的发展水平还有一定差距,风电行业的发展还有很多的阻碍因素。风电行业投资的高风险,必然为风电行业发展带来高收益,不论是风电产业的经济效益、社会效益,还是中国目前奉行的可持续发展和节约战略,这些都为风电行业提供了很大的发展空间。
      玻璃钢作为一种较理想的结构材料和功能材料,近年来发展势头迅猛,尤其是在风电领域广受青睐。先进复合材料玻璃钢制造成本在总成本中所占的比重高达60~70%,如何从技术工艺上突破已是当今复合材料行业面临的重要课题。真空 吸附成型工艺这一低成本的复合材料成型技术由此应运而生。
      真空吸附工艺是一种新型的低成本复合材料大型制件的成型技术。它是在真空状态下排除纤维增强体中的气体,利用树脂的流动、渗透,实现对纤维及其织物的浸渍,并在室温下进行固化,从而形成一定树脂/纤维比例的工艺的方法。我国借鉴国外技术,经不断改进后已使这种新型的真空辅助成型工艺趋于完善。
      真空吸附工艺的操作仅需要一个单面的刚性模具用来铺放纤维增强体,模具制造工序也大为简化,费用大幅节省。对于大尺寸、大厚度的复合材料制件,它是一种十分有效的成型方法。采用以往的复合材料成型工艺,较大模具选材困难、成本昂贵,而且制造难度大,尤其是大厚度的风机罩、导流罩等结构件。真空辅助成型工艺制造的复合材料制件具有成本低、空隙含量小、产品性能好的优点,并具有很大的工艺灵活性,适合风力发电的叶片和风机罩、导流罩玻璃钢制品的生产。真空吸附技术的成功应用,给玻璃钢风机罩产品的工艺、生产和发展提供了广阔的空间。
2  真空吸附成型工艺简介
      随着玻璃钢工业的发展,除了传统的手糊和喷射外,出现了很多先进的经济型的制造工艺和技术,如采用机器浸渍成型法成型,用气压法脱模可降低工人劳动强度,是一种既能够提高工效,确保质量,又能够降低材料消耗的先进工艺方法。
      真空吸附成型是一种成本较低的简便成型方法。将玻璃纤维铺层放在模具上后,铺设导管和一些辅助性的设备,利用真空袋及密封胶密封,然后对玻璃纤维铺层浸润树脂经加热、抽真空,预浸料在大气压力或温度作用下成型。
      真空吸附成型工艺和传统的工艺相比,不需要热压罐,仅在真空压力下成型;无需加热,可在室温下固化,经后处理可在较高的温度下使用;比手工方法制造的制件空隙率低、性能好、纤维含量高。
3  真空吸附成型工艺特点
       真空吸附成型工艺能够提高制品的内部和表面质量。工艺要求在预制件边缘设置树脂缓释区,降低树脂在制件边缘的流动速度,实现树脂对预制件的完全良好浸渍;通过在排气系统中设置排气通道的方法,使传统工艺中的“点”排气结构变为“线型”排气结构,通过气路结构调整,实现对真空袋内气体的快速有效排放;根据被成型制品的结构,设计树脂导流介质多层叠和铺放结构,实现对树脂流动状态的有效控制,从而提高复杂制品成型工艺的可靠性和产品质量。真空吸附的工艺方法,辅材消耗低、经济性好,同时可有效避免树脂流入排气通道,污染工装设备。
      复合材料制品的真空吸附成型工艺方法,包括单面模具准备、在模具上依次铺放的预制件、脱模布、树脂导流系统,在成型过程中的工艺装备包括注胶系统,排气口和用于系统密封的真空袋,其工艺关键在于树脂注入系统中,在除树脂注入端以外的其它方向上,设置树脂阻流区。
      该成型技术特点是产品孔隙率低、性能与热压罐工艺接近,孔隙作为复合材料中的一种普遍存在的缺陷,在制备中有三个产生原因:①纤维未被树脂完全浸润,造成空气被截留在其中;②热固性树脂的固化循环过程中和热塑性树脂的熔融加工过程中所产生的挥发物,这些挥发物或许是残留的溶剂,化学反应的产物或树脂中低分子量的成分;③纤维的团聚、堆积、与基体的不完全浸润造成孔隙的存在。这些都会导致基体连续性遭到破坏,从而使其不能有效传递载荷,在材料内部造成局部应力集中,使纤维与基体的界面结合强度降低,最终导至复合材料的弯曲性能降低。而真空吸附法的纤维/基体浸润是在闭模状态下进行的,通过导管将树脂分布到整个基体上,因此预成型材料除能经受住流动树脂的冲击外,还有很好的浸润性能。再用真空泵将基体和模具之间的空气和挥发物抽掉,借助于大气压力使板材覆盖于模具上而成型,有效的降低了孔隙率,在生产过程中再加以人工配合,基本上去除了孔隙的存在。
      同手糊工艺相比,真空吸附的制品具有优良的内表面质量,提高了制品的表观品质;含胶量低,纤维含量高,浸润更均匀,增强了制品的强度和刚度,提高了制品质量。在设计结构时,真空吸附制品的厚度比手糊成型工艺的产品厚度减少,使得固化后产品重量比手糊产品的重量轻,大大解决了玻璃纤维产品比碳纤维产品重量高很多的问题。同时由于树脂是真空导入,无需人工糊制,减轻了工人的劳动强度。工人只需做好充分的准备工作,同时在生产过程中做一些辅助性、监督性的工作。整个过程中只需要两三人就可以完成整个铺设,轻轻松松高质量的完成整个生产。从而节省了时间,减少了劳动消耗,同时铺前期准备的物耗费用不高,一些材料可重复使用。这样就可更进一步降低了生产成本。
4  真空吸附成型工艺辅助原材料性能
       (1)真空袋薄膜
       真空袋一般由柔软的压延薄膜形成的。这些薄膜一般为管状或单层形式。
       (2)密封胶带
       密封胶带用于真空袋和模具之间的密封。密封胶带必须有足够的粘性跟模具表面粘贴的很好,但是又不能太粘,以免真空袋薄膜上的密封胶带不能下来以备重新定位使用。在固化后,密封胶带必须从模具表面上干净的撕离下来。
      (3)透气毡
      透气毡能在固化周期期间热电厂出真空袋里的空气和挥发物,同时也用于吸收某些复合材料层板存有的多余树脂。
      (4)隔离膜
      绝大部分情况下隔离膜与层压制品直接接触,并把层压制品和无脱模性的透气毡隔离开。现有隔离膜是根据固化温度、压力、制件的复杂程度以及树脂体系而选择。隔离膜通常提供有孔的以确保去除嵌入到层压板里的空气和挥发物,其膜的厚度从0.0012mm到0.05mm不等。
 
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  • (1) 真空吸附成型是一种成本较低的简便成型方法。该成型过程为:将玻璃纤维铺层放在模具上后,铺设导管和一些辅助性的设备,利用真空袋及密封胶密封,然后对玻璃纤维铺层浸润、加热、抽真空,预浸料在大气压力及温度作用下成型该成型产品具有成本低、产品孔隙低、性能好等优点,适合制造复杂大型结构,是一种十分有效的制作风机产品的成型方法。
 
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