风电叶片材料测试浅析——汪泽军/研发部副部长

吉林重通成飞新材料股份公司汪泽军 研发部副部长

　　大家好，我主要是分两个部分，一方面是重通试验室的基本介绍，另外一个就是试验工程组经验与大家分享下。吉林重通成飞新材料股份公司是重庆通用工业集团控股子公司，成立于2011年，注册资金1.6亿元，是国内2MW机组风轮叶片最齐全的生产制造商，同时也是国内风轮叶片主流配套企业。总部在全国有6大基地，六大基地均位于国家规划的八大千瓦级风电基地核心区域。风轮叶片运输距离均在经济运输半径以内，运输费用占有绝对优势。

　　吉林重通 试验室成立于2014年，经过一年多的时间，基本完成了国家认可试验室的要求，现在已经进行了试运行，相关的文件已经编制完成。主要的试验项目含5大主材，树脂，浇注体，胶黏剂，夹心，涂料，所有常规项目目前都可以进行检测，这些是力学项目，还有一些物理项目。

　　CNAS试验室的条件大家都知道，我简单说一下：

　　1)组织架构；分独立法人和非独立法人，非独立法人需要法人授权也可做试验室认可，以保证试验工作独立、公平、公正，不受其他以外因素影响。

　　2)人员配置上；要求有检测人员、技术主管、质量主管、试验室最高管理者及办公室管理人员（样品接受和管理等），各自要有明确分工，使试验室检测工作井然有序，

　　3）为了更好的满足CNAS试验室认可条件；在基础设施上要做试验室的一个整体建设方案，试验室家具和设施要统一定置，并且在检测区域配置恒温恒湿设施，来提升试验室管理和检测能力

　　4）设备要求；在现有试验室设备基础上，设计开发多种制样和测试过程中工装，来保证试样盒测试的准确性。

　　CNAS试验室能力要求：1）人员要求；检测人员应为理工科背景相关专业毕业的大专学历以上，技术负者人应为理工科背景相关专业毕业的大专学历以上且相关工作经验3年以上（如不是以上），试验室人员应具备相应的检测能力，同时试验室要确保人员得到及时培训，检测人员应考核合格持证上岗，可以是企业内部培训发证2)检测方法能力要求；试验室应具备复合材料相关检测标准能力的要求，并确保硬件和软件能达到标准要求。

　　CNAS试验室设施条件调整：1）环境要求；在复合材料检测行业，一般检测方法都是采用国标或ISO方法，为了使检测结果不受到影响，这些检测方法规定的环境要求均要达到，温度23±2℃、湿度50%±10%。且对试验室要按功能划分区域，可分为办公区、制样区、样品接受区、试样检测区、接待区等。对人员进入的控制，进入试验室的外来人员应经批准。为避免不正常的干扰，对试验室内部人员也应予以控制，以限制非授权人员的进入。为此，试验室采用可自动识别的门禁系统，否则。对人员进出造成温湿度波动从而会影响检测结果。2)设备要求；试验室应配备满足检测活动要求的全部设备，对检测活动结果有直接关系的设备要有国家规定的计量单位对其校准。

　　材料测试数据的准确性直接影响到后期的产品质量，对数据结论的准确性管控尤为重要。而试验结论与人员、场地、测量工具、测试设备等有关,同时还受取样、试样加工以及试验过程及测试数据处理的多种因素综合影响。 因此，通过对人员、设备、场地条件的标准规范要求，严格管理，从而避免了测试过程中发生误差造成测试结论偏差，最终影响材料选用决策乃至影响产品质量。

　　误差按其性质和原因可分为三类：系统误差：仪器、装置误差；测量环境误差；测量理论或方法误差；人员误差，即生理或心理特点所造成的误差。偶然误差(随机误差）：仪器性能和测量者感官分辨力的统计涨落，环境条件的波动，测量对象本身的不确定性。过失误差：使用仪器的方法不正确，粗心大意读错、记错、算错数据或试验条件突变等原因造成的（坏值）。

　　测量结果的不确定度是什么？不确定度的含义是指由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度。反过来，也表明该结果的可信赖程度。它是测量结果质量的指标。不确定度愈小，所述结果与被测量的真值愈接近，质量越高，水平越高，其使用价值越高；不确定度越大，测量结果的质量越低，水平越低，其使用价值也越低。 因此，试验室在试样成型、加工、后处理、测量、测试等环节中加强管控、制作专用工装等，以确保试验不确定度的减小，提高试验数据的置信度。

　　实验的数据处理：它是一个比较复杂的过程，数据处理不单纯是数学运算，而是要以一定的物理模型为基础，以一定的物理条件为依据，通过对数据的整理、分析和归纳计算，得出明确的试验结论。

