通常,在复合材料产品的生产过程中,往往会由于材料本身的性能不稳定,成型工艺条件的掌握不好或者模具的设计不合理等因素而出现表面或内在的缺陷,从而影响产品的质量。
同样,复合材料叶片的质量也受这些不确定的因素制约着。叶片包括一个气动面、一个工作面、由两根UD主梁帽及两块多轴夹层结构的剪切肋所组成的翼梁。主梁帽的材料采用UD纤维/环氧树脂,剪切肋采用双轴(+45。/-45。)纤维/环氧树脂,外壳则采用双轴和三轴(+45。/-45/0。)纤维/环氧树脂,叶片根部加强部分用三轴纤维/环氧树脂。外壳内无UD主梁帽支撑的部位用芯材填充,夹层采用Balsa, PVC泡沫填充。为达到足够的边缘刚度,后缘采用UD板加强。
上壳体、下壳体、主梁帽和剪切肋分别用模具独立制作。外壳与前、后缘以及主梁胶接。叶片根部设计成T型螺栓连接。叶片的成型过程其实并不算太复杂,但由于自动化程度不高,很多程序都是由工人手工操作,所以其中的不稳定因素很多,因此常常对叶片的质量产生了影响。比如布层铺设时,没铺平整导致成型后的褶皱,真空灌注时时的漏气导致成型后叶片的树脂浸润不良,以及由于叶片体型庞大导致运输时纤维碰伤、刮伤等等质量问题。本文着重介绍复合材料结构的修复原则和典型的结构修复方法,原则上适用于所有热固性复合材料,复合材料叶片的缺陷当然也属于修复范围之中。
1.复合材料叶片缺陷的来源
1.1技术缺陷
在风电叶片制作过程中,国内基本上都使用的是真空辅助灌注技术,即VARTM技术,此工艺是一种能生产大尺度产品的先进技术,也是世界上比较先进的一种制备方法,但这种制备方法对原材料有一定的要求,如树脂:
①粘度要合适,真空灌注技术对树脂粘度的依赖性很高,过高或过低的树脂粘度都会对产品产生质量问题。
②凝胶时间要合适,过长的凝胶时间会导致树脂不固化,影响产品的生产周期,过短的凝胶时间会导致在灌注过程中,就出现固化,产品未能灌透。
③放热峰要合适,过低的放热峰会导致树脂固化时间加长,过高的放热峰会导致叶片中其余增强材料的老化,严重影响质量。由于VARTM技术在风电市场上的应用,成型效率越来越高,但也出现了由于缩短时间及VARTM技术本身的原因,风电复合材料叶片在成型过程中有很多的缺陷出现固,有些缺陷能可见并修补,但一些缺陷就由于空间或其他原因,无法可见及修补。