风机叶片真空吸塑成型(VRAM)工艺的研究

　　采用VRAM工艺制备风力发电转子叶片的关键在于：①优选浸渗用的基体树脂，尤其要保证树脂的最佳粘度及其流动特殊性。②模具设计必须合理，尤其要注重模具上树脂吸入孔的位置和流道分布，以确保基体树脂能均衡地充满到模腔内的任何地方。③工艺参数要最佳化，必须事先进行相关实验研究，以确保VRAM技术的工艺参数达到最佳化。
　　固化后的叶片由自动化操纵的设备运送到下一道工序，进行打磨和抛光等操作。由于模具上涂有硅胶，因此，叶片不需要油漆。此外，在制造过程中应尽可能减少复合材料内部的孔隙率，保证纤维在铺放过程中保持平直，这些都是复合材料获得良好力学性能的关键。
　　2  适用于VRAM工艺的树脂体系
　　适用于VRAM工艺的树脂主要有不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂和聚氰酸酯树脂等，其中环氧树脂和不饱和聚酯树脂在风力发电叶片生产中应用最为广泛。
　　2.1  VRAM工艺用的环氧树脂
　　风机叶片VRAM工艺用的环氧树脂，是经低粘度固化剂(液态胺类或酸酐类)或环氧稀释剂改性后的高性能复合材料的基体树脂，具有良好的工艺性，对成型温度和成型压力要求较低，可以60℃条件下进行真空吸塑，适用期为2~3h或更长。
　　美国3M公司生产的PR500树脂，其熔点为60~80℃，固化物Tg约为190~250℃，该树脂体系在室温20℃时的粘度为1000Pa·s，由于粘度太高，故需要加热来降低其粘度以方便充模；其最佳真空吸塑温度为160℃左右，在该温度下固化剂能够很好地溶解，可用于VRAM工艺。Shell化学公司利用双酚F二缩水甘油醚树脂DPL862和芳香胺固化剂RSC763，开发了适用于VRAM工艺的树脂体系，所得制品具有良好的韧性和较高的耐热性。CibaGeigy公司早期开发的TGMDA(四缩水甘油基二胺基二苯甲烷环氧树脂)，是较早应用于高性能复合材料的基体树脂之一，但该树脂粘度较高，不适用于VRAM工艺。当体系中加入液体酸酐HY917作固化剂时，该树脂的粘度下降、贮存期延长；但酸酐作固化剂与Kevlar纤维的相容性较差。为此，又选用了低粘度多官能度的环氧化合物作稀释剂，配制成Araldite LY5210树脂并以液态芳胺HY932为固化剂、DY219为促进剂，该体系在25℃时的粘度只有0.3Pa·s，适用期达24h。美国聚合物公司的E905RTM为双组分环氧树脂体系，该体系在70℃时粘度为200~500mPa·s，可稳定保留8h以上，该体系于177℃固化后，其干态耐热温度为150℃，湿态耐热温度为120℃。我国开发的多官能度环氧树脂体系有TDE-85环氧/马来酸酐体系，TDE-85环氧/DDS(二氨基二苯砜)/BF3·MEA(三氟化硼单乙胺)体系也可用于VRAM工艺。
　　2.2  VRAM工艺用的不饱和聚酯树脂
　　风机叶处VRAM工艺用的不饱和聚酯树脂一般含有较多的苯乙烯，因而该类树脂粘度低，可室温存放6个月；与固化剂和促进剂混合后在室温或略高于室温下可进行真空吸塑，适用期一般为15~30min；可在室温或略高于室温的条件下进行固化，固化时间一般小于1h；为了降低树脂的固化收缩率，有时需要在树脂中加入无机填料。
　　英国JutonPolymer公司生产Norpo142-10树脂，其23℃时的粘度为200mPa·s,凝胶时间为12~18min，可室温固化，并可用于VRAM工艺。英国DSM公司的Syholite40-7428树脂具有低收缩率、A级表面等优点，其75℃时的粘度为110mPa·s，凝胶时间为2~3min，需加热固化。美国Ashland公司开发的Arotran50437-x树脂，其60℃时的粘度为500mPa·s，凝胶时间为7~30min，120℃固化2h。英国Scottader公司开发的标准型、阻燃型和耐化学性等系列树脂，其真空吸塑粘度为200mPa·s，凝胶时间为2~20min，需加热固化。国产FL系列树脂，其真空吸塑粘度为200~450mPa·s，凝胶时间为5~20min，可用于VRAM工艺。
　　3  VRAM风机叶片用复合材料的选择
　　风机叶片材料的强度和刚度是决定风力发电机组性能优劣的关键。目前普遍采用是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂和碳纤维增强环氧树脂。