CWPC2024：上海艾柯检测科技有限公司常务副总兼测试中心主任谢伟民发表《风电叶片复合材料力学测试及其离散度探讨》的演讲

大家下午好，我今天的分享主要分为3部分。

1、公司介绍

艾柯检测总部位于上海市松江区 -  G60科创走廊核心区域，主要从事复合材料的加工、力学检测和分析，以及技术咨询服务。艾柯检测致力于成为复合材料领域领先的专业第三方检测机构，以“共同推动复合材料的可持续发展”作为企业的使命。艾柯检测秉承“科学准确、规范严谨、廉洁公正、优质高效”的质量方针，努力为客户提供精准的测试数据及检测报告。公司于2020年获得上海市高新技术企业认定！公司于2021年获得上海市专精特新企业认定！

（图示）这是我们实验室的认证情况，主要的复合材料测试设备。

（图示）这是我们检测能力情况，目前我们艾柯在风电领域已经基本做到全标准的覆盖，包括简单的静态力学测试，包括拉伸、压缩、剪切、弯曲、断裂韧性等。疲劳力学，拉拉、拉压、压压、弯曲等，都可以满足客户要求。子结构级别也在陆续开展当中，目前可以满足客户单通道拉压弯剪的单通道需求。

（图示）这是主要的客户群，面对国内外主机厂商和精分厂商。

2、复合材料测试-制样离散度分析

（图示）尤图是典型的玻璃纤维直线度，这张图里纤维本身的材料性质决定了有一定的弯曲度。纤维纱束本身自带的离散属性。树脂，树脂本身的均一度良好，但在快速固化的情况下，会有一定的应力集中，会导致一定的离散。板材，纤维取向的一致性，在一定面积内，保持纤维的一致性。致的纤维含量才能得到稳定的测试结果，润的均一性无法保证。选取一致的浸润效果，避免一些缺陷位置，才能得到一致的测试结果。

（图示）制样影响因素：工艺-真空灌注。真空袋压法，上模是软模（真空袋），下模是硬模。试板袋膜面随型，不平整。真空模压法，上下模都是硬模，试板较平整，厚度和纤维含量可控。

制样影响因素：后处理，加强片的粘接，为了输出一致的试样，需要在粘接过程中保证三维，长度，宽度，厚度的对称性，平行度和垂度等。最佳的整体偏差需控制到0.03mm以内！

3、复合材料测试-测试离散度分析

当我们做了这么多改进和努力之后，我们参加了国外2毫米碳压缩测试的比对，可以看到改进之前压缩成本也就停留在1300和1400，普遍比较低的水平。而经过大量的改进和优化以后，目前已经能达到国外比较好实验室的水平。以后做到1650左右，而且分析下来我们的稳定性比国外甚至更强。

进入离散度探讨和分析

对于力学测试而言有一个大的前提，同轴度。艾柯以拉伸测试为例，当拉伸测试时偏轴2度时，拉伸强度往往下降5%-10%，拉伸模量左右差异会达到5%，因为这时候它的样品可能是弯的，大家看到这里差异非常大。做好同轴度，宽度方向一般怎么追踪呢？左边是传统L型顶块，在我们大量应用时发现这样的精度和稳定性都是不太靠谱的，所以我们艾柯也是基于这样的痛点进行改进。发现对于复合材料宽度是可以穷尽的，就那么四五种。实际应用起来，它的精度、可靠性都可以进一步提升。

进入压缩测试的探讨，整个复合材料测试历史当中始终是一个难点，即使到了2024年这样的情况，我们测的很多数据还是不太理想。从这边可以看到前辈做了很多努力，压缩测试标准和夹具非常繁杂。艾柯自主设计的改进型混合加在夹具，我们可以用同一套夹具对同一套材料施加定量的加载方式，我们可以很好的测的材料性能。我们使用不同夹具测出碳板压缩数据，可以看到改进后的夹具不仅可以获得最高的强度，而且它的离散性也是比其他夹具要低。