　　对试验员严格、细致培训。完善数据处理系统，进行试验数据统计分析和模型模拟方法，如试验设计、各类型方差分析、列联表分析及非参数检验等。

　　目前试验人员已基本掌握一套有效的方法。通过试验测得原始数据后需要进行计算将最终的试验结果归纳成经验公式或以图表的形式表示，经过有效数字与运算规律 、试验数据的误差分析 、试验数据处理等方法后，形成结果，以便与理论结果比较分析，最后形成报告数据。咱大家以后有时间可以进行交流。

　　管理措施就是将原始观察记录、导出数据、测量溯源性、员工培训的记录，以及发出的每份《测试报告》按文件规定的进行保存。编制了所有设备的用户手册或操作说明书，以及处置、准备被检测物品的说明书。制定取样设备、制样设备、机械切割设备、机加工设备及测试设备等设备的安装调试、标定验收的操作指导书，以及这些设备操作规程、维护保养计划，确保设备完好使用，性能指标满足样本取、制样的要求。设立试验工程师负责测试活动策划及提出所需资源配置，并进行试验监督。设立试验监督员和试验负责人制度全面负责试验技术运作，确保了解检测目的、熟悉检测方法或程序、懂得检测结果评价，保证测试质量。

　　再给大家讲个案例，这个是我们实际操作的案例，给大家简单的介绍下。为减少操作人员对试验结果造成影响，在试件制作过程中和测试中增加了：下料工装，以保证下料精度；专用调胶工装，以保证胶液配置精度和较小污染；层铺加热板，保证固化参数；专用测试工装，以保证试验精度。专用工装等的使用和控制，有效保证了测试数据的准确性，减小了操作人员及设备和工装造成的不利后果。

　　这个是层合板的成型，在国内试验室，复合材料层合板的成型方式，大多是类似于叶片壳体的成型方法，玻璃布和辅材层铺完后，一边抽气另一边注胶，这样成型的层合板存在一个缺陷，就是层合板四周的厚度不均匀，板子注胶方向的两端含胶量能相差2%左右，在制作拉伸或压缩试样时，可能对其测试结果有一定影响。了解到国内一些试验室也用到了工装来控制层合板的均匀度，但在使用过程中步骤繁琐、效率较低、清理困难。现我们试验室通过与德国IMA试验室一些技术交流，着手对层压板的成型过程进行改进，通过固定的含胶量来计算不同纤维织物层合板的厚度。计算出层合板的厚度和所用全部辅材厚度，调试好热压机上下工作面的高度，然后开启热压机装置对刚注胶完成的板子施压，这样一来即可以直接加热预固化又能达到相应均匀厚度。

　　另外在层合板成型过程中，纤维层与层之间的平行对称铺设相当关键，在现有的方 法中，例如单向布，我们是通过玻璃布中间两处0度纤维上下的对称情况来进行层铺， 当在铺设过程中纤维发生扭曲，上下纤维没有很好对称和平行时，其测试数据会急剧下降。

　　压缩试验件制作时，加强片与待测的复合材料层合板之间的粘接多数采用手工直接粘接，因为人为因素的影响大，这样粘接的加强片往存在下列不足：粘接的相对位置不准确，粘接胶厚涂抹不均匀，试件尺寸不能完全符合测试标准要求在进行压缩测试时，试件断裂位置往往发生在靠近加强片的地方或加强片内部，并形成“无效断裂”的结果。这就会使得试验废品率增加，试验数据离散度增大，不能获得准确的复合材料压缩力学性能参数。

　　为了克服上述缺陷，设计制作了精确制作复合材料层合板压缩性能试件的粘接定位工装，能够使得试件制作一致、令加强片的粘接位置及对中性准确、保证结构胶涂抹均匀、使得试验件的合格率提高。测试时试件断裂位置发生在工作段内，保证断裂结果的有效性。降低试验数据离散度，并能获得准确的复合材料层合板压缩力学性能参数。

　　从以上测试结果对比来看，使用工装后测试质量明显提高，从数值上看，平均值约提高6.9%，测试结果证明方案是可行的。 目前其它类似5套试件加工工装及测试工装正在制造过程中，投入使用后可有效保证测试结果的可靠性和有效性。

　　重通成飞材料试验的改进，既提高了公司产品材料测试效率和产品质量测试准确性，又节省了测试费用，保证了产品质量。 后期试验室将继续完善管理，充实测试能力，未来将继续从新材料开发、原材料测试、模具检测、产品检验等方面为公司走质量效益型道路保驾护航。