CWPC2024：吉林国兴复合材料有限公司总工程师王永鹏发表《风电叶片主梁碳板性能提升路径研究》的演讲

尊敬的各位专家、各位同仁，大家下午好！

很高兴有这个机会在这里向大家介绍一下我们碳板的研发工作，我汇报的题目是：风电叶片主梁碳板性能提升路径研究。

主要从6个方面汇报：原材料的优势与管控、工艺优化、质量体系等。

1.、总述

上午各位领导专家也提出风力发电正在向大型化的方向发展，随着风力发电机组和叶片的大型化，对叶片提出减重及高刚度需求。碳纤维拉挤工艺复合材料因强度高、减重效果好，正应用于叶片主梁，提高叶片稳定性，最终提升机组可靠性。同时也对碳纤维及树脂原料提出了更高的要求，叶片已经由原来19米发展到现在143米。工艺原料也从碳纤维织物发展到拉挤碳板，现在0度方向拉伸模量做到150GPa以上。

2、大丝束碳纤维技术优势与品控

为什么选择湿法大丝束碳纤维，在这里我们也做过一些研究，通过把湿法和干法碳纤维表面和断面做了表征，从结果可以看到35K GX400碳纤维，表面有明显凹槽，截面为腰子形。与树脂结合时，这些凹槽会增大碳纤维表面积，有利于提高碳纤维与树脂之间的机械锚定性能，提高界面结合力。35K GX400碳纤维更加纤细，与树脂的浸润性更好。

大丝束碳纤维还有工艺优势，大丝束碳纤维束形比较粗，90°拉伸试验的断面可以看出经预加热系统处理碳纤维与树脂的结合更好，另外我们也对碳纤维工艺上进行了研究，从制备的碳纤维复合材料90度破坏实验断面照片可以看到，经过处理的复材表面比较平整，未处理的复材有游离的地方出现，经预加热系统处理碳纤维的力学性能更优异。

大丝束碳纤维技术优势与品控小结：树脂结合性好、操作简便，不易发生扭曲。优化预处理工艺，树脂结合性进一步增强，所制备碳板性能优异。

3、树脂的研发与品控

碳板专用环氧树脂配方体系，优化树脂配方体系，匹配拉挤工艺要求，保证碳板性能稳定。组成：基体环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂、各类功能助剂。通过促进剂优化设计与树脂黏度研究，实现树脂固化速度的调控。开发出新型螯合型增韧树脂，增强树脂韧性的同时提高碳纤维与树脂间的界面结合力，稳定碳板性能。

4、碳板拉挤工艺技术优化研究

我们全过程参数标准化管控。规范产品的工艺参数，合理设计穿纱排纱、调控树脂黏度和固化温度、模具表面光滑平整等。我们做了模具形态、模具温度、模具树脂相态优化这几个工作。目前使用的模具界面主要是3种：有矩形、V形、梯形。使用过程中发现梯形模具制作碳板过程中经常出现缺损或者是裂痕的现象，可以通过优化排纱设计、胶液调控来提高生产周期和碳板性能，但废板率依然较高，所以我们推荐使用矩形和V形两种界面模具进行碳板生产。碳板的生产周期比较稳定，可以达到30天以上，另外是碳板性能也是比较稳定的。

另外，我们不断进行膜腔温度优化研究，通过拟合不同加热速率下的特征温度和固化度，采用T‐β外推法，外推得到 β=0 时的 Ti、Tp、Tf分别为 97. 8、127.5、143.2 ℃。结合模具3段式加热模式，可确定拉挤成型的3段温度分别为 ：100~130、130~160、145~175 ℃。再结合性能，我们进一步进行优化。

另外，加强跟踪监测模腔温度，建立模腔温度与树脂配方、碳板性能的数据库，实现稳定碳板性能的智能化调控。另外是持续关注模腔内树脂相态优化研究，我们知道模具内树脂呈现从液态到凝固态，最后到固态的3相过程。可以看到凝胶区几个重要参数，这里有凝胶区的宽度，凝胶区成型物与模具内壁的粘滞剪应力锥形凝胶区厚度最小处，凝胶体的热拉伸强度，通过开模得到凝胶区宽度及厚度的最小值。通过调控树脂可以控制剪切应力。

通过研究得出优化拉挤工艺的4种方法：

采用快速固化树脂体系和（或）提高凝胶区模具温度，缩短凝胶区长度Y值；

使用高效内脱模剂，和（或）提高成型模具工作面的光洁度和平整度，减少凝胶区内成型物与模具内壁的粘滞剪力；

通过增加增强材料的体积含量来减少成型物表面的富树脂层厚度，和（或）更快的固化速度，以最大限度提高t值；

合理的树脂配方和填料的加入，提高树脂凝胶时的热强度。

5、完备的质量保障体系

我们现在建立完备的质量保障体系，严格按照APQP4wind执行研发管理，质保执行一把手负责制。在质保体系保障下我们建立标准化检验检测体系，目前完全按照CNAS认证来对产品进行检测。

（图示）这是我们配备专业化的检验检测设备。为了满足风电产业链配套要求，我们在全国4地布局生产基地，目前吉林总部和江苏如皋已经投产，内蒙古和广东基地正在建设中。

6、总结

我们的大丝束碳纤维具有低成本、高性能、树脂匹配性好等优势。成熟的拉挤工艺和完备的质保体系协同发力，保证碳板质量稳定。吉林化纤致力于提供优质碳纤维原料和高性能碳纤维复合材料性能提升路径。

最后感谢科技部、吉林省科技厅的大力支持！