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风电叶片用夹芯材料的现状和发展趋势

2012-07-11 16:47
Hsiao Chen
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  2.3 轻木

  轻木芯芯材料是一种天然产品,市场常见的轻木夹芯为Baltek公司的SB系列balsa木。balsa木主要产自南美洲的种植园,由于气侯原因,balsa木在当地生长速特别快,所以比普通木材轻很多,且其纤维具有良好的强度和韧性,特别适合用于复合材料夹层结构。

  3 夹芯材料在风电叶片上的应用

  夹芯材料是风电叶片的关键材料之一,为增加结构刚度,防止局部失稳,提高整个叶片的抗载荷能力,在叶片的前缘、后缘以及剪切勒等部位,一般都会采用夹层结构,如下图所示。

  目前,用于风电叶片的主流夹芯材料为交联PVC泡沫和balsa轻木。典型的设计方案是,把强度较高的balsa木(密度为150kg/m3)用于承受载荷较大的靠近叶根的部位,交联PVC泡沫(密度为60kg/m3)用于承载较小的靠近叶尖的部位,从叶根向叶尖方向,夹芯材料的厚度逐渐减小。也有个别叶片厂家只使用balsa木或PVC泡沫。

  3.1 叶片用PVC泡沫

  叶片用PVC泡沫都是闭孔结构,可以防止树脂被吸入泡沫内部从而增加叶片的重量。由于叶片的前缘、后缘均为壳体,所以在使用前要对泡沫板进行特别的处理,这种处理有两种方法:热处理和机械处理。热处理即利用泡沫在一定温度可以变软的特性,在使用前将泡沫加热到特定的温度,配以适当的工装将泡沫塑造成和叶片对应位置相一致的曲面,然后再铺放在叶处上。机械处理即对泡沫进行单面切割,将一块泡沫分割成许多小块,未切割的面用玻璃纤维织物粘贴以保证小块不散落。热处理操作复杂,对不同的曲面形状要求使用不同的工装,其优点在于未经切割、没有沟槽,不会吸收多余的树脂;机械处理需要专门的机器进行切割,通用性好,生产效率高,对任何部位都可使用一种规格的切割方法,但其沟槽内将会充满树脂,带来叶片重量的增加。目前常用的是机械处理法。

  PVC泡沫的性能稳定,质地均匀,同一牌号的泡沫其力学性能与密度基本成线性关系。但其强度重量比不及balsa轻木,所以多用于载荷较小的靠近叶尖部分。

  3.2 叶片的用Balsa轻木

  Balsa轻木本身是一种类似微孔的蜂窝结构,用于叶片的一般会在轻木两个表面专用处理剂涂刷封孔,防止树脂渗放轻木内部。Balsa轻木夹芯在生产和使用等各个环节中要特别注意防潮,在储存和运输过程中应始终保持密闭包装,最好在使用时现场拆包,否则容易吸水,导致重量上升,影响树脂的固化以及夹芯材料和面板的粘接。轻木夹芯一般都是通过机械处理使其由刚性轻木板变成可以铺放在曲面上的柔性板。

  Balsa轻木的强度重量比远高于同等密度的泡沫夹芯材料,但市场上轻木夹芯材料的密度一般都在90kg/m3以上,所以多用于载荷较大的靠近叶根部分。

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