随着碳拉挤板大幅度应用，用户特别关注5mm碳板测试。针对客户的需求，也是行业的难点，我们也是自主研发了这套解决方案。从一个项目的设计到夹具研发、最终参数调试，我们都是投入大量精力。这是我们参加国外的碳板准入测试，分了2毫米和5毫米的比对数据，可以看到在正确的加载情况下，5毫米数据和2毫米比较接近的，并没有一个统计上的显著差异。有了这套解决方案以后，创新性是可以的，但客户更关心是对测试而言稳定性怎么样。当大量测试30、60个数据时，它的稳定性是不是能满足客户的需求。我们艾柯也是非常关注稳定性，我们也是投入了5个批次，大概60个比对测试。当我们把所有统计数据放在一起时，最低的中位数停留在1530左右，相对而言2毫米碳压缩是小于5的，也是很优异的表现。

压缩测试的重要性及其应用：尽可能获取材料强度/应变真值。提高设计规格值，降低叶片成本。碳板常规质量控制手段无非是Tg、弯曲性能，这些测试稳定性，灵敏度是不太够的，可能无法表现出这个板材的稳定性。压缩测试对缺陷比较敏感，是质量控制的优选。当我们大量使用压缩测试做质量控制时，事实上就能提高质控效率，降低质控成本。

（图示）这是两家厂商碳板拉挤板质控图，左图有两个值是离群值，从样本输入到数据输出判定整个流程没有问题，就很容易得到这个板批次稳定性是有问题的，需要材料厂商做一个工艺上的改进。相对而言右图可以看到30个数据，它的稳定性是能够在一个统计可接受的范围内，最终它的离散只有3.2%，非常优异的表现，那也就意味着碳拉挤板通过工艺的不断改进能达成质量比较稳定可靠的状态。

现在测试实验室也非常多，每家实验室压缩数据差异也挺大的，这时候就要知道压缩理论值在哪里，增强材料事实上是属于无机材料，这样的性能主要体现在化学进展变化上。大部分增强纤维属于无机材料，性能主要体现在其分子结构的化学键角变化。普遍的，具有共价键或离子键的无机材料在压缩时的极限强度比在拉伸时高得多；考虑到分子结构的差异，压缩强度理论上应接近于或超越拉伸强度。

实际上实际压缩应用过程中还有两个问题：宏观上，事实上我们收到客户的来样，它的角度可能不是90度，粗糙度也是不能符合标准的。我们认为的纤维排布是没有任何问题，非常完美的，事实上它有角度问题、缺陷问题，还有一些曲度问题，这些方方面面变量都是最终影响压缩数据的。

剪切测试，7078是在所有标准里的最优解。我们应用这套夹具测试时需要通过12个螺丝提供侧向加载力，由于精度不太够，使用时不能满足最终需求。艾柯也是基于这样的难点自主研发这套剪切夹具，能达到几个目的：一是可视化的压力，压力是直接加载，并不是通过螺丝转换得到剪切力；二是快速的追踪；三是大大提升实验室测试7078的效率。这里的比对图可以看到，改进之后测试弱方向性能稍微提高一下，它的离散性也大大下降了。艾柯不仅关注数据的可靠性、稳定性，也关注它的破坏模式，我们艾柯认为只有完美的破坏模式才能正确表达出材料的真实性能。左图是7078测试创伤度时的破坏度，很多位置不在可接触的范围内。改进后6个式样破坏模式非常统一，我们认为这套夹具对于7078这个标准来说也是一个最优解。

小结：测试方案上艾柯会根据材料特性和数据分析给出最优解；在数据可靠性我们会定期进行关键参数比对。我们参加国外某主机厂商组织的实验室比对结果，艾柯检测实验室代号：2，可以看到结果非常优异。

我的报告就到这里，谢谢大家！